專利名稱：溝槽型大功率mos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOS器件及其制造方法，尤其是一種溝槽型大功率MOS器件及其 制造方法。
背景技術(shù)：
大功率MOS器件的特征導通電阻(Specific Rdson)和擊穿特性是決定產(chǎn)品性能 的兩個重要方面，在不影響器件性能的前提下，降低成本是設計和制造的核心內(nèi)容之一。目 前，中國專利CN101459084A公開了一種《平面雙擴散金屬氧化物半導體器件及其制作方 法》，它利用平面雙擴散技術(shù)制作了功率MOS器件，并通過JFET注入來降低器件的導通電 阻。 如圖1所示為中國專利CN101459084A公開的功率M0S器件的結(jié)構(gòu)，其導電溝道 是由輕摻雜第二導電類型的阱區(qū)和重摻雜第一導電類型的源區(qū)橫向結(jié)深差以及其上方的 柵氧化層，導電多晶硅構(gòu)成；相鄰兩個阱區(qū)的距離又和器件耐壓有著直接關(guān)系。但所述專利 CN101459084A公開的平面型功率器件元胞存在以下問題 1、大大制約了在單位面積內(nèi)的元胞集成度，從而限制了器件特征導通電阻的縮小 空間。 2、柵氧下方的兩個溝道之間，由于寄生有一個結(jié)型場效應晶體管導通電阻(JFET resistance)，而在平面型功率MOS器件中這部分電阻又占據(jù)了整個器件導通電阻的15% 以上，因此成為另一個限制縮小器件特征導通電阻的重要原因。 大功率MOS器件的終端保護區(qū)是器件能夠?qū)崿F(xiàn)耐壓的重要保障之一，如中國專利 ZL200710302461.4公開了《一種深溝槽大功率M0S器件及其制造方法》，其公開了一種終端 保護結(jié)構(gòu)。 如專利ZL200710302461. 4中附圖4所述的功率MOS器件的結(jié)構(gòu)，其終端保護區(qū)的 第二導電類型阱區(qū)與元胞區(qū)內(nèi)第二導電類型層阱區(qū)通過注入擴散，同時形成的，因此兩處 第二導電類型層的濃度與結(jié)深基本一致，且所述終端保護區(qū)的第二導電類型阱區(qū)與元胞區(qū) 的第二導電類型阱區(qū)深度都淺于終端保護區(qū)及元胞區(qū)內(nèi)的溝槽。所述終端保護區(qū)包括位 于其內(nèi)圈的分壓保護區(qū)及其外圈的截止保護區(qū)，所述分壓保護區(qū)內(nèi)第二導電類型阱區(qū)的分 壓機理是通過增加第二導電類型阱區(qū)的寬度和深度來，使第二導電類型阱區(qū)的圓柱形邊緣 及球面性邊緣的耗盡層曲率增加，從而削弱電場強度，達到提高耐壓的目的。但所述專利 ZL200710302461. 4公開溝槽型MOS器件的結(jié)構(gòu)存在以下問題 1、元胞區(qū)與終端保護區(qū)相同的第二導電類型阱區(qū)深度，限制了耐壓的效果和耐壓 的可靠性。 2、元胞區(qū)與終端保護區(qū)相同第二導電類型阱區(qū)的制作工藝，限制了單獨對元胞區(qū) 內(nèi)第二導電類型阱區(qū)或分壓保護區(qū)內(nèi)第二導電類型阱區(qū)的工藝窗口調(diào)節(jié)，從而限制MOS器 件的耐壓效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種溝槽型大功率M0S器件及
其制造方法，其特征導通電阻低、耐壓能力高、可靠性高、工藝簡單及成本低廉。 按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在所述MOS器件的俯視平面上，包括位于半導體基
板上的元胞區(qū)和終端保護結(jié)構(gòu)，所述元胞區(qū)位于半導體基板的中心區(qū)；所述元胞區(qū)的外圍
設有終端保護結(jié)構(gòu)；所述終端保護結(jié)構(gòu)包括位于其內(nèi)圈的分壓保護區(qū)和位于其外圈的截止
