專利名稱：溝槽型半導(dǎo)體功率器件及其制造方法和終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溝槽型半導(dǎo)體功率器件和其中的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)、以及溝槽型半導(dǎo)體功率器件的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著功率MOS器件工藝和設(shè)計(jì)的不斷成熟，國內(nèi)外功率MOS器件的競爭也越來越激烈，降低器件的成本、提高器件的性能及可靠性也越來越迫切。在不影響器件性能的前提下，減少器件制造工藝中的光刻次數(shù)和縮小芯片的尺寸是降低器件成本的兩個(gè)重要手段。在功率MOS器件的發(fā)展過程中，為了降低成本，通常采用專利號為:ZL200710302461.4的中國發(fā)明專利公開的一種基于四次光刻技術(shù)的溝槽型MOS器件制造工藝來量產(chǎn)溝槽型MOS器件。經(jīng)該工藝制造的溝槽型功率MOS器件的結(jié)構(gòu)為:在溝槽型MOS器件的俯視平面上，包含中心區(qū)的有源區(qū)和外圍的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，該終端保護(hù)結(jié)構(gòu)由溝槽型的保護(hù)環(huán)(或稱分壓環(huán))及一個(gè)溝槽型的截止環(huán)組成；所述保護(hù)環(huán)的溝槽位于輕摻雜的第二導(dǎo)電類型層，深度深入第二導(dǎo)電類型層下方的第一導(dǎo)電類型層。從實(shí)際仿真結(jié)果來看，由于其保護(hù)環(huán)為單純的溝槽結(jié)構(gòu)且溝槽深度深入第二導(dǎo)電類型層下方的第一導(dǎo)電類型層，這種結(jié)構(gòu)的器件在反向耐壓時(shí)，內(nèi)圈第一個(gè)保護(hù)環(huán)承受了近80%的電壓降，此時(shí)，在內(nèi)圈第一個(gè)保護(hù)環(huán)靠近有源區(qū)的側(cè)壁旁會形成窄的耗盡層，近80 %的電勢線集中在所述耗盡層內(nèi)，在所述耗盡層內(nèi)形成強(qiáng)電場區(qū)域；從實(shí)際仿真結(jié)果可知，上述單個(gè)保護(hù)環(huán)溝槽結(jié)構(gòu)能承受的耐壓值為30V 40V，當(dāng)器件反向偏壓在55V時(shí)，內(nèi)圈第一個(gè)保護(hù)環(huán)溝槽承受了近44V的電壓降，超過了其承受能力，造成器件在內(nèi)圈第一個(gè)保護(hù)環(huán)溝槽處提前擊穿，器件耐壓被限制在55V左右。此外，由實(shí)際仿真可知，由于上述MOS器件只采用一個(gè)溝槽型截止環(huán)，其截止能力弱，在反向電壓較高時(shí)，MOS器件會在截止環(huán)處產(chǎn)生大量漏電流，造成器件可靠性降低，甚至造成MOS器件功能性失效。綜上所述，現(xiàn)有的四次光刻技術(shù)僅限于擊穿電壓在55V以下的溝槽型MOS器件產(chǎn)品，高電壓、大功率的溝槽型MOS器件產(chǎn)品依然采用六次光刻甚至八層光刻的制造技術(shù)，中國專利ZL201010003953.5中詳細(xì)描述了一種采用六次光刻技術(shù)制造溝槽型MOS器件的方法，其步驟包括:I)、場氧化層生長；2)、有源區(qū)刻蝕(光刻層次I)；3)、保護(hù)環(huán)區(qū)域刻蝕、離子注入，熱處理形成終端保護(hù)結(jié)構(gòu)(光刻層次2)；4)、硬掩膜生長及選擇性刻蝕，定義溝槽刻蝕的區(qū)域(光刻層次3)；5)、利用硬掩膜選擇性地進(jìn)行溝槽刻蝕；6)、生長柵氧化層，淀積導(dǎo)電多晶硅；7)、刻蝕導(dǎo)電多晶硅；8)、注入第二類型雜質(zhì)離子，熱處理形成第二類型阱層；9)、光刻形成第一類型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域，注入第一類型雜質(zhì)離子，熱處理形成第一類型注入?yún)^(qū)(光刻層次4)；10)、淀積絕緣介質(zhì)層；11)、光刻定義引出孔區(qū)，刻蝕形成引出孔(光刻層次5)；12)、淀積金屬層,光刻形成金屬電極(光刻層次6)。