溝渠式功率金屬氧化物半導體結構與其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種溝渠式功率金屬氧化物半導體結構與其形成方法。溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法包括：首先形成一隔離溝槽，然后形成具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，且兩個摻雜層相連位于該隔離溝槽外圍，以及形成一隔離結構位于隔離溝槽內。其中兩個摻雜層相連位于該隔離溝槽外圍可由離子注入控制所形成界面輪廓，有效和緩電場分布與導通損失。
【專利說明】溝渠式功率金屬氧化物半導體結構與其形成方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于溝渠式功率金屬氧化物半導體結構與其形成方法，尤指一種通過反復離子注入控制界面輪廓形狀的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構與其形成方法。

【背景技術】
[0002]在功率半導體的應用領域中，耐壓能力及低阻抗表現是非常重要能力指標，傳統的做法并無法控制界面輪廓(Junct1n Profile)，因此無法制造更高耐壓能力及具有低阻抗。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提供一種溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，包括:首先形成一隔離溝槽，然后形成具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，且兩個摻雜層相連位于該隔離溝槽外圍，以及形成一隔離結構位于隔離溝槽內。
[0004]在一實施例中，本發(fā)明形成該隔離溝槽步驟的前還包括:形成一磊晶層，接著形成一柵極溝槽于磊晶層內，然后形成一柵極結構于柵極溝槽內，接著形成一本體區(qū)環(huán)繞該柵極結構外圍，且該隔離溝槽位于該本體區(qū)外側。
[0005]在一實施例中，本發(fā)明形成一隔離溝槽與形成具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，是包括:形成一第一隔離溝槽；形成一第一摻雜層，位于第一隔離溝槽外圍；蝕刻隔離溝槽下方的第一摻雜層，以形成一第二隔離溝槽；以及形成一第二摻雜層，位于第二隔離溝槽外圍。
[0006]在一實施例中，本發(fā)明的第一隔離溝槽的截面積大于該第二隔離溝槽的截面積。
[0007]在一實施例中，本發(fā)明的形成該兩個摻雜層是使用不同斜角離子注入于不同位置上形成。
[0008]在一實施例中，本發(fā)明的兩個摻雜層是由上而下形成且濃度為由淡到濃。
[0009]本發(fā)明并提供一種溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，包括:一隔離溝槽；一隔離結構，位于隔離溝槽內；以及具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，且兩個摻雜層相連位于隔離溝槽外圍。
[0010]在一實施例中，本發(fā)明還包括:一嘉晶層；一柵極溝槽,位于嘉晶層內；一柵極結構，位于柵極溝槽內；一本體區(qū)，環(huán)繞柵極結構外圍；其中該隔離溝槽，位于該本體區(qū)外側，該隔離溝槽的深度高于柵極結構的深度。
[0011]在一實施例中，本發(fā)明的隔離溝槽包括相連的一第一隔離溝槽與一第二隔離溝槽，該兩個摻雜層對應形成于該第一隔離溝槽與該第二隔離溝槽外圍。
[0012]在一實施例中，本發(fā)明的第一隔離溝槽的截面積大于該第二隔離溝槽的截面積。
[0013]在一實施例中，本發(fā)明的該兩個摻雜層形成是使用不同斜角離子注入于不同位置上形成。
[0014]在一實施例中，本發(fā)明的兩個摻雜層是由上而下形成且濃度為由淡到濃。
[0015]本發(fā)明的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構及其形成方法，反復制作形成溝槽側壁外的界面輪廓。此界面輪廓可通過注入離子量的控制，形成寬窄形狀的設計變化，當回填氧化物至溝槽內部后，金屬氧化物半導體(MOSFET)在逆偏壓操作時將利用此區(qū)的電位效應形成電荷平衡(Charge Balance)與降低表面電場效果(RESURF),如此便可以在溝槽與側壁電場形成較和緩的電場分布，借此利用較少空間而更有效率的獲得更高的電位積分及更低的導通損失(RON)特性表現，另亦可借此原理將所需磊晶層阻值與厚度做最佳化調整，使導通損失更有效的降低，進而降低元件導通損失。