保護區(qū)；其創(chuàng)新在于 在所述M0S器件的截面上，所述分壓保護區(qū)內(nèi)的第二導電類型層與第一導電類型 外延層間構(gòu)成PN結(jié)，所述元胞區(qū)與截止保護區(qū)內(nèi)對應的第二導電類型層為同一制造層，所 述分壓保護區(qū)內(nèi)對應的第二導電類型層的深度大于元胞區(qū)與截止保護區(qū)內(nèi)對應的第二導 電類型層的深度；在所述截面上，所述分壓保護區(qū)與截止保護區(qū)利用場氧化層及場氧化層 下方的第一導電類型外延層相隔離；所述分壓保護區(qū)內(nèi)第二導電類型層與鄰近的截止保護 區(qū)內(nèi)第二導電類型層間的水平距離大于第一導電類型外延層的厚度； 所述第一導電類型層包括位于半導體基板底部的第一導電類型襯底及位于第一 導電類型襯底上面的第一導電類型外延層，以及位于第一導電類型外延層上部的第一導電 類型注入?yún)^(qū)；所述第二導電類型層位于第一導電類型外延層的上部；所述第一導電類型襯 底形成半導體基板的第二主面，第一導電類型外延層形成半導體基板的第一主面；
在所述MOS器件的截面上；所述分壓保護區(qū)內(nèi)設置柵極引出端溝槽，所述柵極引 出端溝槽位于第二導電類型層內(nèi)，柵極引出端溝槽內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層，柵極引 出端溝槽內(nèi)淀積有導電多晶硅，所述柵極引出端溝槽的上部設有第二歐姆接觸孔，第二歐 姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充金屬；所述柵極引出端溝槽上方設有柵極金屬，所述柵極金屬 與第二歐姆接觸孔內(nèi)的接觸孔填充金屬連接成等電位；所述分壓保護區(qū)對應于設置第二歐 姆接觸孔外的其余部分由絕緣介質(zhì)覆蓋。 在所述MOS器件的截面上，所述柵極引出端溝槽與場氧化層間設有第三歐姆接觸 孔，第三歐姆接觸孔內(nèi)覆蓋有接觸孔填充金屬，所述第三歐姆接觸孔上方設有第三金屬，所 述接觸孔填充金屬與第三金屬相接觸，第三金屬與源極金屬電性連接；所述源極金屬位于 元胞區(qū)的上面。 在所述MOS器件的截面上，所述元胞區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述元胞溝槽位于第二導 電類型層，深度伸入第二導電類型層下方的第一導電類型外延層，元胞溝槽內(nèi)壁表面生長 有絕緣柵氧化層，所述元胞溝槽內(nèi)淀積有導電多晶硅，所述元胞溝槽的槽口由絕緣介質(zhì)覆 蓋，元胞溝槽的兩側(cè)均設有第一歐姆接觸孔，所述第一歐姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充金屬， 所述相鄰元胞溝槽間相對應的外壁上方均帶有第一導電類型注入?yún)^(qū)，所述元胞區(qū)內(nèi)元胞通 過位于元胞溝槽內(nèi)的導電多晶硅并聯(lián)成整體，所述元胞溝槽上方設置源極金屬，所述第一 導電類型注入?yún)^(qū)通過接觸孔填充金屬與源極金屬電性連接。 在所述MOS器件的截面上，所述截止保護區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述截止溝槽位于第 二導電類型層，深度伸入第二導電類型層下方的第一導電類型外延層，截止溝槽內(nèi)壁表面 生長有絕緣柵氧化層，所述截止溝槽內(nèi)淀積有導電多晶硅；所述截止溝槽上部設有第四歐 姆接觸孔，所述第四歐姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充金屬；所述截止溝槽的外側(cè)為帶有第一 導電類型注入?yún)^(qū)的第二導電類型層；所述截止溝槽的外側(cè)還設有第五歐姆接觸孔，所述第五歐姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充金屬，所述截止保護區(qū)對應于第四歐姆接觸孔、第五歐姆 接觸孔外的其余部分由絕緣介質(zhì)覆蓋；所述第四金屬將第四歐姆接觸孔與第五歐姆接觸孔 內(nèi)的接觸孔填充金屬連接成等電位。所述第一導電類型襯底上設有漏極端。所述場氧化層的厚度為5000 10000A。
所述接觸孔填充金屬為鋁、鎢或銅。
