一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中溝槽功率器件結(jié)構(gòu)，包括有源區(qū)和終端兩部分結(jié)構(gòu)，有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣，溝槽設(shè)于第一層光刻版上，第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域，第二層光刻版上設(shè)有接觸孔，第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極；本發(fā)明采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合。本發(fā)明基于各種終端結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，占用面積非常少且具有很寬的電壓適應(yīng)范圍等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，溝槽金屬勢(shì)壘肖特基二極管(TMBS)以及超勢(shì)壘二極管(SBD)等是幾種最為重要的功率器件。在工業(yè)電子，家電業(yè)以及消費(fèi)電子諸領(lǐng)域都有它們的用武之地。開關(guān)電源電路，整流電路以及驅(qū)動(dòng)電路中都離不開它們的身影。功率器件要求正向大電流，反向大電壓。自從功率器件發(fā)明起，提高其反向耐壓能力就成為一個(gè)重要課題。
[0003]功率器件的耐壓能力由兩部分組成:一是有源區(qū)耐壓，二是終端耐壓，其中任何一方耐壓不夠，就沒辦法滿足要求。有源區(qū)的耐壓?jiǎn)栴}相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只要選擇合適的材料與工藝就能實(shí)現(xiàn)。而終端耐壓則不然，它不僅與材料和工藝有關(guān)，還和器件的終端結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以需要做特殊處理。如圖1為不做任何改進(jìn)的終端結(jié)構(gòu)，由于等勢(shì)面彎曲，電場(chǎng)匯集，抬高局部電場(chǎng)，致使耐壓降低。于是便出現(xiàn)了很多新結(jié)構(gòu)以提高終端耐壓能力，比如=LOCOS結(jié)構(gòu)，分壓環(huán)結(jié)構(gòu)，場(chǎng)板結(jié)構(gòu)及溝槽隔離結(jié)構(gòu)等等。以上所提及的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其基本思路無外乎增大等勢(shì)面曲率半徑，以達(dá)到降低表面電場(chǎng)或結(jié)電場(chǎng)的作用。
[0004]如今，人們采取以上所述的終端結(jié)構(gòu)或其中幾個(gè)的組合結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出許多符合要求的功率器件。但總體來講，每個(gè)終端結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點(diǎn)，又有其不足。比如分壓環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而缺點(diǎn)是占用面積大及受環(huán)境影響較大，需要覆蓋保護(hù)層；如圖2所示的為溝槽隔離結(jié)構(gòu)利用電場(chǎng)終止于溝槽側(cè)壁的原理以達(dá)到提高耐壓的目的，此方法在100V以下器件是可行的，因?yàn)殡妷狠^低，耗盡層不會(huì)繞過溝槽底部而往外延伸，但隨著電壓的加大，耗盡層也跟著往下擴(kuò)展，就會(huì)有繞過溝槽的風(fēng)險(xiǎn)，為了解決這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，只有加深溝槽，這樣同時(shí)會(huì)帶來溝槽底部容易過早擊穿問題，如此便形成了溝槽底部擊穿與P-N結(jié)擊穿無法同時(shí)滿足的問題，所以溝槽隔離只可以適用與低于100V產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利的發(fā)明目的在于:避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:包括有源區(qū)和終端兩部分結(jié)構(gòu)，其中，有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣，溝槽設(shè)于第一層光刻版上，第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域，第二層光刻版上設(shè)有接觸孔，第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極。