[0016]以上的概述與接下來的詳細說明皆為示范性質，是為了進一步說明本發(fā)明的申請專利范圍。而有關本發(fā)明的其他目的與優(yōu)點，將在后續(xù)的說明與附圖加以闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1A?IJ所示為本發(fā)明的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法的一實施例；
[0018]圖2所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構；
[0019]圖3所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構；
[0020]圖4所示本發(fā)明的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構以斜角度進行離子注入方式；
[0021]圖5所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構；
[0022]圖6所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構。

【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的主要技術特征在于反復制作至少兩個摻雜層相連以形成溝槽側壁外的界面輪廓。且此界面輪廓可通過注入離子量(即濃度)的控制，形成寬窄形狀的設計變化，而達到在溝槽與側壁電場形成較和緩的電場分布，使導通損失更有效的降低，進而降低元件導通損失。此部分的設計可應用在金屬氧化物半導體結構的元件區(qū)或終端區(qū)(Terminat1n)的溝槽，以控制注入離子量來達到特定界面輪廓以有效達到耐壓能力及低阻抗效果。
[0024]如圖1A?IJ所示為本發(fā)明的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法的一實施例。其應用在元件區(qū)的一個實施例，在例如外圍或兩側的終端區(qū)的溝槽也可以有類似應用。
[0025]首先，如圖1A所示先在一基材(Substrate) 10上成長一嘉晶層(Epi) 12。接著，在圖1B中于磊晶層12內形成一柵極溝槽14，并于柵極溝槽14內側成長一柵極介電層16。然后于圖1C中形成一柵極結構18于柵極溝槽14內部，在此例如以多晶硅沉積(PolyDepost1n)到柵極溝槽14內部與嘉晶層12上部,然后再透過回蝕(Etch back)方式將嘉晶層12上部沉積多晶硅去除，只保留柵極溝槽14內部多晶硅，而形成柵極結構18于柵極溝槽14內部。
[0026]接著，如圖1D所示形成一本體區(qū)20，環(huán)繞柵極結構18外圍，其中本體區(qū)20例如一 P型導電型離子注入方式，相異于使用N型導電型的磊晶層12。接著，如圖1E所示，形成一第一隔離溝槽22，位于本體區(qū)20外側，其中第一隔離溝槽22的形成，例如可先行成一遮罩層24覆蓋到柵極結構18與本體區(qū)20部分，然后再蝕刻本體區(qū)20以形成第一隔離溝槽22。第一隔離溝槽22接著以第一濃度(例如在此為P—代表)，透過離子注入方式到磊晶層12內以形成第一摻雜層26，接著如垂直向下箭頭27方向以驅動(Drive-1n ；D/I)方式，使得P.的第一摻雜層26向左右上下擴散，將P.的第一摻雜層26擴散到第一隔離溝槽22外圍，外圍部分例如為底部與底部側邊。
[0027]接著，如圖1F所示在原先第一隔離溝槽22向下蝕刻P.的第一摻雜層26，或再進一步蝕刻到磊晶層12，以擴大第一隔離溝槽22到第二隔離溝槽28，然后再以不同摻雜濃度進行離子注入，例如在此以第二濃度(P+)透過離子注入方式，到磊晶層12內形成第二摻雜層30，然后如垂直向下箭頭31方向以驅動(Drive-1n ；D/I)方式，使得P+的第二摻雜層30向左右上下擴散，而使P+的第二摻雜層30擴散到第二隔離溝槽28外圍，外圍部分例如為底部與底部側邊。
[0028]接著，如圖1G所示在第二隔離溝槽28向下蝕刻P+的第二摻雜層30，或進一步蝕刻到磊晶層12，以擴大第二隔離溝槽28到第三隔離溝槽32，然后再以不同摻雜濃度進行離子注入，例如在此以第三濃度(P+’)透過離子注入方式形成第三摻雜層34，其中第三摻雜層34例如可使用與第二濃度(P+)相同或大于的濃度進行，然后如垂直向下箭頭31方向以驅動(Drive-1n ；D/I)方式，使得P+’的第三摻雜層34向左右上下擴散，而使P+’的第三摻雜層34位于第三隔離溝槽32外圍，例如為底部與底部側邊。