所述MOS器件的制造方法包括如下步驟 a、提供具有兩個相對主面的第一導電類型半導體基板，所述兩個相對主面包括第 一主面與第二主面；b、在所述第一主面上生長一層場氧化層；C、選擇性的掩蔽和刻蝕場氧 化層，形成環(huán)繞半導體基板中心的場氧化層，所述場氧化層位于半導體基板的外圈；d、在所 述第一主面上依次進行保護環(huán)光刻、保護環(huán)離子注入和擴散，形成環(huán)繞所述半導體基板中 心的第二導電類型層；e、在所述第一主面上淀積硬掩膜層；f、選擇性的掩蔽和刻蝕硬掩膜 層，形成溝槽刻蝕的硬掩膜，并在第一主面上刻蝕形成溝槽，同時得到元胞溝槽、柵極引出 端溝槽及截止溝槽；g、在所述溝槽內(nèi)壁表面生長絕緣柵氧化層，h、在所述內(nèi)壁表面生長有 絕緣柵氧化層的溝槽內(nèi)淀積導電多晶硅；i、刻蝕去除第一主面上的導電多晶硅，得到溝槽 內(nèi)導電多晶硅；j、在第一主面上，自對準離子注入第二導電類型雜質(zhì)，并通過推結(jié)形成元胞 區(qū)與終端保護結(jié)構(gòu)對應的第二導電類型層；k、在所述第一主面上，進行源區(qū)光刻，并注入高 濃度的第一導電類型雜質(zhì)離子，并通過推結(jié)得到位于元胞區(qū)與截止保護區(qū)相對應的第一導 電類型注入?yún)^(qū)；1、在上述第一主面上，淀積絕緣介質(zhì)層；m、在淀積有絕緣介質(zhì)層的第一主 面上，進行孔光刻和刻蝕，形成對應的接觸孔，所述接觸孔內(nèi)注入高濃度的第二導電類型雜 質(zhì)離子，同時得到第一歐姆接觸孔、第二歐姆接觸孔、第三歐姆接觸孔、第四歐姆接觸孔及 第五歐姆接觸孔；n、在上述歐姆接觸孔內(nèi)淀積接觸孔填充金屬；o、刻蝕去除所述歐姆接觸 孔外的接觸孔金屬；P、在所述第一主面上方淀積金屬層，通過選擇性的掩蔽和刻蝕金屬層， 同時形成源極金屬、柵極金屬、第三金屬及第四金屬。 所述絕緣介質(zhì)層為硅玻璃(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)。所述金 屬層為鋁或銅。所述金屬層為鋁或銅。 所述"第一導電類型"和"第二導電類型"兩者中，對于N型M0S場效應管，第一導 電類型指N型，第二導電類型為P型；對于P型M0S場效應管，第一導電類型與第二導電類 型所指的類型與N型M0S場效應管正好相反。
本發(fā)明的優(yōu)點 1、通過增加分壓保護區(qū)內(nèi)的第二導電類型阱區(qū)的結(jié)深和濃度，增大耗盡層在第二 導電類型阱周邊區(qū)域的曲率，耐壓能力提高，耐壓可靠性增強。
2、采用溝槽型元胞結(jié)構(gòu)，降低了 M0S器件的特征導通電阻。 3、所述分壓保護區(qū)內(nèi)的第二導電類型層采用兩次加工工藝，能夠單獨對元胞區(qū)內(nèi) 第二導電類型層與分壓保護區(qū)第二導電類型層的工藝調(diào)節(jié)窗口 ，工藝實現(xiàn)方便。
4、在制造M0S器件的過程中，省去了多晶光刻版，降低了制造成本。


圖1為現(xiàn)有平面雙擴散功率M0S器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明功率M0S器件的俯視圖。
圖3為本發(fā)明功率MOS器件的金屬布線圖。 圖4 9為圖3的A-A向剖視的具體工藝實施剖面圖，其中 圖4為在第一主面上形成場氧化層后的剖視圖。 圖5為形成分壓保護區(qū)的第二導電類型層后的剖視圖。 圖6為在第二導電類型層上形成對應溝槽結(jié)構(gòu)后的剖視圖。 圖7為形成第一導電類型注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)后的剖視圖。 圖8為形成接觸孔填充金屬后的剖視圖。 圖9為淀積并刻蝕金屬層后的剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。 如圖2 9所示以N型MOS器件為例，本發(fā)明包括元胞區(qū)1、分壓保護區(qū)2、截止 保護區(qū)3、光刻膠4、分壓區(qū)P阱層5、場氧化層6、柵極端7、 N+襯底8、 N型外延層9、 N+注 入?yún)^(qū)10、絕緣柵氧化層11、導電多晶硅12、柵極引出端溝槽13、元胞溝槽14、截止溝槽15、 接觸孔填充金屬16、絕緣介質(zhì)層17、第一歐姆接觸孔18、第二歐姆接觸孔19、第三歐姆接觸 孔20、第四歐姆接觸孔21、第五歐姆接觸孔22、截止保護區(qū)P阱層23、源極金屬24、柵極金 屬25、第三金屬26、第四金屬27及元胞區(qū)P阱層28。 