[发明专利]一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法。

背景技术

以绝缘栅双极性晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)和金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)为标志的金属氧化物半导体(MOS，Metal-Oxide-Semiconductor)型半导体功率器件是当今电力电子领域器件的主流，广泛应用于工业、通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。

其中，最具代表性的IGBT器件是由双极型三极管(BJT，Bipolar Junction Transistor)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，其驱动功率小，兼有MOSFET的高输入阻抗和电力(Power)BJT的低导通压降两方面的优点。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。并且，采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。

沟槽型栅极(Trench Gate)是目前最新的IGBT和MOSFET功率器件的栅特征结构，其结构如图1所示，分为元胞区A和终端耐压区B，其中元胞区A的结构和终端耐压区B的结构需要通过不同的光罩制作，一般需要先使用一次光罩在终端耐压区B形成分压环01，之后，使用一次光罩在分压环01上形成遮挡图形02，接着，在元胞区A形成P阱结后，使用一次光罩在元胞区A形成沟槽，并在沟槽内生长栅氧化层03和多晶硅04后，使用一次光罩同时在元胞区A和终端耐压区B形成N+发射极05，之后，使用一次光罩形成具有接触孔图形的介质层06，接着，使用一次光罩形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层07，最后，使用一次光罩形成具有保护图形的钝化层08，并制作背面的集电极09。

根据上述制作工艺流程可知，至少需要使用7次光罩即光刻工艺，且其流程相对复杂，不利于降低沟槽型MOS功率器件芯片的制作成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法，用以解决现有的沟槽型MOS功率器件在制作时使用光罩次数较多的问题。

因此，本发明实施例提供了一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件的制作方法，包括：

在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽；

在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极；

在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结；

在所述硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极；

在所述硅片衬底上通过孔光罩，形成具有接触孔图形的介质层；

在所述介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述制作方法中，所述在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽之前，还包括：

在P+衬底之上形成由N+层和N-层组成的外延片，以形成所述硅片衬底。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述制作方法中，所述在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极，具体包括：

在形成有所述沟槽的所述硅片衬底上依次形成栅氧化层和多晶硅层；

采用回刻工艺至少去除所述沟槽之外的多晶硅层的图形，在所述沟槽内形成栅极。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述制作方法中，所述在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结，具体包括：

利用所述P阱光罩的遮挡，对所述硅片衬底进行硼离子注入掺杂和扩散推结工艺，以形成所述元胞区的P阱结和终端耐压区的P环结。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述制作方法中，所述在所述硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极，具体包括：

利用所述N+光罩的遮挡，对所述硅片衬底进行砷离子注入掺杂和扩散推结工艺，以形成所述N+发射极。