[發明專利]一種深溝槽大功率MOS器件及其制造方法

有效

• 申請號: 200710302461.4
• 申請日: 2007-12-22
• 公開（公告）號: CN101211981A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 朱袁正;秦旭光
• 申請（專利權）人: 蘇州硅能半導體科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 馬明渡

技術領域

本發明涉及一種大功率MOS器件及其制造方法，特別涉及一種深溝槽大功率MOS器件及其制造方法。這種MOS器件采用溝槽導電多晶硅保護環和溝槽導電多晶硅截止環的結構設計，可以在不影響器件性能(如特征導通電阻(Specific?Rdson)、耐壓、器件電容等)的前提下減少光刻版數量，從而降低器件的制造成本。

背景技術

現代深溝槽大功率器件的基本要求是能夠耐高壓且大電流工作。其中，深溝槽MOSFET通常是通過并聯大量的溝槽MOS單胞以實現大電流工作。但是，對于高壓深溝槽MOSFET來說，位于器件中間的各并聯單胞間的表面電位大致相同，而位于邊界(即終端)的單胞與襯底表面的電位卻相差很大，往往引起表面電場過于集中造成了器件的邊緣擊穿。因此為了保證大功率溝槽MOSFET在高壓下正常工作，通常需要在器件單胞邊界處采取措施即終端保護技術，來減小表面電場強度，提高大功率溝槽MOSFET的擊穿電壓。終端保護結構一般由位于內圈的保護環和位于外圈的截止環組成，現有終端保護結構通常采用平面型保護環結構，見圖1所示。從圖1可以看出保護環和截止環的平面導電多晶硅16覆蓋在場氧化隔離層15上，金屬連線6從場氧化隔離層15上的平面導電多晶硅16引出。該結構器件在制作場氧化隔離層15時需要有源區光刻，且需增加場限環注入以及高溫推結。在制作導電多晶硅7時需要多晶硅光刻，同時因其為平面型結構，也占用了較大面積，芯片成本較高。按照這種要求制作深溝槽型大功率MOS器件，目前需要使用七塊光刻版，并按以下工藝流程來完成：

第一步，場氧化層成長；

第二步，有源區光刻/刻蝕(光刻版1)；

第三步，硬掩膜生長(光刻版2)；

第四步，深溝槽刻蝕；

第五步，柵氧化/多晶淀積；

第六步，多晶光刻/刻蝕(光刻版3)；

第七步，P阱層注入；

第八步，源極光刻(光刻版4)；

第九步，層間介質淀積；

第十步，孔光刻/刻蝕(光刻版5)；

第十一步，鋁金屬淀積/光刻/刻蝕(光刻版6)；

第十二步，鈍化層淀積/光刻/刻蝕(光刻版7)。

另一方面，隨著深溝槽大功率MOS技術日趨成熟，市場競爭日趨激烈，因此如何在保證器件性能的前提下降低制造成本已成為本領域技術人員普遍關注的問題。提高集成度(即提高單位面積里單胞個數)和減少光刻次數均可以降低器件的制造成本，其中，提高集成度主要通過縮小單胞間距(Pitch)來實現，然而縮小單胞間距(Pitch)主要受制于光刻機的對位能力以及結形貌的控制。目前國內外單胞間距(Pitch)的大批量生產能力能達到1.2um～1.7um，與之對應的溝槽尺寸為0.4um，步進光刻機對位精度要求為+/-0.12um，0.9～1.1um單胞間距(Pitch)工藝正在開發之中，再向下延伸，將受到光刻機工藝極限的限制，同時存在器件電容增大，導致器件開關速度降低等難題。減少光刻版數可以在不影響器件性能的前提下，降低制造成本。這是本發明著重研究的問題。

發明內容

本發明提供一種深溝槽大功率MOS器件及其制造方法，其目的是要在保證不影響器件性能(如特征導通電阻(Specific?Rdson)、耐壓和器件電容等)的前提下，通過終端保護結構以及單胞柵電極引線結構的改進設計來減少兩塊光刻版，從而降低器件的制造成本。

為達到上述目的，本發明MOS器件采用的技術方案是：一種深溝槽大功率N型MOS器件，在俯視平面上，中心區由并聯的單胞組成陣列，單胞陣列的外圍設有終端保護結構；所述陣列內單胞通過溝槽導電多晶硅而并聯成整體，終端保護結構由位于內圈的至少一個保護環和位于外圈的一個截止環組成。其創新在于：P阱層存在于整個終端保護區域；

在截面上保護環采用溝槽結構，溝槽位于輕摻雜P阱層，其深度伸入P阱層下方的輕摻雜N型外延層，溝槽壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅，溝槽頂部的槽口由絕緣介質覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅浮置場板結構的保護環；

在截面上截止環采用溝槽結構，該溝槽寬度大于單胞的溝槽寬度，溝槽位于輕摻雜P阱層，其深度伸入P阱層下方的輕摻雜N型外延層，溝槽壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅，溝槽頂部設置金屬連線，溝槽外側為P阱層或者上方帶N+注入區的P阱層，該金屬連線將溝槽內的導電多晶硅與溝槽外側的P阱層連接成等電位，或者將溝槽內的導電多晶硅同時與溝槽外側的N+注入區及P阱層連接成等電位，溝槽頂部的槽口由絕緣介質覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅的截止環。