圖2為N型MOS器件未覆蓋金屬層時的俯視圖。如圖2所示在MOS器件的中心 區(qū)為元胞區(qū)l，所述元胞區(qū)1的外圍為終端保護結(jié)構(gòu)，終端保護結(jié)構(gòu)包括位于其內(nèi)圈的分壓 保護區(qū)2與位于其外圈的截止保護區(qū)3。所述元胞區(qū)1采用溝槽結(jié)構(gòu)，元胞區(qū)1通過元胞溝 槽14內(nèi)的導電多晶硅12并聯(lián)成整體。 圖3為N型M0S器件的金屬布線圖。如圖3所示所述M0S器件的中心區(qū)為源極 金屬24， MOS器件的元胞區(qū)1由源極金屬24覆蓋。所述源極金屬24相鄰的外圈為柵極金 屬25。所述柵極金屬25相鄰的外圈為第三金屬26，所述第三金屬26與源極金屬24連接 成等電位。所述第三金屬26相鄰的外圈為第四金屬27，所述第四金屬27覆蓋在截止保護 區(qū)3上。所述源極金屬24、柵極金屬25、第三金屬26及第四金屬27間的間隔均為分壓保 護區(qū)2。所述源極金屬24、柵極金屬25、第三金屬26及第四金屬27為同一制造層。
圖9為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。如圖9所示在截面上，所述N+襯底8上生長有N 型外延層9，所述N型外延層9的表面作為半導體基板的第一主面，N+襯底8的底面作為半 導體基板的第二主面。在截面上，所述元胞區(qū)1采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述元胞溝槽14位于元胞 區(qū)P阱層28，深度伸入位于元胞區(qū)P阱層28下方的N型外延層9 ;所述元胞溝槽14的內(nèi)壁 生長有絕緣柵氧化層ll，然后在元胞溝槽14內(nèi)淀積有導電多晶硅12，所述元胞區(qū)1內(nèi)的元 胞通過位于元胞溝槽14內(nèi)的導電多晶硅12并聯(lián)成整體。所述元胞溝槽14的槽口由絕緣 介質(zhì)層17覆蓋；所述元胞區(qū)1內(nèi)相鄰的元胞溝槽14間相對應的外壁上方均帶有N+注入?yún)^(qū) 10。元胞溝槽14的兩側(cè)均設有第一歐姆接觸孔18，所述第一歐姆接觸孔18內(nèi)淀積接觸孔 填充金屬16，所述第一歐姆接觸孔18的寬度小于相鄰兩個元胞溝槽14間的距離。所述元 胞溝槽14上方設有源極金屬24，源極金屬24與接觸孔填充金屬16相接觸。所述元胞溝槽 14上方的N+注入?yún)^(qū)10利用接觸孔填充金屬16與源極金屬24連接成等電位，所述接觸孔 填充金屬將元胞區(qū)P阱層28與源極金屬24連接成等電位。
在截面上，所述分壓保護區(qū)2內(nèi)設有柵極引出端溝槽13，用于引出M0S器件的柵 極。所述柵極引出端溝槽13內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層ll，然后向柵極引出端溝槽13 內(nèi)淀積導電多晶硅12 ;所述柵極引出端溝槽13位于分壓區(qū)P阱層5內(nèi)，所述分壓區(qū)P阱層 5的深度大于元胞區(qū)P阱層28的深度。所述柵極引出端溝槽13的上部設置第二歐姆接觸 孔19，所述第二歐姆接觸孔19設置接觸孔填充金屬16，柵極引出端溝槽13的上方設有柵 極金屬25，所述柵極金屬25與第二歐姆接觸孔19內(nèi)的接觸孔填充金屬16接觸，并連接成 等電位。所述柵極引出端溝槽13除設置第二歐姆接觸孔16外的其余部分均由絕緣介質(zhì)層 17覆蓋。 在截面上，所述分壓保護區(qū)2與截止保護區(qū)3利用場氧化層6及所述場氧化層6 下方的N型外延層9相隔離。所述分壓保護區(qū)2內(nèi)的分壓區(qū)P阱層5與截止保護區(qū)3內(nèi)的 截止保護區(qū)P阱層23均截止在場氧化層6下方；所述分壓區(qū)P阱層5與截止保護區(qū)P阱層 23間的水平距離大于N型外延層9的厚度。所述分壓區(qū)P阱層5的深度大于截止保護區(qū)P 阱層23的深度，所述截止保護區(qū)P阱層23與元胞區(qū)P阱層28由同一層制造，截止保護區(qū) P阱層23與元胞區(qū)P阱層28的深度相同。 