與四次光刻制造技術(shù)相比，六次光刻制造技術(shù)的制造周期長，增加了溝槽型MOS器件的制造成本，降低了 MOS器件的市場競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種可以降低制造成本、并可提高反向擊穿電壓的溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板包括第一導(dǎo)電類型襯底及設(shè)置在第一導(dǎo)電類型襯底上的第一導(dǎo)電類型外延層，第一導(dǎo)電類型外延層的表面為第一主面，第一導(dǎo)電類型襯底的表面為第二主面；第一主面上設(shè)置有位于中心區(qū)域的有源區(qū)、以及位于有源區(qū)外圍的終端保護(hù)區(qū)，所述的第一主面上覆蓋有絕緣介質(zhì)層，終端保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)分壓環(huán)和位于分壓環(huán)外圍的至少一個(gè)截止環(huán)；所述的分壓環(huán)包括:設(shè)置在所述終端保護(hù)區(qū)內(nèi)的環(huán)狀的第一溝槽，第一溝槽的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層，第一溝槽沿其兩側(cè)內(nèi)壁分別設(shè)置有環(huán)狀的第一多晶硅場板和第二多晶娃場板，第一多晶娃場板與第二多晶娃場板之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)層，第一多晶娃場板與第二多晶硅場板通過絕緣介質(zhì)層隔離，第一導(dǎo)電類型外延層在第一溝槽的兩側(cè)設(shè)置有與第一溝槽的外壁相接觸的第二導(dǎo)電類型層；所述的截止環(huán)包括:所述的第一主面在終端保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有環(huán)狀的第二溝槽，第二溝槽深入到第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)，第二溝槽的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層，第二溝槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電多晶硅，第二溝槽的兩側(cè)分別設(shè)置有第二導(dǎo)電類型層。所述第二溝槽外側(cè)的第二導(dǎo)電類型層頂部注入有第一導(dǎo)電類型注入層，所述第二溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅、第二溝槽外側(cè)的第一導(dǎo)電類型注入層以及第二導(dǎo)電類型層通過截止環(huán)金屬板連接成等電位。所述覆蓋在第一主面的絕緣介質(zhì)層上對著第二溝槽及其外側(cè)沿著第二溝槽分別開設(shè)有若干個(gè)第一引出孔和若干個(gè)第二引出孔，且第二引出孔伸入第二導(dǎo)電類型層，所述截止環(huán)金屬板的底部一一對應(yīng)設(shè)置有與第一引出孔和第二引出孔相配合的插腳，插腳分別插入相應(yīng)的第一引出孔和第二引出孔中。所述截止環(huán)金屬板的設(shè)置方式為:所述覆蓋在第一主面的絕緣介質(zhì)層上對著第二溝槽及其外側(cè)沿著第二溝槽分別開設(shè)有第一引出槽和第二引出槽，且第二引出槽伸入第二導(dǎo)電類型層，所述截止環(huán)金屬板的底部上設(shè)置有兩個(gè)分別與第一引出槽和第二引出槽相配合的插腳，兩個(gè)插腳分別插入第一引出槽和第二引出槽中。本發(fā)明提供了一種包括本發(fā)明所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的溝槽型半導(dǎo)體功率器件，其半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置有漏極；其半導(dǎo)體基板第一主面的有源區(qū)內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)相互貫通的單胞溝槽，單胞溝槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電多晶硅、并聯(lián)成整體；第一導(dǎo)電類型外延層的上部設(shè)置有第二導(dǎo)電類型層，位于有源區(qū)的第二導(dǎo)電類型層的上部設(shè)置有與單胞溝槽外壁接觸的第一導(dǎo)電類型注入層；單胞溝槽的兩