專利名稱：改善溝槽功率mos器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體溝槽功率MOS器件，特別涉及一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層(金屬連線)粘附性的結(jié)構(gòu).
背景技術(shù)：
在溝槽功率MOS器件封裝中，引線壓焊(Wire bonding )通常采用金線或銅線或鋁線.銅線比金線具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，引線壓焊中使用的各種規(guī)格的銅絲成本只有金線的1/3~1/10。在電學(xué)和熱學(xué)性能上，銅的電導(dǎo)率為0.62 ( μΩ/cm)-1，比金的電導(dǎo)率0.42 (μΩ/cm)-1大，同時(shí)銅的熱導(dǎo)率也高于金，因此在直徑相同的條件下銅引線可以承栽更大電流，非常適用于溝槽功率MOS 器件。在機(jī)械性能上，銅引線相對(duì)金引線的高剛度使得其更適合細(xì)小引線壓焊.另外，在焊點(diǎn)金屬間化合物上，同等條件下銅/鋁界面的金屬間化合物生長(zhǎng)速度比金/鋁界面的慢10倍，因此，銅絲球焊焊點(diǎn)的可靠性要高于金絲球焊焊點(diǎn).但由于銅的硬度、屈服強(qiáng)度等物理參數(shù)高于金和鋁，在壓焊打線過(guò)程 中，球剪切力至少比金線高35%，而銅線的拉力值比金線高50%以上，容易引起金屬層剝落，形成彈坑.
傳統(tǒng)溝槽功率MOS器件柵電極通常采用如圖1所示結(jié)構(gòu).該結(jié)構(gòu)從截面上看，絕緣介質(zhì)層9位于絕,氧化層10上，柵電極金屬層8位于該絕緣介質(zhì)層9上方，由于該絕緣介質(zhì)層9無(wú)高低起伏，金屬與該絕緣介質(zhì)層9的粘附力較小，在壓焊打線時(shí)抗拉能力較弱.因此，如何在保證產(chǎn)品性能前提下，提高柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層的粘附力，并防止金屬層在壓焊過(guò)程中剝落是本實(shí)用新型研究的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)，其目的是通過(guò)改進(jìn)柵電極下方的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來(lái)提高柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層之間的粘附力，以防止柵電極金屬層在金屬引線壓焊過(guò)程中剝落。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的笫一技術(shù)方案是 一種改善溝槽功率 MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)，從截面上看，該結(jié)構(gòu)自上而下包含柵電極金屬層、絕緣介質(zhì)層、絕緣柵氧化層、第二導(dǎo)電類型摻雜層以及笫一導(dǎo)電類型外延層，其創(chuàng)新在于
在柵電極金屬層下方的絕緣介質(zhì)層上開(kāi)有接觸孔，柵電極金屬層從該接觸孔中向下延伸至導(dǎo)電多晶硅頂部，并與導(dǎo)電多晶硅直接相連；所述導(dǎo)電多晶硅淀積于溝槽中，該溝槽位于笫二導(dǎo)電類型摻雜層，溝槽底部伸入第一導(dǎo)電 類型外M，溝槽內(nèi)壁表面生長(zhǎng)有絕緣柵氧化層，溝槽內(nèi)淀積有導(dǎo)電多晶硅。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的第二技術(shù)方案是 一種改善溝槽功率 MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)，從截面上看，該結(jié)構(gòu)自上而下包含柵 電極金屬層、絕緣介質(zhì)層、絕緣柵氧化層、第二導(dǎo)電類型摻雜層以及笫一導(dǎo) 電類型外延層，其創(chuàng)新在于
在柵電極金屬層下方設(shè)有溝槽，溝槽位于第二導(dǎo)電類型摻雜層，溝槽底部 伸入笫一導(dǎo)電類型外延層，溝槽內(nèi)壁表面生長(zhǎng)有絕^#氧化層，溝槽內(nèi)淀積 有導(dǎo)電多晶硅；導(dǎo)電多晶硅頂部相對(duì)于溝槽具有凹陷區(qū)，該凹陷區(qū)使絕緣介 質(zhì)層對(duì)應(yīng)的上表面形成凹陷，柵電極金屬層在該凹陷處向下延伸并沉積在凹 陷中。
上述第一和第二技術(shù)方案中，所述"笫一導(dǎo)電類型"和"第二導(dǎo)電類型" 兩者中，對(duì)于N型MOS管第一導(dǎo)電類型指N型，笫二導(dǎo)電類型指P型；對(duì) 于P型MOS管第一導(dǎo)電類型指P型，第二導(dǎo)電類型指N型。第一技術(shù)方案 中的溝槽型導(dǎo)電多晶硅與接觸孔，以及笫二技術(shù)方案中的柵電極金屬層粘附 性的結(jié)構(gòu)溝槽型導(dǎo)電多晶硅與凹陷，在數(shù)量上不限于一個(gè)，可以多個(gè)排列布 置在柵電極金屬層下方。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效
果
1、 本實(shí)用新型笫一種方案在柵電極金屬層下方設(shè)有接觸孔，柵電極金屬 層從該接觸孔中向下延伸至導(dǎo)電多晶硅頂部，并與導(dǎo)電多晶硅直接相連。從 而增加了柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層的接觸面積，同時(shí)柵電極金屬層與絕緣 介質(zhì)層形成楔和，大大增加了柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層的粘附力。對(duì)于第 二種方案，由于導(dǎo)電多晶硅位于溝槽中，且在刻蝕導(dǎo)電多晶硅的過(guò)程中存在 過(guò)刻蝕，使絕緣介質(zhì)層對(duì)應(yīng)的上表面形成較深的凹陷，柵電極金屬層在該凹 陷處向下延伸并沉積在凹陷中，使得絕緣介質(zhì)層上表面有高低起伏，增大了 柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層的接觸面積，同時(shí)由于柵電極金屬層與高低起伏 的絕緣介質(zhì)層間形成楔和，因此也大大提高了柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層間 的粘附力，可以有效防止柵電極金屬層在銅引線壓焊過(guò)程中因存在較大拉拔 力而造成的剝落.
