[发明专利]一种沟槽MOS结构半导体装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种沟槽MOS结构半导体装置，其是功率MOS晶体管和超级势垒整流器的基础结构，可以用来制造功率MOS晶体管和超级势垒整流器等半导体器件，本发明还涉及一种沟槽MOS结构半导体装置的制备方法。

背景技术

具有沟槽MOS结构的半导体器件，已成为器件发展的重要趋势，随着不断降低成本的要求和功率器件对电流密度不断提高的要求，使得不断减少元胞尺寸和减少光刻次数成为器件的发展趋势。

传统超级势垒整流二极管剖面图如图6所示，它的基础结构是沟槽MOS结构的半导体装置如图3所示，沟槽整个内壁生长有栅极氧化层5，沟槽内填充有栅极多晶硅6，沟槽边侧的硅体内从上往下设置有源区4、体区3和漏区2，超级势垒整流二极管制作工艺包括如下步骤：第一步，在具有N型衬底层1的N型半导体硅材料漂移层的表面进行热氧化工艺形成热氧化氧化层8，漂移层底部形成器件漏区2；第二步，一次光刻腐蚀在待形成沟槽区表面去除热氧化氧化层8；第三步，进行硅干法刻蚀形成沟槽；第四步，进行栅氧氧化工艺，在沟槽槽壁生长一层栅极氧化层5；第五步，进行多晶硅淀积，反刻多晶硅，形成栅极多晶硅6；第六步，进行二次光刻腐蚀，进行硼杂质注入扩散推进形成体区3，原有的漂移层作为漏区2，形成体区3的同时在体区3表面生长一层氧化层；第七步，三次光刻腐蚀开出源区注入窗口，然后注入磷源区杂质退火形成源区4；第八步，四次光刻腐蚀开出体区注入窗口，然后注入体区杂质退火形成体区欧姆接触区；第九步，五次光刻腐蚀去除表面氧化层；第十步，淀积电极金属，六次光刻腐蚀反刻电极金属，形成为源区4、栅极多晶硅6和体区3提供电位的上表面金属层10；第十一步，背面金属化，形成为漏区2提供电位的下表面金属层11。

传统的制作工艺中，栅极存在多晶硅回刻超出源极结深的风险，无法保证器件的性能；同时三次光刻工艺和四次光刻工艺，对光刻工艺的线宽和套刻水平具有较高的要求。

发明内容

本发明针对上述问题提出，提供一种沟槽MOS结构半导体装置及其制备方法，此半导体装置可以用来制造功率MOS晶体管和超级势垒整流器等半导体器件。

一种沟槽MOS结构半导体装置，其特征在于：包括：多个沟槽位于第一导电类型半导体材料表面，沟槽内壁的底部和侧壁的下部表面设置有绝缘介质，沟槽侧壁的上部没有绝缘介质，沟槽内填充有栅极介质；沟槽之间或沟槽边缘半导体材料上部设置有第二导电类型半导体材料构成体区；体区上部且临靠沟槽半导体材料内设置有第一导电类型半导体材料构成的源区，并且源区与源区之间半导体材料为体区；沟槽边侧的半导体材料内从上往下设置有源区、体区和第一导电类型半导体材料构成的漏区。

所述的沟槽垂直MOS结构半导体装置的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在第一导电类型半导体材料衬底上的第一导电类型半导体材料漂移层的表面形成绝缘介质；

2)进行光刻腐蚀工艺，半导体材料表面去除绝缘介质；

3)在半导体材料表面进行两次第二导电类型的体区杂质注入退火；

4)进行光刻腐蚀工艺，在待形成沟槽区表面去除绝缘介质，在所形成窗口区进行刻蚀半导体材料，形成沟槽；

5)在沟槽内壁的生长绝缘介质，进行栅极介质淀积；

6)对栅极介质进行回刻蚀，露出沟槽侧壁一定长度绝缘介质，对沟槽侧壁裸露绝缘介质进行腐蚀；

7)通过沟槽侧壁裸露半导体材料表面进行第一导电类型的源区杂质扩散，在沟槽边缘硅体内顶端形成源区；

8)腐蚀去除元胞表面绝缘介质；

9)在表面形成金属，进行光刻腐蚀工艺，去除表面部分金属；

10)进行背面金属化工艺，在背面形成金属。

其中所述的体区杂质扩散一次注入推进为形成体区，二次注入为形成体区表面的欧姆接触区。

本发明的沟槽垂直MOS结构半导体装置，其中源区使用自对准方法实现，避免了传统的制作工艺中回刻栅极多晶硅超出源极结深的风险，提高了器件的可靠性；省略了用于光刻线宽和光刻套准的版图余量，也减小了器件元胞的尺寸，提高了器件的导通电流密度。

本发明的沟槽垂直MOS结构半导体装置的制备方法以制造的超级势垒整流器为例，可以省略传统超级势垒整流器制作方法的第三次光刻工艺和第四次光刻工艺，本发明降低了光刻生产的工艺要求，生产工艺更简单产品结构更紧凑，减少器件的生产周期，降低了器件的生产成本。

附图说明

图1为本发明的沟槽MOS结构半导体装置一种的面示意图。

图2为本发明的沟槽MOS结构半导体装置一种剖面示意图。