側(cè)設(shè)置有源極引出槽或若干個(gè)源極引出孔；所述有源區(qū)內(nèi)覆蓋有源極金屬板，源極金屬板從絕緣介質(zhì)層表面通過源極引出槽或若干個(gè)源極引出孔伸入到第二導(dǎo)電類型層；所述源極金屬板形成所述半導(dǎo)體功率器件的源極；所述的有源區(qū)與終端保護(hù)區(qū)之間設(shè)置有與單胞溝槽相連通的第三溝槽，第三溝槽的內(nèi)壁生長有絕緣氧化層，第三溝槽內(nèi)設(shè)置有與單胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅相連接的導(dǎo)電多晶硅，第三溝槽的頂部設(shè)置有柵極金屬板，柵極金屬板從絕緣介質(zhì)層表面伸入第三溝槽內(nèi)，與第三溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅相連接，形成所述半導(dǎo)體功率器件的柵極。本發(fā)明還提供了一種用于制造本發(fā)明所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件的制造方法，其步驟為:a)提供本發(fā)明所述的半導(dǎo)體基板；b)在第一主面上注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子，通過熱處理形成第二導(dǎo)電類型層，該第二導(dǎo)電類型層位于第一導(dǎo)電類型外延層的上部；c)在第一主面上淀積硬掩膜層，光刻出硬掩膜刻蝕區(qū)域，并刻蝕硬掩膜層，形成用于溝槽刻蝕的硬掩膜；d)刻蝕第一主面，形成單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽；e)在所述的單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽內(nèi)壁上生長絕緣氧化層；f)去除所述半導(dǎo)體基板第一主面上的硬掩膜層以及單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽各自內(nèi)壁的絕緣氧化層；g)在單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽各自內(nèi)壁上生長絕緣柵氧化層；h)在第一主面上、單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽內(nèi)同時(shí)淀積導(dǎo)電多晶硅；i)刻蝕導(dǎo)電多晶硅；去除第一主面上的導(dǎo)電多晶硅，在第一溝槽內(nèi)形成第一多晶娃場板和第二多晶娃場板；j)在第一主面的相應(yīng)位置光刻出第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域，并注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子，通過熱處理形成第一導(dǎo)電類型注入層；k)在第一主面上及第一溝槽內(nèi)淀積絕緣介質(zhì)層；I)光刻引出孔區(qū)域，刻蝕絕緣介質(zhì)層，在第一主面上形成引出孔；m)在第一主面上及引出孔內(nèi)淀積金屬層，光刻出引線區(qū)域，刻蝕形成金屬引線；η)在第二主面上進(jìn)行基板研磨并淀積金屬，形成所述半導(dǎo)體功率器件的背面電極。所述的步驟I)中，在所述刻蝕絕緣介質(zhì)層后，刻蝕引出孔區(qū)域的單晶硅，然后注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是:1、相比現(xiàn)有的六次光刻技術(shù)，本發(fā)明采用四次光刻技術(shù)，在保證器件性能和可靠性的前提下，節(jié)省了兩次光刻工序，降低了約33%的制造成本，且縮短了器件的制造周期。2、相比現(xiàn)有的四次光刻技術(shù)，本發(fā)明所述分壓環(huán)的第一溝槽比截止環(huán)的第二溝槽寬，在第一溝槽內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)由絕緣介質(zhì)層隔離的多晶硅場板，并在第一溝槽底部下側(cè)設(shè)置有第二類型雜質(zhì)講，電場均勻分布在第一溝槽側(cè)壁、第一溝槽底部及兩塊多晶娃場板之間，且多個(gè)分壓環(huán)的第一溝槽分壓均勻，提高了溝槽型半導(dǎo)體功率器件的耐壓能力及可靠性，溝槽型半導(dǎo)體功率器件的耐壓能力可增強(qiáng)到220V，大幅提高了溝槽型半導(dǎo)體功率器件的反向耐壓。3、相比現(xiàn)有的四次光刻技術(shù)，本發(fā)明通過兩個(gè)以上的溝槽型截止環(huán)來增加溝槽型半導(dǎo)體功率器件反向耐壓時(shí)的漏電流截止能力，從而降低了溝槽型半導(dǎo)體功率器件的漏電流，提高了溝槽型半導(dǎo)體功率器件的可靠性。