在截面上，所述柵極引出端溝槽13與場氧化層6間還設有第三歐姆接觸孔20，所 述第三歐姆接觸孔20穿過絕緣介質(zhì)層17，深度伸入分壓區(qū)P阱層5內(nèi)；第三歐姆接觸孔20 內(nèi)設置接觸孔填充金屬16，所述第三歐姆接觸孔20上方設置有第三金屬26，所述第三金屬 26與接觸孔填充金屬16相接觸，并連接成等電位；所述第三金屬26與源極金屬24連接成 等電位。 在截面上，所述截止保護區(qū)3采用溝槽結(jié)構(gòu)，截止溝槽15位于截止保護區(qū)P阱層 23內(nèi)，深度伸入截止保護區(qū)P阱層23下方的N型外延層9 ;所述截止溝槽15內(nèi)壁生長有絕 緣柵氧化層ll，然后在截止溝槽15內(nèi)淀積有導電多晶硅12 ;所述截止溝槽15上部設有第 四歐姆接觸孔21，所述第四歐姆接觸孔21內(nèi)接觸孔填充金屬16。所述截止溝槽15外側(cè)為 上部帶有N+注入?yún)^(qū)10的截止保護區(qū)P阱層23，所述截止溝槽15外側(cè)設有第五歐姆接觸孔 22 ;所述第五歐姆接觸孔22穿過絕緣介質(zhì)層17及N+注入?yún)^(qū)10，深度伸入截止保護區(qū)P阱 層23內(nèi)；所述第五歐姆接觸孔22設置接觸孔填充金屬16。所述截止溝槽15上方設置第 四金屬27，所述第四金屬27與第四歐姆接觸孔21、第五歐姆接觸孔22內(nèi)的接觸孔填充金 屬16相接觸，并連接成等電位。 所述第一歐姆接觸孔18、第二歐姆接觸孔19、第三歐姆接觸孔20、第四歐姆接觸 孔21及第五歐姆接觸孔22內(nèi)的接觸孔填充金屬16由相同材料制成，所述接觸孔填充金屬 16為鎢、鋁或銅制成。 上述結(jié)構(gòu)的溝槽型大功率MOS器件采用下述工藝步驟實現(xiàn) a、提供具有兩個相對主面的N型半導體基板，所述兩個相對主面包括第一主面與 第二主面；所述N+襯底8的底面為第二主面，N型外延層9與N+襯底8相對應的上表面為 第一主面； b、在所述第一主面上生長一層場氧化層6，所述場氧化層6的厚度為
5000~10000人； c、選擇性的掩蔽和刻蝕場氧化層6，在所述半導體硅片的外圈形成環(huán)繞半導體基 板中心的場氧化層6，如圖4所示；
d、在所述第一主面上利用光刻膠4，依次進行保護環(huán)光刻、保護環(huán)離子注入和擴 散，形成環(huán)繞所述半導體基板中心的分壓區(qū)P阱層5，如圖5所示； e、在所述第一主面上淀積硬掩膜層，所述硬掩膜層可以采用LPTE0S(等離子體增 強型原硅酸四乙酯)、熱氧化二氧化硅加化學氣相沉積二氧化硅或熱二氧化硅加氮化硅，其 后通過光刻和各向異性刻蝕形成硬掩膜； f 、選擇性的掩蔽和刻蝕硬掩膜層，形成溝槽刻蝕的硬掩膜，并在第一主面上刻蝕 形成溝槽，同時得到元胞溝槽14、柵極引出端溝槽13及截止溝槽15，如圖6所示；
g、在所述溝槽內(nèi)壁表面生長絕緣柵氧化層11， h、在所述內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層11的溝槽內(nèi)淀積導電多晶硅12 ;
i、刻蝕去除第一主面上的導電多晶硅12，得到溝槽內(nèi)導電多晶硅12 ;
j、在第一主面上，自對準離子注入P雜質(zhì)，并通過推結(jié)形成元胞區(qū)1與終端保護結(jié) 構(gòu)對應的P阱層； k、在所述第一主面上，利用光刻膠4，進行源區(qū)光刻，并注入高濃度的N型雜質(zhì)離 子，并通過推結(jié)得到位于元胞區(qū)1與截止保護區(qū)3相對應的N+注入?yún)^(qū)10，如圖7所示；
在所述M0S器件的截面上，所述元胞區(qū)1內(nèi)的N+注入?yún)^(qū)10分布在相鄰元胞溝槽 14間對應的外壁上方；所述截止保護區(qū)3內(nèi)的N+注入?yún)^(qū)10分布在截止溝槽15的外側(cè)；所 述元胞區(qū)1內(nèi)N+注入?yún)^(qū)10與截止保護區(qū)3內(nèi)N+注入?yún)^(qū)10為同一制造層，其摻雜深度相 同； 1、在上述第一主面上，淀積絕緣介質(zhì)層17，所述絕緣介質(zhì)為USG、PSG或BPSG ; m、在淀積有絕緣介質(zhì)層17的第一主面上，進行孔光刻和刻蝕，形成對應的接觸