[0007]進(jìn)一步，所述的采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合。
[0008]進(jìn)一步，所述的第四層光刻版為金屬層。
[0009]本發(fā)明還提供一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法，其步驟如下:
[0010]步驟一，選擇合適的材料利用第一層光刻版形成溝槽，淀積或熱過程生長(zhǎng)一層氮化硅；
[0011]步驟二，利用第二層光刻版開出LOCOS區(qū)域，去除LOCOS區(qū)域的氮化硅，用化學(xué)或物理過程長(zhǎng)熱氧化層；
[0012]步驟三，再把未打開區(qū)域的氮化硅去除，長(zhǎng)柵氧，淀積多晶硅，多晶硅回刻到原材料硅表面，體區(qū)注入與推進(jìn)，源區(qū)注入與推進(jìn)；
[0013]步驟四，淀積隔離層，利用第三光刻版開孔，孔刻蝕；
[0014]步驟五，淀積金屬，利用第四層光刻版形成源極與柵極。
[0015]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、基于各種終端結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，占用面積非常少且具有很寬的電壓適應(yīng)范圍等優(yōu)點(diǎn)。
[0017]2、相同條件下，采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的漏電低至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0018]3、耐壓能力更強(qiáng)，相同條件下，傳統(tǒng)技術(shù)在34V擊穿，而采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合后到40V擊穿。
[0019]4、終端尺寸小，IOum的終端就能實(shí)現(xiàn)30V耐壓，而傳統(tǒng)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)同等性能，尺寸至少為40um，所以采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合的技術(shù)僅占僅占傳統(tǒng)的1/4，甚至可以做到更小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是做任何改進(jìn)的終端結(jié)構(gòu)；
[0021]圖2是溝槽隔離只可以適用于低于100V的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；
[0022]圖3是采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合的計(jì)算結(jié)果圖；
[0023]圖4是分壓環(huán)技術(shù)終端擊穿計(jì)算曲線；
[0024]圖5是MOSFET單管俯視圖；
[0025]圖6是第一層光刻版，有源區(qū)與終端溝槽形成圖；
[0026]圖7是第二層光刻版，LOCOS結(jié)構(gòu)形成圖；
[0027]圖8是去除氮化硅，僅剩外圍的氧化層圖；
[0028]圖9是溝槽內(nèi)形成柵氧與柵多晶；
[0029]圖10是源區(qū)與體區(qū)形成圖；
[0030]圖11是源、柵接觸孔形成圖；
[0031]圖12是圖五B-B切向剖面圖。
[0032]圖中標(biāo)記:1_源極金屬層，2-柵極金屬層，3-隔離層氧化物，4-多晶，5-接觸孔，6-柵氧，7-溝槽一，8-溝槽二，9-場(chǎng)氧，10-。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明專利作詳細(xì)的說明。
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0035]如圖5、圖12所示，本發(fā)明溝槽功率器件包括有源區(qū)和終端兩部分(以一種功率器件MOSFET為例)，其中，有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣，溝槽設(shè)于第一層光刻版上，第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域，第二層光刻版上設(shè)有接觸孔，第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極。
[0036]進(jìn)一步，所述的采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合。
[0037]進(jìn)一步，所述的第四層光刻版為金屬層。
[0038]本發(fā)明還提供一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法，其步驟如下:
[0039]步驟一，選擇合適的材料利用第一層光刻版形成溝槽，淀積或熱過程生長(zhǎng)一層氮化硅；