圖1為本發(fā)明所述的N溝槽型功率MOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A局部剖視圖；圖3為圖1的B-B局部剖視圖；圖4至圖13為與本發(fā)明所述的制造方法中的工藝步驟相對應(yīng)的N溝槽型功率MOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中:圖4為半導(dǎo)體基板的剖視圖；圖5為形成溝槽后的剖視圖；圖6為形成柵氧化層后的剖視圖；圖7為溝槽內(nèi)淀積導(dǎo)電多晶硅后的剖視圖；圖8為在刻蝕導(dǎo)電多晶硅后的剖視圖；圖9為形成第二導(dǎo)電類型注入層后的剖視圖；圖10為形成第一導(dǎo)電類型注入層后的剖視圖；圖11為淀積絕緣介質(zhì)層后的剖視圖；圖12為形成引出孔后的首I]視圖；圖13為形成金屬層及背面電極后的剖視圖；圖1至圖13中的附圖標(biāo)記:1、單胞，2、有源區(qū)，3、終端保護(hù)區(qū)，4、分壓環(huán)，5、截止環(huán)，6、N型襯底，7、N型外延層，8、硬掩膜，9、單胞溝槽，10、第一溝槽，11、第二溝槽，12、第三溝槽，13、絕緣柵氧化層，14、導(dǎo)電多晶娃，15、第一多晶娃場板,16、第二多晶娃場板,17、P型層，18、N型注入層，19、絕緣介質(zhì)層,21、柵極金屬板,22、截止環(huán)金屬板,23、背面電極,24、源極金屬板，31、第一引出孔，32、第二引出孔，33、源極引出孔。圖14為采用現(xiàn)有四次光刻技術(shù)制造的溝槽型功率MOS器件的反向耐壓仿真示意圖；圖15為采用本發(fā)明所述溝槽型半導(dǎo)體功率器件的制造方法制造的溝槽型功率MOS器件的反向耐壓仿真示意圖；圖14至圖15中的附圖標(biāo)記:25、耗盡層，26、電勢線，27、器件擊穿時(shí)的電流。
具體實(shí)施例方式首先，結(jié)合附圖1至3，以N溝槽型功率MOS器件為例詳細(xì)描述本發(fā)明所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件。如圖1、圖2和圖3所示，一種N溝槽型功率MOS器件，包括:半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板包括:作為第一導(dǎo)電類型襯底的N型襯底6及設(shè)置在N型襯底6上的作為第一導(dǎo)電類型外延層的N型外延層7,N型外延層7的表面為第一主面,N型襯底6的表面為第二主面,第一主面上設(shè)置有位于中心區(qū)域的有源區(qū)2、以及位于有源區(qū)2外圍的終端保護(hù)區(qū)3，第一主面上覆蓋有絕緣介質(zhì)層，終端保護(hù)區(qū)3內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)分壓環(huán)4和一個(gè)位于兩個(gè)分壓環(huán)4外圍的截止環(huán)5 ;所述的分壓環(huán)4包括:設(shè)置在所述終端保護(hù)區(qū)3內(nèi)的環(huán)狀的第一溝槽10，第一溝槽10的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層13，第一溝槽10沿其兩側(cè)內(nèi)壁分別設(shè)置有環(huán)狀的第一多晶娃場板15和第二多晶娃場板16,第一多晶娃場板15與第二多晶娃場板16之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)層19，第一多晶硅場板15與第二多晶硅場板16通過絕緣介質(zhì)層19隔離，N型外延層7在第一溝槽10的兩側(cè)設(shè)置有與第一溝槽10的外壁相接觸的P型層17 ;所述的截止環(huán)5包括:所述的第一主面在終端保護(hù)區(qū)3內(nèi)設(shè)置有環(huán)狀的第二溝槽11，第二溝槽11深入到N型外延層7內(nèi)，第二溝槽11的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層13，第二溝槽11內(nèi)淀積有導(dǎo)電多晶硅14，第二溝槽11的兩側(cè)分別設(shè)置有P型層17，第二溝槽11外側(cè)的P型層17的頂部注入有N型注入層18 ;所述第二溝槽11內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅14、第二溝槽11外側(cè)的N型注入層18以及P型層17通過截止環(huán)金屬板22連接成等電位，截止環(huán)金屬板22的設(shè)置方式為:所述覆蓋在第一主面的絕緣介質(zhì)層19上對著第二溝槽11及其外側(cè)沿著第二溝槽11分別開設(shè)有若干個(gè)第一引出孔31和若干個(gè)第二引出孔32，且第二引出孔32伸入P型層17，截止環(huán)金屬板22的底部一一對應(yīng)設(shè)置有與第一引出孔31和第二引出孔32相配合的插腳，插腳插入相應(yīng)的第一引出孔31和第二引出孔32中；所述的第二主面上設(shè)置有漏極(圖中未畫出)；所述第一主面的有源區(qū)2內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)相互貫通的單胞溝槽9，單胞溝槽9內(nèi)淀積有導(dǎo)電多晶硅14，所有單胞溝槽9內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅14聯(lián)成整體；N型外延層7的上部設(shè)置有P型層17，位于有源區(qū)2的P型層17的上部設(shè)置有與單胞溝槽9外壁接觸的N型注入層18 ;單胞溝槽9的兩側(cè)沿著單胞溝槽9分別開設(shè)有若干個(gè)源極引出孔33 ;所述的有源區(qū)2內(nèi)覆蓋有源極金屬板24，源極金屬板24從絕緣介質(zhì)層19表面通過源極引出孔33伸入到P型層17，源極金屬板24形成所述的半導(dǎo)體功率器件的源極；所述的有源區(qū)2與終端保護(hù)區(qū)3之間設(shè)置有與單胞溝槽9相連通的第三溝槽12，第三溝槽12的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層13，第三溝槽12內(nèi)設(shè)置有與單胞溝槽9內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅14相連接的導(dǎo)電多晶硅14，第三溝槽12的頂部設(shè)置有柵極金屬板21，柵極金屬板21從絕緣介質(zhì)層19表面伸入第三溝槽12內(nèi)，與第三溝槽12內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅14相連接，形成所述半導(dǎo)體功率器件的柵極。所述的絕緣介質(zhì)層19為硅氧化物，最好是摻雜硼磷的硅氧化物；所述的若干個(gè)源極引出孔33、若干個(gè)第一引出孔31和若干個(gè)第二引出孔32均可以由一個(gè)溝槽來替代。本實(shí)施例采用兩個(gè)分壓環(huán)4和一個(gè)截止環(huán)5，分壓環(huán)4和截止環(huán)5的數(shù)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來確定。發(fā)明所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件當(dāng)然包括P溝道溝槽型功率MOS器件，只需將上述的N溝槽型功率MOS器件中的N型襯底6換成P型襯底、N型外延層7換成P型外延層、P型層17換成N型層、N型注入層18換成P型注入層即可。接下來，結(jié)合附圖4至13，以N溝槽型功率MOS器件為例詳細(xì)描述本發(fā)明所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件的制造方法，其步驟為:a)在重?fù)诫s的N型襯底6上生長輕摻雜的N型外延層7，形成以N型外延層7表面作為第一主面和以N型襯底6表面作為第二主面的半導(dǎo)體基板一參見圖4所示；b)在第一主面上及第一溝槽10內(nèi)注入P型雜質(zhì)離子，通過熱處理形成P型層17，該P(yáng)型層17位于N型外延層7的上部一參見圖5所示；c)在第一主面上淀積硬掩膜層，光刻出硬掩膜刻蝕區(qū)域，并刻蝕硬掩膜層8—參見圖6所示，形成用于溝槽刻蝕的硬掩膜；d)刻蝕第一主面，形成單胞溝槽9、第一溝槽10、第二溝槽11和第三溝槽12——參見圖6所示；e)在所述的單胞溝槽9、第一溝槽10、第二溝槽11和第三溝槽12內(nèi)壁上生長絕緣氧化層；f)去除所述半導(dǎo)體基板第一主面上的硬掩膜層以及單胞溝槽9、第一溝槽10、第二溝槽11和第三溝槽12各自內(nèi)壁的絕緣氧化層；g)在單胞溝槽9、第一溝槽10、第二溝槽11和第三溝12槽各自內(nèi)壁上生長絕緣柵氧化層13——參見圖7所示；h)在單胞溝槽9、第一溝槽10、第二溝槽11和第三溝槽12內(nèi)同時(shí)淀積導(dǎo)電多晶硅14 參見圖8所不；i)刻蝕導(dǎo)電多晶硅；去除第一主面上的導(dǎo)電多晶硅，使得單胞溝槽9、第二溝槽