孔，所述接觸孔內(nèi)注入高濃度的P類型雜質(zhì)離子，同時得到第一歐姆接觸孔18、第二歐姆接
觸孔19、第三歐姆接觸孔20、第四歐姆接觸孔21及第五歐姆接觸孔22 ; n、在上述歐姆接觸孔內(nèi)淀積鈦或氮化鈦，使上述接觸孔為歐姆接觸孔；然后在淀
積有鈦或氮化鈦的接觸孔內(nèi)，再淀積接觸孔填充金屬16 ; Q、刻蝕去除所述歐姆接觸孔外的接觸孔金屬16，如圖8所示； p、在所述第一主面上方淀積金屬層，所述金屬層為鋁或銅材料制成，一般常用鋁 材料淀積制作；通過選擇性的掩蔽和刻蝕金屬層，同時形成源極金屬24、柵極金屬25、第三 金屬26及第四金屬27。 如圖9所示，本發(fā)明的M0S器件的工作機理為元胞溝槽位14于N型外延層9中， 元胞溝槽14的內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層ll，然后再元胞溝槽14內(nèi)淀積導電多晶硅 12，絕緣柵氧化層11的厚度通常在數(shù)百埃，這樣就組成了一個MOS結(jié)構(gòu)(金屬-氧化物-半 導體)。在元胞溝槽14兩側(cè)的外延層中，擴散形成有元胞區(qū)P阱層28和N型源區(qū)，兩個擴 散結(jié)因為摻雜雜質(zhì)的種類不同，濃度不同，高溫推結(jié)的工藝條件不同，因而結(jié)深也不同，垂 直于第一主面方向的結(jié)深差與一側(cè)的溝槽型MOS結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了具有柵極可控的垂直導電 溝道。相比于平面型的雙擴散MOS結(jié)構(gòu)，由于單個元胞內(nèi)的兩條溝道都位于垂直方向，且相 鄰兩個元胞中的阱區(qū)是由元胞溝槽14所分隔，因此大大縮小了單個元胞的寬度(pitch)， 提高了單位面積內(nèi)元胞的集成度。 當所述MOS器件導通工作時，源極金屬24上設置源極端，源極端接地時，在漏極端 7施加工作電壓，所述元胞區(qū)P阱層28與N型外延層9構(gòu)成的PN結(jié)就會形成一個耗盡層，
9該耗盡層除了沿垂直方向向低濃度的外延層耗盡，還會沿水平方向向遠離元胞區(qū)1的終端 保護區(qū)耗盡。對于元胞區(qū)P阱層28的深度淺于元胞溝槽14，便于實現(xiàn)柵極可控的目的；但 分壓保護區(qū)P阱層5的深度大于元胞區(qū)P阱層28的深度，增大了耗盡層在分壓保護區(qū)P阱 層5周邊區(qū)域的曲率，抑制電場集中，提高耐壓。所述分壓保護區(qū)P阱層5的深度大于元胞 區(qū)P阱層28與截止保護區(qū)P阱層23的深度，耐壓效果好；所述分壓保護區(qū)P阱層5的深度 通過兩次P型雜質(zhì)離子注入形成，工藝操作簡單。 所述場氧化層6下方分壓保護區(qū)P阱層5與截止保護區(qū)P阱層23間的水平距離 要大于N型外延層9的厚度，以防止耗盡時的水平穿通；截止溝槽15及其外側(cè)的N+注入?yún)^(qū) 10可以防止表面反型，從而減少漏電流，確保M0S器件的使用安全。 本發(fā)明利用源極金屬24及柵極金屬25分別引出M0S器件的源極端及柵極端，所 述柵極金屬25通過柵極引出端溝槽13上方的接觸孔填充金屬16與柵極引出端溝槽13內(nèi) 的導電多晶硅12相連，構(gòu)成了M0S器件的柵極端，操作方便，減少了多晶板的使用，降低了 MOS器件的加工成本。
權(quán)利要求
一種溝槽型大功率MOS器件，在所述MOS器件的俯視平面上，有包括位于半導體基板上的元胞區(qū)和終端保護結(jié)構(gòu)，所述元胞區(qū)位于半導體基板的中心區(qū)；所述元胞區(qū)的外圍設有終端保護結(jié)構(gòu)；所述終端保護結(jié)構(gòu)包括位于其內(nèi)圈的分壓保護區(qū)和位于其外圈的截止保護區(qū)；其特征是在所述MOS器件的截面上，所述分壓保護區(qū)內(nèi)的第二導電類型層與第一導電類型外延層間構(gòu)成PN結(jié)，所述元胞區(qū)與截止保護區(qū)內(nèi)對應的第二導電類型層為同一制造層，所述分壓保護區(qū)內(nèi)對應的第二導電類型層的深度大于元胞區(qū)與截止保護區(qū)內(nèi)對應的第二導電類型層的深度；在所述截面上，所述分壓保