2、 本實(shí)用新型中的溝槽型導(dǎo)電多晶硅和溝槽導(dǎo)電多晶硅正上方接觸孔或 凹陷的形成，無(wú)需額外增加光刻版，因此未增加制造成本.


附圖i為溝槽功率MOS器件平面布局示意附圖2為現(xiàn)有溝槽功率MOS器件的柵電極區(qū)域結(jié)構(gòu)及單胞截面示意附圖3為實(shí)施例一大功率N型MOS器件的柵電極區(qū)域結(jié)構(gòu)及單胞截面示
意附圖4為實(shí)施例二大功率N型MOS器件的柵電極區(qū)域結(jié)構(gòu)及單胞截面示 意圖.
以上附圖中1、源極；2、柵極；3、終端保護(hù)結(jié)構(gòu)；4、現(xiàn)有柵電極區(qū)域 結(jié)構(gòu)；5、單胞；6、實(shí)施例一柵電極區(qū)域結(jié)構(gòu)；7、實(shí)施例二柵電極區(qū)域結(jié)構(gòu)； 8、柵電極金屬層；9、絕緣介質(zhì)層；10、絕,氧化層；11、 P型摻雜層； 12、 N型外H 13、 N型襯底；14、溝槽型導(dǎo)電多晶硅；15、溝槽；16、導(dǎo) 電多晶砝；17、接觸孔；18、凹陷。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述
實(shí)施例一 一種改善溝槽功率N型MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)
如圖1所示， 一種溝槽功率MOS器件平面布局示意圖，從該圖中可以看 出有源區(qū)中設(shè)有源極l和柵極2，源極l下面設(shè)有大量單胞(圖中未畫出)， 有源區(qū)外圍設(shè)有終端保護(hù)結(jié)構(gòu)3。本實(shí)施例主要是針對(duì)柵極2結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
如圖3所示，左半部為實(shí)施例一柵電極區(qū)域結(jié)構(gòu)6 (右半部為單胞5)，從 截面上看，該結(jié)構(gòu)自上而下包含柵電極金屬層8、絕緣介質(zhì)層9、絕^#氧化 層10、 P型摻雜層ll (P阱層)、N型外延層12以及N型襯底13.在柵電極 金屬層8下方設(shè)有溝槽15，溝槽15位于P型摻雜層11，溝槽15底部伸入N 型外Ml2，溝槽15內(nèi)壁表面生長(zhǎng)有絕,氧化層IO，溝槽15內(nèi)淀積有導(dǎo) 電多晶硅16,以此形成溝槽型導(dǎo)電多晶硅14.在溝槽型導(dǎo)電多晶硅14正上 方的絕緣介質(zhì)層9上開(kāi)有接觸孔17,柵電極金屬層8從該接觸孔17中向下延 伸至導(dǎo)電多晶硅16頂部，并與導(dǎo)電多晶硅16直接相連，以此形成柵電極金 屬層8與絕緣介質(zhì)層9層間的楔和.本實(shí)施例在整個(gè)柵電極金屬層8下方設(shè) 有十個(gè)以上這樣的結(jié)構(gòu)組成陣列.