11、第三溝槽12內(nèi)充滿導(dǎo)電多晶娃14,在第一溝槽10內(nèi)形成第一多晶娃場板15和第二多晶娃場板16 參見圖9所不；j)在第一主面的相應(yīng)位置光刻出N型雜質(zhì)離子的注入?yún)^(qū)域，并注入N型雜質(zhì)離子(N+)，通過熱處理形成N型注入層18—參見圖10所示；k)在第一主面上及第一溝槽10內(nèi)淀積絕緣介質(zhì)層19——參見圖11所示；I)光刻引出孔區(qū)域，刻蝕絕緣介質(zhì)層，在第一主面上形成各種弓I出？L一一參見圖12所示；在刻蝕絕緣介質(zhì)層后，還可刻蝕引出孔區(qū)域的單晶硅，然后注入P型雜質(zhì)離子。m)在第一主面上及各種引出孔內(nèi)淀積金屬層，光刻出引線區(qū)域，刻蝕形成金屬引線即相應(yīng)的各種金屬板一參見圖13所示；η)在第二主面上進(jìn)行基板研磨并淀積金屬，形成所述MOS器件的背面電極23——參見圖13所示。圖14為現(xiàn)有四次光刻版結(jié)構(gòu)在反向耐壓時(shí)的仿真圖，對比本發(fā)明結(jié)構(gòu)的仿真圖15，可以看出，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的MOS器件在反向耐壓時(shí)，絕大多數(shù)電勢線26都集中在內(nèi)圈的第一個(gè)分壓環(huán)靠近有源區(qū)的一側(cè)處，此處耗盡層較薄，電勢線26的密集造成此處產(chǎn)生局部大電場，由圖14中的擊穿電流線27可知，器件提前在此處擊穿，耐壓能力弱。而由圖15可知，本發(fā)明所述的MOS器件在反向耐壓時(shí)，電勢線26均勻分布在分壓環(huán)4的靠近有源區(qū)的側(cè)壁處、分壓環(huán)4的溝槽即第一溝槽10底部的耗盡層25內(nèi)及第一多晶娃場板15和第二多晶娃場板16之間的絕緣介質(zhì)層19內(nèi)，由于避免了電勢線26的密集分部，此處電場分布均勻，耐壓能力得到提高。本發(fā)明采用四次光刻技術(shù)，制造高電壓大功率MOS器件，相對于現(xiàn)有六次光刻技術(shù)，其在不影響功率MOS器件性能的基礎(chǔ)上減少了兩次光刻，降低了約33%的制造成本，縮短了制造周期，提高了產(chǎn)品的競爭力；相對于現(xiàn)有的四次光刻的技術(shù)，本發(fā)明所述功率MOS器件的分壓環(huán)4采用了第一多晶硅場板15、第二多晶硅場板16的結(jié)構(gòu)，使得功率MOS器件在反向耐壓時(shí)電場分布均勻，提高了功率MOS器件的耐壓能力及可靠性，突破了現(xiàn)有四次光刻技術(shù)產(chǎn)品耐壓低于55V的限制，使得功率MOS器件耐壓可以提高到220V。
權(quán)利要求
1.溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板包括:第一導(dǎo)電類型襯底以及設(shè)置在第一導(dǎo)電類型襯底上的第一導(dǎo)電類型外延層，第一導(dǎo)電類型外延層的表面為第一主面，第一導(dǎo)電類型襯底的表面為第二主面；第一主面上設(shè)置有位于中心區(qū)域的有源區(qū)、以及位于有源區(qū)外圍的終端保護(hù)區(qū)，所述的第一主面上覆蓋有絕緣介質(zhì)層，終端保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)分壓環(huán)和位于分壓環(huán)外圍的至少一個(gè)截止環(huán)；其特征在于: 