[发明专利]一种深沟槽功率MOS器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率MOS器件，特别涉及用4块光刻版来实现的深沟槽功率MOS器件及其制造方法，主要应用在20V～40V的大功率MOS器件中。

背景技术

深沟槽功率MOS器件是在平面式功率MOS器件的基础上发展起来的。与平面式功率MOS器件相比，其具有导通电阻低、饱和压降低、开关速度快、沟道密度高、芯片尺寸小等优点；采用沟槽式结构，消除了平面式功率MOS器件存在的寄生JFET(结型场效应管)效应。目前深沟槽功率MOS器件已经发展成为中低压大功率MOS器件的主流。随着深沟槽大功率MOS器件工艺技术的日渐成熟，市场竞争日趋激烈，一颗芯片的制造成本和利润都已经是按照多少分钱人民币来计算。所以对于如何更进一步降低制造成本提高利润率已成为本领域技术人员最为关注的问题之一。提高集成度和减少光刻次数是最为有效的降低成本的方法。但是集成度的提高受限制于半导体制造企业的设备能力以及工艺能力而难于实现，或存在诸多负面问题。因此，减少光刻版数、优化工艺制造流程是本领域研究的方向。

现有的工艺过程中，制造一种深沟槽功率MOS器件，一般需要使用到5～7块光刻版。以6块版为例，通常按照如下工艺流程制造完成：

第一步，提供第一导电类型的具有两个相对主面的半导体外延层硅片；

第二步，于第一主面上形成第一氧化硅层，即场氧化硅层；

第三步，选择性的掩蔽和刻蚀第一氧化硅层，定义有源区和终端保护区；(光刻版1)

第四步，于第一主面上形成第二氧化硅层，选择性的掩蔽和刻蚀第二氧化硅层，剩下的区域作为深沟槽刻蚀的硬掩膜；(光刻版2)

第五步，利用硬掩膜层进行第一主面的深沟槽刻蚀，刻蚀完后把第二氧化硅层去除；

第六步，于第一主面及深沟槽壁生长形成第三氧化层，即栅氧化硅层；

第七步，于第三氧化硅层表面形成导电多晶硅层；

第八步，对导电多晶硅进行普遍刻蚀，形成在沟槽内的导电多晶硅；

第九步，于具有场氧化硅层阻挡的第一主面中进行第二导电类型杂质离子注入，并通过炉管推结形成单胞阵列和截止环两者各自的第二导电类型掺杂区；

第十步，利用掩蔽，进行第一导电类型杂质离子选择性注入，并通过退火工艺形成单胞阵列和截止环两者各自的第一导电类型掺杂区；(光刻版3)

第十一步，介质层淀积并选择性的掩蔽和刻蚀，形成单胞阵列的接触孔、保护环的接触孔和截止环接触孔。并在接触孔刻蚀完以后，进行接触孔的第二导电类型杂质离子注入以及RTA(快速热退火)，形成第二导电类型掺杂区；(光刻版4)

第十二步，于介质层表面形成金属层，并选择性的掩蔽和刻蚀金属层；(光刻版5)

第十三步，钝化层淀积，并选择性的掩蔽和刻蚀钝化层；(光刻版6，可选)

第十四步，背面减薄以及背面金属层淀积形成漏电极。

不计第十三步可选的制造过程，整个制造过程共涉及到5次光刻。一般而言，制造费用是和其昂贵的光刻机在整个制造工艺中被使用到的次数密切相关的。如果能在现有5次光刻的基础上减少1次光刻，而不增加其他太多步骤，就可以将制造成本降低10％～15％，这个数值对于半导体芯片行业将是一个很可观的利润增长点。

目前，国内在利用4块光刻版来实现深沟槽功率MOS器件及其制造方法上，大致有两种器件结构和制造方式，这两种方式在器件结构和性能上均存在一些问题：

公开号为CN101261992A的中国专利《一种功率沟槽式MOS场效应管及其制造方法》公开了一种4块光刻版的器件结构。所用到的4块光刻板分别是：场氧化层光刻板1，沟槽层光刻板2，接触孔层光刻板3，金属层光刻板4。如图1所示，其特征是：将单胞阵列A的最边缘单胞外围的P-阱6直接用作保护环C，利用第一块光刻版选择性的掩蔽和刻蚀第一氧化硅后剩下的场氧化硅层11作为自对准注入的阻挡层，来实现P-阱6的无光刻版注入，同时也是用它来实现N+源极7的无光刻版的注入。由于P-阱6和N+源极7都是采用相同的注入阻挡层，这样就必然会导致所有P-阱6注入区的上方都存在有N+源极7注入区。在硅表面P-阱6和N+源极7终止的地方，P-阱6和N+源极7将靠的很近，这将导致漏电问题。仿真结果也证实了该问题：在硅表面附近，也就是P-阱6和N+源极7相距最近的地方，当漏极15加一个很小的电压(大概5V)的时候就存在着严重的漏电问题。该漏电是因为N+源极7和P-阱6之间的耗尽层，以及P-阱6和N-外延层2之间的耗尽层靠的太近，一旦漏端15加正向电压，N+源极7和P-阱6之间的耗尽层将会扩大，这样就会导致这两个耗尽层相连通在一起，从而导致漏电，使该器件结构无法应用于实际生产。