[发明专利]沟渠式MOS整流元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明有关于半导体元件，特别是指一种沟槽型MOS整流结构及其制造方法。

背景技术

肖特基二极管是一种重要的功率元件，广泛应用于电源供应器的开关、电机控制、电信开关、工厂自动化、电子自动化等等及许多高速电力开关应用。肖特基二极管之所以具有吸引力在于具有不错的性能，例如在逆偏压下，具有还算合理的漏电流(肖特基二极管漏电流比一般的PN型二极管高)、低顺向偏压以及逆向恢复时间t_RR短、逆向偏压时则至少可以阻挡达250伏特的高压。不过，肖特基二极管的漏电流比一般的PN型二极管高，且漏电流也非稳定值而是随逆向偏压的增加而增加，这是因为镜像电荷位能障碍降低(image charge potential barrier lowering)。另外一主要缺点是，金属-半导体接触在温度升高下，它的可靠度也会降低，而使得肖特基二极管承受顺向及逆向突波的能力下降。

现有的沟渠式整流元件有多种不同的制造方法，其中之一可参考发明人的另一专利申请案，中国台湾申请流水号为第101140637号。

新一代的MOS整流二极管可以克服这些问题。如图1所示，一顶部金属层20 连接金属氧化物半导体栅极(金属或多晶硅层15及栅极氧化层10)及源极5，重n+掺杂源极5是形成于p型阱内。而在金属氧化物半导体栅极下方在顺向偏压时，电流并不是由左至右(因左右两边源极等电位)，而是向下由沟道30向下流向n+基板。逆偏压时，沟道被p型阱所形成的耗尽区截止。MOS保证顺向偏压性能类似肖特基二极管的性能，而逆向偏压的表现则是大幅改善，因为它没有前述镜像电荷位能障碍降低，而使得漏电流成为常数，不随逆向偏压值增加而增加。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种沟渠式MOS整流元件，充分利用可以被利用的平面面积，达到顺向偏压更低，反向漏电更小的目的。

本发明的技术解决方案是：

提供一种沟渠式MOS整流元件，其包含：

多个沟渠平行形成于重掺杂的n+半导体基板上的n-外延层内，多个沟渠内具有沟渠氧化层，其形成于多个沟渠底部及侧壁；

一导电性杂质掺杂第一多晶硅层填满多个沟渠；

一平面MOS结构形成于多个沟渠相间的平台上；

p型杂质掺杂区形成于平台上该平面MOS结构的两侧；

一顶部金属层形成于该半导体基板正面，连接该平面MOS结构的源极、栅极及该第一多晶硅层。

本发明另一种沟渠式MOS整流元件，其包含：

多个沟渠平行形成于重掺杂的n+半导体基板上的n-外延层内，多个沟渠内具有沟渠氧化层，沟渠氧化层形成于多个沟渠底部及侧壁；

一导电性杂质掺杂第一多晶硅层填满多个沟渠；

一平面栅极氧化层形成于该第一多晶硅层及平台上；

一导电性杂质掺杂第二多晶硅层形成于平面栅极氧化层上，该第二多晶硅层及其下的平面栅极氧化层被图案化，而形成数列垂直于多个沟渠的平面MOS结构；

p型杂质掺杂区形成于平台上该平面MOS结构的两侧；

一顶部金属层形成于该半导体基板正面，连接该平面MOS结构的源极、栅极及该第一多晶硅层。

本发明又提供一种沟渠式MOS整流元件，其包含：

多个沟渠平行形成于重掺杂的n+半导体基板上的n-外延层内，多个沟渠内具有沟渠氧化层，沟渠氧化层形成于多个沟渠底部及侧壁；

一平面栅极氧化层形成于平台上；

一导电性杂质掺杂第一多晶硅层填满多个沟渠且形成于平台上，该第一多晶硅层及其下的平面栅极氧化层被图案化，而形成数列垂直于多个沟渠的平面MOS结构；

p型杂质掺杂区形成于平台上的该平面MOS结构的两侧；

一顶部金属层形成于该半导体基板正面，连接该平面MOS结构的源极、栅极及该第一多晶硅层。

本发明提供一种沟渠式MOS整流元件的制造方法，其至少包含以下步骤：

形成以平台相间的多个沟渠于重掺杂的n+半导体基板上的n-外延层内；

施以热氧化工艺，以形成沟渠氧化层于多个沟渠的侧壁、底部及平台上；

形成一导电型第一多晶硅层于多个沟渠内至溢出于平台上的沟渠氧化层；

施以回蚀工艺，以该n-外延层为蚀刻终止层；

施以热氧化工艺，以形成一平面栅极氧化层于所有裸露的第一多晶硅层及平台上；

形成一导电型第二多晶硅层于裸露的表面上；