[0040]步驟二，利用第二層光刻版開出LOCOS區(qū)域，去除LOCOS區(qū)域的氮化硅，用化學(xué)或物理過程長(zhǎng)熱氧化層；
[0041]步驟三，再把未打開區(qū)域的氮化硅去除，長(zhǎng)柵氧，淀積多晶硅，多晶硅回刻到原材料硅表面，體區(qū)注入與推進(jìn)，源區(qū)注入與推進(jìn)；
[0042]步驟四，淀積隔離層，利用第三光刻版開孔，孔刻蝕；
[0043]步驟五，淀積金屬，利用第四層光刻版形成源極與柵極。
[0044]方案一，圖5為MOSFET或IGBT的單管俯視圖，圖中有一個(gè)切面，Β-Βο,Β-Β的完整剖面如圖12示。下面重點(diǎn)分析B-B的形成過程，從圖6到圖11分別詳述如下。
[0045]圖6:Ν型基片，晶向〈100〉，淀積或熱過程生長(zhǎng)2000Α-20000Α的氧化層作為硬掩膜，第一層光刻，形成溝槽圖形，硬掩膜濕法或干法刻蝕到基片表面，溝槽干法刻蝕，底部圓滑刻蝕，濕法或干法完全去除硬掩膜。
[0046]圖7:通過淀積或熱過程生長(zhǎng)200Α-20000Α的氮化硅，第二層光刻，把從隔離溝槽內(nèi)側(cè)到器件邊緣的氮化硅全部去除，熱過程生長(zhǎng)2000Α-20000Α的氧化層。
[0047]圖8:通過濕法或干法全部刻蝕掉有源區(qū)的氮化硅。
[0048]圖9:熱過程長(zhǎng)50Α-3000Α的柵氧，淀積多晶硅，多晶硅回刻到與溝槽表面水平位置。
[0049]圖10:體區(qū)注入與推進(jìn)，源區(qū)注入與推進(jìn)。
[0050]圖11:淀積或熱過程生長(zhǎng)2000Α-20000Α的氧化層作為隔離層，通過第三層光刻形成接觸孔區(qū)域，濕法或干法刻蝕隔離層到基片表面，干法刻蝕基片0.3um-lum。
[0051]圖12:蒸發(fā)或?yàn)R射lum-5um金屬層作為電極層，第四層光刻版定義柵、源極區(qū)域，通過濕法或干法把金屬層刻開。最終形成如圖12所示的結(jié)構(gòu)。
[0052]其中上述在溝槽刻蝕時(shí)，利用溝槽刻蝕的負(fù)載效應(yīng)，根據(jù)溝槽尺寸大小不同，有意使外圍的溝槽刻蝕得深些，有源區(qū)中溝槽刻蝕得淺些，這樣外圍的溝槽能更好的阻斷電場(chǎng)，有源區(qū)溝槽形成滿足要求的MOSFET基本單元。從電場(chǎng)終止溝槽往外算起，由于溝槽內(nèi)生長(zhǎng)了一層很厚的氧化層，后續(xù)的體注入，源注入都不會(huì)穿過，致使體、源注入的區(qū)域終止于截至溝槽的內(nèi)側(cè)，如此一來電場(chǎng)只存在于截至溝槽的內(nèi)側(cè)，而不會(huì)往外延伸，再加上P-N是垂直于溝槽側(cè)壁的，也就不存在電場(chǎng)匯集等現(xiàn)象了，達(dá)到有效提高耐壓能力的目的。從截至溝槽往外算起，溝槽底部都長(zhǎng)有厚氧化層，可以有效抗壓，氧化層的厚度可以根據(jù)抗壓的大小而調(diào)整厚度。原則上講，這種外圍結(jié)構(gòu)可以把電壓做到無窮大，而占用器件的面積又非常小。[0053]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)，包括有源區(qū)和終端兩部分結(jié)構(gòu)，其特征在于，有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣，溝槽設(shè)于第一層光刻版上，第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域，第二層光刻版上設(shè)有接觸孔，第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)入口 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:第四層光刻版為金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:步驟一，選擇合適的材料利用第一層光刻版形成溝槽，淀積或熱過程生長(zhǎng)一層氮化硅；步驟二，利用第二層光刻版開出LOCOS區(qū)域，去除LOCOS區(qū)域的氮化硅，用化學(xué)或物理過程長(zhǎng)熱氧化層；步驟三，再把未打開區(qū)域的氮化硅去除，長(zhǎng)柵氧，淀積多晶硅，多晶硅回刻到原材料硅表面，體區(qū)注入與推進(jìn)，源區(qū)注入與推進(jìn)；步驟四，淀積隔離層，利用第三光刻版開孔，孔刻蝕；步驟五，淀積金屬，利用第四層光刻版形成源極與柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:在溝槽刻蝕時(shí)，利用溝槽刻蝕的負(fù)載效應(yīng)，根據(jù)溝槽尺寸大小不同，有意使外圍的溝槽刻蝕得深些，有源區(qū)中溝槽刻蝕得淺些。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103956382SQ201410165169
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】孫效中, 沈志偉, 吳江, 鄭迎新 申請(qǐng)人:常州旺童半導(dǎo)體科技有限公司