本實(shí)施例溝槽功率N型MOS器件制造方法包括以下步驟
第一步，在N-型外延層上通過(guò)沉積或生長(zhǎng)形成硬4^膜，其中硬掩膜可以采 用LPTEOS或熱氧化二氧化硅加化學(xué)氣相沉積二氧化硅或熱氣化二氧化硅 加氮化硅，其后通過(guò)光刻和各向異性刻蝕形成硬掩模；
第二步，以二氣化硅作為硬掩膜刻蝕形成深溝槽.溝槽采用各向異性刻蝕
形成垂直側(cè)壁(通常在88度左右)；
第三步，形成柵氧化層，淀積導(dǎo)電多晶硅.柵氧化/多晶硅淀積采用現(xiàn)有普 通工藝。
第四步，全面性刻蝕多晶硅，形成柵電極，多晶硅刻蝕是圃片全面性各向 異性刻蝕；
第五步，注入p型雜質(zhì)，并推阱，形成P阱層。
第六步，制作光刻膠，并用源極光刻版定義出源極區(qū)域，其后注入N型雜 質(zhì)離子形成源極，通常注入的離子為砷。
第七步，淀積層間絕緣介質(zhì)層.層間絕緣介質(zhì)淀積可以選取硼磷硅玻璃 (BPSG)或磷硅玻璃(PSG)或硅玻璃(USG)等。
第八步，制作光刻膠，并用孔光刻版定義出連線孔區(qū)域，通過(guò)干法刻蝕形 成接觸孔，其后注入P型雜質(zhì)。
第九步，淀積鋁金屬，制作光刻膠，并用金屬光刻版定義出金屬層區(qū)域， 通過(guò)干法刻蝕互聯(lián)線；孔及金屬互連線的形成，采用現(xiàn)有技術(shù)，金屬填充可 以采用鴒塞工藝或直接金屬填充工藝。
第十步，淀積一層二氧化硅和一層氮化硅，制作光刻膠，并用鈍化層光刻 版定義出金屬層窗口，通過(guò)干法刻蝕形成該窗口。
其中在該改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬連線粘附性的結(jié)構(gòu)中，接觸 孔直接開(kāi)于溝槽導(dǎo)電多晶硅正上方。
本實(shí)施例雖然以N溝道溝槽式功率器件為例，但同樣適用于P溝道溝槽式 功率器件，只需將P改為N，將N改為P即可.
實(shí)施例二 一種改善溝槽功率N型MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)
如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于在溝槽型導(dǎo)電多晶硅 14正上方由導(dǎo)電多晶硅16的過(guò)刻蝕使絕緣介質(zhì)層9對(duì)應(yīng)的上表面形成凹陷 18，柵電極金屬層8在該凹陷18處向下延伸并沉積在凹陷18中，使得柵電 極金屬層8與絕緣介質(zhì)層9間形成楔和.其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，這里不 再重復(fù)描述。本實(shí)施例與實(shí)施例一的制作工藝步驟相同。
本實(shí)施例雖然以N溝道溝槽式功率器件為例，但同樣適用于P溝道溝槽式 功率器件，只需將P改為N，將N改為P即可.
上述實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此 項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)
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用新型的保護(hù)范圍.凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都 應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)，從截面上看，該結(jié)構(gòu)自上而下包含柵電極金屬層、絕緣介質(zhì)層、絕緣柵氧化層、第二導(dǎo)電類型摻雜層以及第一導(dǎo)電類型外延層，其特征在于在柵電極金屬層下方的絕緣介質(zhì)層上開(kāi)有接觸孔，柵電極金屬層從該接觸孔中向下延伸至導(dǎo)電多晶硅頂部，并與導(dǎo)電多晶硅直接相連；所述導(dǎo)電多晶硅淀積于溝槽中，該溝槽位于第二導(dǎo)電類型摻雜層，溝槽底部伸入第一導(dǎo)電類型外延層，溝槽內(nèi)壁表面生長(zhǎng)有絕緣柵氧化層，溝槽內(nèi)淀積有導(dǎo)電多晶硅。
2、 一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)，從截面上看， 該結(jié)構(gòu)自上而下包含柵電極金屬層、絕緣介質(zhì)層、絕^#氧化層、第二導(dǎo)電 類型摻雜層以及第一導(dǎo)電類型外延層，其特征在于在柵電極金屬層下方設(shè)有溝槽，溝槽位于笫二導(dǎo)電類型摻雜層，溝槽底部 伸入笫一導(dǎo)電類型外延層，溝槽內(nèi)壁表面生長(zhǎng)有絕^#氧化層，溝槽內(nèi)淀積 有導(dǎo)電多晶硅；導(dǎo)電多晶硅頂部相對(duì)于溝槽具有凹陷區(qū)，該凹陷區(qū)使絕緣介 質(zhì)層對(duì)應(yīng)的上表面形成凹陷，柵電極金屬層在該凹陷處向下延伸并沉積在凹 陷中。
專利摘要一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結(jié)構(gòu)，從截面上看，該結(jié)構(gòu)制造層自上而下依次設(shè)有柵電極金屬層、絕緣介質(zhì)層、絕緣柵氧化層、第一導(dǎo)電類型摻雜層以及第二導(dǎo)電類型外延層，其特征在于在溝槽型導(dǎo)電多晶硅正上方的絕緣介質(zhì)層上開(kāi)有接觸孔或設(shè)有凹陷，使柵電極金屬層從該接觸孔或凹陷中向下延伸形成層間楔和。由于柵電極金屬層與絕緣介質(zhì)層層間結(jié)合面之間存在楔和，因此提高了柵電極金屬層的粘附力，可以有效防止柵電極金屬層在銅引線壓焊過(guò)程中因存在拉拔力而造成的剝落。
文檔編號(hào)H01L29/66GK201181707SQ20082003318
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者朱袁正, 秦旭光 申請(qǐng)人:蘇州硅能半導(dǎo)體科技股份有限公司