所述的分壓環(huán)包括:設(shè)置在所述終端保護(hù)區(qū)內(nèi)的環(huán)狀的第一溝槽，第一溝槽的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層，第一溝槽沿其兩側(cè)內(nèi)壁分別設(shè)置有環(huán)狀的第一多晶硅場板和第二多晶娃場板，第一多晶娃場板與第二多晶娃場板之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)層，第一多晶娃場板與第二多晶硅場板通過絕緣介質(zhì)層隔離，第一導(dǎo)電類型外延層在第一溝槽的兩側(cè)設(shè)置有與第一溝槽的外壁相接觸的第二導(dǎo)電類型層； 所述的截止環(huán)包括:所述的第一主面在終端保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有環(huán)狀的第二溝槽，第二溝槽深入到第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)，第二溝槽的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層，第二溝槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電多晶硅，第二溝槽的兩側(cè)分別設(shè)置有第二導(dǎo)電類型層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二溝槽外側(cè)的第二導(dǎo)電類型層頂部注入有第一導(dǎo)電類型注入層；所述第二溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅、第二溝槽外側(cè)的第一導(dǎo)電類型注入層以及第二導(dǎo)電類型層通過截止環(huán)金屬板連接成等電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述截止環(huán)金屬板的設(shè)置方式為:所述覆蓋在第一主面的絕緣介質(zhì)層上對著第二溝槽及其外側(cè)沿著第二溝槽分別開設(shè)有若干個(gè)第一引出孔和若干個(gè)第二引出孔，且第二引出孔伸入第二導(dǎo)電類型層，所述截止環(huán)金屬板的底部一一對應(yīng)設(shè)置有與第一引出孔和第二引出孔相配合的插腳，插腳分別插入相應(yīng)的第一引出孔和第二引出孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述截止環(huán)金屬板的設(shè)置方式為:所述覆蓋在第一主面的絕緣介質(zhì)層上對著第二溝槽及其外側(cè)沿著第二溝槽分別開設(shè)有第一 引出槽和第二引出槽，且第二引出槽伸入第二導(dǎo)電類型層，所述截止環(huán)金屬板的底部上設(shè)置有兩個(gè)分別與第一引出槽和第二引出槽相配合的插腳，兩個(gè)插腳分別插入第一引出槽和第二引出槽中。
5.一種溝槽型半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件包括權(quán)利要求I所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述的第二主面上設(shè)置有漏極； 所述的有源區(qū)內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)相互貫通的單胞溝槽，單胞溝槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電多晶硅、并聯(lián)成整體；第一導(dǎo)電類型外延層的上部設(shè)置有第二導(dǎo)電類型層，位于有源區(qū)的第二導(dǎo)電類型層的上部設(shè)置有與單胞溝槽外壁接觸的第一導(dǎo)電類型注入層；單胞溝槽的兩側(cè)設(shè)置有源極引出槽或若干個(gè)源極引出孔；所述有源區(qū)內(nèi)覆蓋有源極金屬板，源極金屬板從絕緣介質(zhì)層表面通過源極引出槽或若干個(gè)源引出孔伸入到第二導(dǎo)電類型層；所述源極金屬板形成所述半導(dǎo)體功率器件的源極； 所述的有源區(qū)與終端保護(hù)區(qū)之間設(shè)置有與單胞溝槽相連通的第三溝槽，第三溝槽的內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層，第三溝槽內(nèi)設(shè)置有與單胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅相連接的導(dǎo)電多晶硅，第三溝槽的頂部設(shè)置有柵極金屬板，柵極金屬板從絕緣介質(zhì)層表面伸入第三溝槽內(nèi)，與第三溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅相連接，形成所述半導(dǎo)體功率器件的柵極。