[0029]接著，如圖1H所示在第三隔離溝槽32向下蝕刻P+’的第三摻雜層34，或進一步蝕刻到磊晶層12，以擴大第三隔離溝槽32到第四隔離溝槽36，然后進行離子注入過程，例如在此以第四濃度(P++)透過離子注入方式形成第四摻雜層38，其中第四摻雜層38例如可使用大于第三濃度(P+’)的濃度進行，然后如垂直向下箭頭39方向以熱驅動(Drive-1n ；D/I)方式，使得P++的第四摻雜層38向左右上下擴散，而使P++的第四摻雜層38位于第四隔離溝槽36的外圍，外圍例如為底部與底部側邊。
[0030]接著，如圖1I形成一隔離結構40，位于第四隔離溝槽36內，其中隔離結構40例如使用氧化層(Oxide)構成，接著如圖1J所示，分別形成N+的源極區(qū)42于本體區(qū)20內，氧化層46于N+的源極區(qū)42與柵極結構18，重摻雜層48 (例如使用P++)于本本體內，并連接到N+的源極區(qū)42與隔離結構40，具有降低阻抗效果，以及金屬層44于隔離結構40、重摻雜層48以及氧化層46上。在形成過程如下:首先在圖1I中蝕刻部分上面氧化層41，然后透過離子植入形成N+的源極區(qū)42于本體區(qū)20，接著對兩側蝕刻，包括部分隔離結構40上面、部分N+的源極區(qū)42以及部分本體區(qū)20來形成溝渠，再對本體區(qū)進行離子植入以形成重摻雜層48,最后才做金屬層44沉積。
[0031]另外，如圖1J所形成溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其中第一摻雜層26、第二摻雜層30、第三摻雜層34以及第四摻雜層38為全部相連接，當然在設計上我們可以根據實際需求做部分相連接架構，例如控制具有不同摻雜濃度的至少兩個摻雜層相連位于該隔離溝槽外圍而得到的界面輪廓(Junct1n Profile),都是屬于本發(fā)明可能變化的實施例。
[0032]另外，在圖1J實施例中，由上而下的第一摻雜層26、第二摻雜層30、第三摻雜層34以及第四摻雜層38，為濃度由淡轉濃而形成梯形的界面輪廓。如圖2所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其中多個摻雜層，例如P+的第三摻雜層54、P—’的第二摻雜層52以及P—的第一摻雜層50構成，由上而下的多個摻雜層，為濃度由濃轉淡而形成倒梯形的界面輪廓。
[0033]此外，如圖3所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其中多個摻雜層，例如P_的第三摻雜層60、N-的第二摻雜層62以及P_的第一摻雜層64構成，即以不同導電型(P型與N型)的不同濃度也可以做出界面輪廓(Junct1n Profile),都是屬于本發(fā)明可能變化的實施例。
[0034]接著，如圖4所示本發(fā)明的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構以斜角度進行離子注入方式。如圖4所示，包括四個不同步驟210，220，230，240中以不同斜角度進行離子注入，在不同深度的隔離溝槽250，260，270，280的不同位置上形成多個摻雜層，若以對應到圖1D后，就可以略過圖1E且不用做垂直向下的驅動(Drive-1n ;D/I)，直接到圖1F以第一斜角度(如步驟210)進行離子注入來形成P—的第一摻雜層26，接著于圖1G中以第二斜角度(如步驟220)進行離子注入來形成P+的第二摻雜層30，在圖1H中則以第三斜角度(如步驟230)與第四斜角度(如步驟240)進行離子注入來形成P+’的第三摻雜層34與P++的第四摻雜層38。
[0035]如圖5所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其中由上而下所形成第一隔離溝槽502、第二隔離溝槽504、第三隔離溝槽506以及第四隔離溝槽508具有不同截面積(或底面積)，例如在此由上而下，截面積越來越小，并在不同濃度控制下得到多個摻雜層為一較平順的一界面輪廓，其中第一隔離溝槽502、第二隔離溝槽504、第三隔離溝槽506以及第四隔離溝槽508內壁可先行成一間隙壁(Spacer) 510，其中任兩個上下相連的間隙壁有部分重疊，然后隔離溝槽502、504、506以及508內再填入氧化層(Oxide)或多晶娃(Poly)。
[0036]如圖6所示本發(fā)明另一溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，與圖5相同具有不同截面積的第一隔離溝槽602、第二隔離溝槽604、第三隔離溝槽606以及第四隔離溝槽608，在不同濃度控制下所形成第一摻雜層616、第二摻雜層614、第三摻雜層612以及第四摻雜層610為一濃度由濃轉淡而形成倒梯形的界面輪廓。