護區(qū)與截止保護區(qū)利用場氧化層及場氧化層下方的第一導電類型外延層相隔離；所述分壓保護區(qū)內(nèi)第二導電類型層與鄰近的截止保護區(qū)內(nèi)第二導電類型層間的水平距離大于第一導電類型外延層的厚度；所述第一導電類型層包括位于半導體基板底部的第一導電類型襯底及位于第一導電類型襯底上面的第一導電類型外延層，以及位于第一導電類型外延層上部的第一導電類型注入?yún)^(qū)；所述第二導電類型層位于第一導電類型外延層的上部；所述第一導電類型襯底的表面為半導體基板的第二主面，第一導電類型外延層的表面為半導體基板的第一主面；在所述MOS器件的截面上，所述分壓保護區(qū)內(nèi)設置柵極引出端溝槽，所述柵極引出端溝槽位于第二導電類型層內(nèi)，柵極引出端溝槽內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層，柵極引出端溝槽內(nèi)淀積有導電多晶硅，所述柵極引出端溝槽的上部設有第二歐姆接觸孔，第二歐姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充金屬；所述柵極引出端溝槽上方設有柵極金屬，所述柵極金屬與第二歐姆接觸孔內(nèi)的接觸孔填充金屬連接成等電位；所述分壓保護區(qū)對應于設置第二歐姆接觸孔外的其余部分由絕緣介質(zhì)覆蓋。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型大功率MOS器件，其特征是在所述M0S器件的截面 上，所述柵極引出端溝槽與場氧化層間設有第三歐姆接觸孔，第三歐姆接觸孔內(nèi)覆蓋有接 觸孔填充金屬，所述第三歐姆接觸孔上方設有第三金屬，所述接觸孔填充金屬與第三金屬 相接觸，第三金屬與源極金屬電性連接；所述源極金屬位于元胞區(qū)的上面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型大功率MOS器件，其特征是在所述M0S器件的截面 上，所述元胞區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述元胞溝槽位于第二導電類型層，深度伸入第二導電類型 層下方的第一導電類型外延層，元胞溝槽內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層，所述元胞溝槽內(nèi) 淀積有導電多晶硅，所述元胞溝槽的槽口由絕緣介質(zhì)覆蓋，元胞溝槽的兩側(cè)均設有第一歐 姆接觸孔，所述第一歐姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充金屬，所述相鄰元胞溝槽間相對應的外 壁上方均帶有第一導電類型注入?yún)^(qū)，所述元胞區(qū)內(nèi)元胞通過位于元胞溝槽內(nèi)的導電多晶硅 并聯(lián)成整體，所述元胞溝槽上方設置源極金屬，所述第一導電類型注入?yún)^(qū)通過接觸孔填充 金屬與源極金屬電性連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型大功率MOS器件，其特征是在所述MOS器件的截面 上，所述截止保護區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述截止溝槽位于第二導電類型層，深度伸入第二導電 類型層下方的第一導電類型外延層，截止溝槽內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層，所述截止溝 槽內(nèi)淀積有導電多晶硅；所述截止溝槽上部設有第四歐姆接觸孔，所述第四歐姆接觸孔內(nèi) 設置接觸孔填充金屬；所述截止溝槽的外側(cè)為帶有第一導電類型注入?yún)^(qū)的第二導電類型 層；所述截止溝槽的外側(cè)還設有第五歐姆接觸孔，所述第五歐姆接觸孔內(nèi)設置接觸孔填充 金屬，所述截止保護區(qū)對應于第四歐姆接觸孔、第五歐姆接觸孔外的其余部分由絕緣介質(zhì)覆蓋；所述第四金屬將第四歐姆接觸孔與第五歐姆接觸孔內(nèi)的接觸孔填充金屬連接成等電 位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型大功率mos器件，其特征是所述第一導電類型襯底 上設有漏極端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型大功率mos器件，其特征是所述場氧化層的厚度為 5000~10000A。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l至4之一所述的溝槽型大功率mos器件，其特征是所述接觸孔填 充金屬為鋁、鎢或銅。
