[实用新型]改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体沟槽功率MOS器件，特别涉及一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层(金属连线)粘附性的结构。

背景技术

在沟槽功率MOS器件封装中，引线压焊(Wire bonding)通常采用金线或铜线或铝线。铜线比金线具有价格优势，引线压焊中使用的各种规格的铜丝成本只有金线的1/3～1/10。在电学和热学性能上，铜的电导率为0.62(μΩ/cm)^-1，比金的电导率0.42(μΩ/cm)^-1大，同时铜的热导率也高于金，因此在直径相同的条件下铜引线可以承载更大电流，非常适用于沟槽功率MOS器件。在机械性能上，铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线压焊。另外，在焊点金属间化合物上，同等条件下铜/铝界面的金属间化合物生长速度比金/铝界面的慢10倍，因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。但由于铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝，在压焊打线过程中，球剪切力至少比金线高35％，而铜线的拉力值比金线高50％以上，容易引起金属层剥落，形成弹坑。

传统沟槽功率MOS器件栅电极通常采用如图1所示结构。该结构从截面上看，绝缘介质层9位于绝缘栅氧化层10上，栅电极金属层8位于该绝缘介质层9上方，由于该绝缘介质层9无高低起伏，金属与该绝缘介质层9的粘附力较小，在压焊打线时抗拉能力较弱。因此，如何在保证产品性能前提下，提高栅电极金属层与绝缘介质层的粘附力，并防止金属层在压焊过程中剥落是本实用新型研究的问题。

发明内容

本实用新型提供一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，其目的是通过改进栅电极下方的结构设计，来提高栅电极金属层与绝缘介质层之间的粘附力，以防止栅电极金属层在金属引线压焊过程中剥落。

为达到上述目的，本实用新型采用的第一技术方案是：一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看，该结构自上而下包含栅电极金属层、绝缘介质层、绝缘栅氧化层、第二导电类型掺杂层以及第一导电类型外延层，其创新在于：

在栅电极金属层下方的绝缘介质层上开有接触孔，栅电极金属层从该接触孔中向下延伸至导电多晶硅顶部，并与导电多晶硅直接相连；所述导电多晶硅淀积于沟槽中，该沟槽位于第二导电类型掺杂层，沟槽底部伸入第一导电类型外延层，沟槽内壁表面生长有绝缘栅氧化层，沟槽内淀积有导电多晶硅。

为达到上述目的，本实用新型采用的第二技术方案是：一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看，该结构自上而下包含栅电极金属层、绝缘介质层、绝缘栅氧化层、第二导电类型掺杂层以及第一导电类型外延层，其创新在于：

在栅电极金属层下方设有沟槽，沟槽位于第二导电类型掺杂层，沟槽底部伸入第一导电类型外延层，沟槽内壁表面生长有绝缘栅氧化层，沟槽内淀积有导电多晶硅；导电多晶硅顶部相对于沟槽具有凹陷区，该凹陷区使绝缘介质层对应的上表面形成凹陷，栅电极金属层在该凹陷处向下延伸并沉积在凹陷中。

上述第一和第二技术方案中，所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型MOS管第一导电类型指N型，第二导电类型指P型；对于P型MOS管第一导电类型指P型，第二导电类型指N型。第一技术方案中的沟槽型导电多晶硅与接触孔，以及第二技术方案中的栅电极金属层粘附性的结构沟槽型导电多晶硅与凹陷，在数量上不限于一个，可以多个排列布置在栅电极金属层下方。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本实用新型第一种方案在栅电极金属层下方设有接触孔，栅电极金属层从该接触孔中向下延伸至导电多晶硅顶部，并与导电多晶硅直接相连。从而增加了栅电极金属层与绝缘介质层的接触面积，同时栅电极金属层与绝缘介质层形成楔和，大大增加了栅电极金属层与绝缘介质层的粘附力。对于第二种方案，由于导电多晶硅位于沟槽中，且在刻蚀导电多晶硅的过程中存在过刻蚀，使绝缘介质层对应的上表面形成较深的凹陷，栅电极金属层在该凹陷处向下延伸并沉积在凹陷中，使得绝缘介质层上表面有高低起伏，增大了栅电极金属层与绝缘介质层的接触面积，同时由于栅电极金属层与高低起伏的绝缘介质层间形成楔和，因此也大大提高了栅电极金属层与绝缘介质层间的粘附力，可以有效防止栅电极金属层在铜引线压焊过程中因存在较大拉拔力而造成的剥落。

2、本实用新型中的沟槽型导电多晶硅和沟槽导电多晶硅正上方接触孔或凹陷的形成，无需额外增加光刻版，因此未增加制造成本。

附图说明

附图1为沟槽功率MOS器件平面布局示意图；