[0037]本發(fā)明的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構及其形成方法，并不限定元件區(qū)或終端區(qū)，只要具有溝槽透過注入離子濃度的控制，形成至少兩個連接摻雜層，以反復制作形成溝槽側壁外的界面輪廓來達到寬窄形狀的設計變化，因此可形成電荷平衡(ChargeBalance)與降低表面電場效果(RESURF),在溝槽與側壁電場形成較和緩的電場分布，因此提高耐壓程度與降低元件導通損失。
[0038]如上所述，本發(fā)明完全符合專利三要件:新穎性、創(chuàng)造性和產業(yè)上的實用性。本發(fā)明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟悉本項技術者應理解的是，該實施例僅用于描繪本發(fā)明，而不應解讀為限制本發(fā)明的范圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的變化與置換，均應設為涵蓋于本發(fā)明的范疇內。因此，本發(fā)明的保護范圍當以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，其特征在于，包括: 形成一隔離溝槽； 形成具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，且該兩個摻雜層相連位于該隔離溝槽外圍；以及 形成一隔離結構，位于該隔離溝槽內。
2.根據權利要求1所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，其特征在于，形成該隔離溝槽步驟的前還包括: 形成一嘉晶層； 形成一柵極溝槽于該磊晶層內； 形成一柵極結構于該柵極溝槽內；以及 形成一本體區(qū)，環(huán)繞該柵極結構外圍，且該隔離溝槽位于該本體區(qū)外側。
3.根據權利要求1所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，其特征在于，形成該隔離溝槽與形成具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，是包括: 形成一第一隔離溝槽； 形成一第一摻雜層，位于該第一隔離溝槽外圍； 蝕刻該第一隔離溝槽下方的該第一摻雜層，以形成一第二隔離溝槽；以及 形成一第二摻雜層，位于該第二隔離溝槽外圍。
4.根據權利要求3所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，其特征在于，該第一隔離溝槽的截面積大于該第二隔離溝槽的截面積。
5.根據權利要求1所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，其特征在于，形成該兩個摻雜層是使用不同斜角離子注入于不同位置上形成。
6.根據權利要求1所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構的形成方法，其特征在于，該兩個摻雜層是由上而下形成且濃度為由淡到濃。
7.一種溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其特征在于，包括: 一隔離溝槽； 一隔離結構，位于該隔離溝槽內；以及 具有不同摻雜濃度的兩個摻雜層，且該兩個摻雜層相連位于該隔離溝槽外圍。
8.根據權利要求7所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其特征在于，還包括: 一嘉晶層; 一柵極溝槽，位于該磊晶層內； 一柵極結構，位于該柵極溝槽內；以及 一本體區(qū)，環(huán)繞該柵極結構外圍，其中該隔離溝槽，位于該本體區(qū)外側，該隔離溝槽的深度高于柵極結構的深度。
9.根據權利要求7所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其特征在于，該隔離溝槽包括相連的一第一隔離溝槽與一第二隔離溝槽，該兩個摻雜層對應形成于該第一隔離溝槽與該第二隔離溝槽外圍。
10.根據權利要求8所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其特征在于，該第一隔離溝槽的截面積大于該第二隔離溝槽的截面積。
11.根據權利要求7所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其特征在于，該兩個摻雜層形成是使用不同斜角離子注入于不同位置上形成。
12.根據權利要求7所述的溝渠式功率金屬氧化物半導體結構，其特征在于，該兩個摻雜層是由上而下形成且濃度為由淡到濃。
【文檔編號】H01L21/336GK104183494SQ201310199270
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權日:2013年5月24日
【發(fā)明者】許修文, 葉俊瑩, 李元銘 申請人:帥群微電子股份有限公司