6.如權(quán)利要求5所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件的制造方法，其步驟為: a)提供權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板； b)在第一主面上注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子，通過熱處理形成第二導(dǎo)電類型層，該第二導(dǎo)電類型層位于第一導(dǎo)電類型外延層的上部； c)在第一主面上淀積硬掩膜層，光刻出硬掩膜刻蝕區(qū)域，并刻蝕硬掩膜層，形成用于溝槽刻蝕的硬掩膜； d)刻蝕第一主面,形成單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽； e)在所述的單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽內(nèi)壁上生長絕緣氧化層； f)去除所述半導(dǎo)體基板第一主面上的硬掩膜層以及單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽各自內(nèi)壁的絕緣氧化層； g)在單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽各自內(nèi)壁上生長絕緣柵氧化層； h)在第一主面上、單胞溝槽、第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽內(nèi)同時(shí)淀積導(dǎo)電多晶娃； i)刻蝕導(dǎo)電多晶娃；去除第一主面上的導(dǎo)電多晶娃，在第一溝槽內(nèi)形成第一多晶娃場板和第二多晶硅場板； j)在第一主面的相應(yīng)位置光刻出第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域，并注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子，通過熱處理形成第一導(dǎo)電類型注入層；k)在第一主面上及第一溝槽內(nèi)淀積絕緣介質(zhì)層； I)光刻引出孔區(qū)域，刻蝕絕緣介質(zhì)層，在第一主面上形成引出孔； m)在第一主面上及引出孔內(nèi)淀積金屬層，光刻出引線區(qū)域，刻蝕形成金屬引線； η)在第二主面上進(jìn)行基板研磨并淀積金屬，形成所述半導(dǎo)體功率器件的背面電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型半導(dǎo)體功率器件的制造方法，其特征在于:所述步驟I)中，在所述刻蝕絕緣介質(zhì)層后， 刻蝕引出孔區(qū)域的單晶硅，然后注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可降低制造成本、并可提高反向擊穿電壓的半導(dǎo)體功率器件，包括半導(dǎo)體基板，其中心區(qū)由并聯(lián)的單胞構(gòu)成有源區(qū)，有源區(qū)的外圍設(shè)置有終端保護(hù)區(qū)，終端保護(hù)區(qū)包括至少一個(gè)分壓環(huán)和至少一個(gè)截止環(huán)，截止環(huán)位于分壓環(huán)的外圍；終端保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有第一溝槽，第一溝槽形成終端保護(hù)區(qū)的分壓環(huán)；所述第一溝槽內(nèi)壁生長有絕緣柵氧化層，溝槽內(nèi)的兩側(cè)分別設(shè)置有第一多晶硅場板和第二多晶硅場板，第一多晶硅場板與第二多晶硅場板通過絕緣介質(zhì)層相隔離；第一溝槽兩側(cè)設(shè)有第二導(dǎo)電類型層。本發(fā)明還公開了上述半導(dǎo)體功率器件的制造方法。本發(fā)明在降低半導(dǎo)體功率器件制造成本的同時(shí)，還大大提高了半導(dǎo)體功率器件的耐壓能力和可靠性。
文檔編號H01L29/78GK103151381SQ20131004116
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月2日
發(fā)明者丁磊, 侯宏偉 申請人:張家港凱思半導(dǎo)體有限公司