8. —種溝槽型大功率mos器件的制造方法，其特征是，所述mos器件的制造方法包括如 下步驟(a) 、提供具有兩個相對主面的第一導電類型半導體基板，所述兩個相對主面包括第一 主面與第二主面；(b) 、在所述第一主面上生長一層場氧化層；(c) 、選擇性的掩蔽和刻蝕場氧化層，形成環(huán)繞半導體基板中心的場氧化層，所述場氧 化層位于半導體基板的外圈；(d) 、在所述第一主面上依次進行保護環(huán)光刻、保護環(huán)離子注入和擴散，形成環(huán)繞所述 半導體基板中心的第二導電類型層；(e) 、在所述第一主面上淀積硬掩膜層；(f) 、選擇性的掩蔽和刻蝕硬掩膜層，形成溝槽刻蝕的硬掩膜，并在第一主面上刻蝕形 成溝槽，同時得到元胞溝槽、柵極引出端溝槽及截止溝槽；(g) 、在所述溝槽內(nèi)壁表面生長絕緣柵氧化層，(h) 、在所述內(nèi)壁表面生長有絕緣柵氧化層的溝槽內(nèi)淀積導電多晶硅；(i) 、刻蝕去除第一主面上的導電多晶硅，得到溝槽內(nèi)導電多晶硅；(j)、在第一主面上，自對準離子注入第二導電類型雜質(zhì)，并通過推結(jié)形成元胞區(qū)與終 端保護結(jié)構(gòu)對應的第二導電類型層；(k)、在所述第一主面上，進行源區(qū)光刻，并注入高濃度的第一導電類型雜質(zhì)離子，并通 過推結(jié)得到位于元胞區(qū)與截止保護區(qū)相對應的第一導電類型注入?yún)^(qū)；(1)、在上述第一主面上，淀積絕緣介質(zhì)層；(m)、在淀積有絕緣介質(zhì)層的第一主面上，進行孔光刻和刻蝕，形成對應的接觸孔，所述 接觸孔內(nèi)注入高濃度的第二導電類型雜質(zhì)離子，同時得到第一歐姆接觸孔、第二歐姆接觸 孔、第三歐姆接觸孔、第四歐姆接觸孔及第五歐姆接觸孔；(n)、在上述歐姆接觸孔內(nèi)淀積接觸孔填充金屬；(Q)、刻蝕去除所述歐姆接觸孔外的接觸孔金屬；(p)、在所述第一主面上方淀積金屬層，通過選擇性的掩蔽和刻蝕金屬層，同時形成源 極金屬、柵極金屬、第三金屬及第四金屬。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述溝槽型大功率m0s器件的制造方法，其特征是所述絕緣介質(zhì) 層為硅玻璃(usg)、硼磷硅玻璃(bpsg)或磷硅玻璃(psg)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述溝槽型大功率m0s器件的制造方法，其特征是所述金屬層為 鋁或銅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MOS器件及其制造方法，尤其是一種溝槽型大功率MOS器件及其制造方法。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述溝槽型大功率MOS器件，在所述MOS器件的俯視平面上，包括位于半導體基板上的元胞區(qū)和終端保護結(jié)構(gòu)，所述元胞區(qū)位于半導體基板的中心區(qū)；所述元胞區(qū)的外圍設有終端保護結(jié)構(gòu)，所述終端保護結(jié)構(gòu)包括位于其內(nèi)圈的分壓保護區(qū)和位于其外圈的截止保護區(qū)；通過加深分壓保護區(qū)內(nèi)第二導電類型層深度和濃度，增大了分壓保護區(qū)阱區(qū)周邊的曲率，抑制了電場集中，提高了耐壓。本發(fā)明特征電阻低、耐壓能力高、可靠性高、工藝簡單及成本低廉。
文檔編號H01L21/02GK101752423SQ20101000395
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者丁磊, 冷德武, 葉鵬, 朱袁正 申請人:無錫新潔能功率半導體有限公司