[发明专利]一种通孔免对位的功率器件及其制造方法

说明书

本发明适用于半导体领域，提供了一种通孔免对位的功率器件及其制备方法，该器件包括衬底和外延层以及，在外延层上具有一深槽结构，深槽结构中从外向内依次包括绝缘层和栅极，深槽结构通过氧化使绝缘层沿深槽方向形成小于60度的斗状结构，其顶部覆盖有氧化层；在深槽结构外的外延层通过离子注入形成的源极和沟道；以及通过刻蚀氧化层形成的通孔，通孔连接源极和沟道形成欧姆接触。本发明通过氧化使功率器件的绝缘层沿深槽方向呈斗状结构，从而保证在刻蚀通孔时不受光刻最小线宽和对位精度的限制，有利于增加器件密度，降低功率器件的导通电阻。

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种通孔免对位的功率器件及其制造方法。

背景技术

功率半导体是进行电能(功率)处理的半导体产品，在强电与弱点之间的转换控制中起着十分重要的作用，自诞生以来一直备受工程师的喜爱和关注。经过了很长一段时间的发展，功率半导体在相关电源电路中的应用已经不可替代。

图1示出了一种常见的N型功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效晶体管)的结构，其中，1是高掺杂的衬底，其掺杂浓度通常在1e19以上，其电阻率通常是在0.5mΩ/cm-5mΩ/cm之间；2是衬底1上的外延层，器件的击穿电压主要取决于外延层的厚度和其掺杂浓度，对于击穿电压为100V的器件，其外延层的厚度通常需要大于8μm，器件的击穿电压越高，其对应的外延层掺杂浓度越低，外延层的厚度也越厚；3是栅氧层(Gate Oxide)，其厚度影响器件的阈值电压及其栅的击穿电压；4是多晶硅，用来形成栅极；5是P型沟道(Pbody)，其掺杂浓度决定了器件的阈值电压，并可以通过提高P型沟道的掺杂浓度来降低器件的寄生三极管导通；6是N型的源极；7是通孔，是用来连接源极6和P型沟道5。源极6是通过通孔7的侧壁跟重掺杂的P型沟道5相连，形成欧姆接触。为了保证通孔7跟P型沟道5有更好的欧姆接触，通常需要做一次CT Implant(Contact Implant，高掺杂的P型注入)，其注入的剂量通常在1e15以上，能量通常为40-60keV之间。

为了满足大电流的功率器件设计需求，要求不断降低器件的导通电阻，从图1中可知，功率MOSFET的导通电阻由R_sub、R_drift和R_ch组成，对于不同击穿电压，R_sub、R_drift和R_ch的设计比例也不同。在低压器件中，如击穿电压小于80V的器件，沟道电阻R_ch占总电阻的比例会超过20％，甚至会达到40％以上。因此，在器件击穿电压比较低的情况下，降低沟道电阻R_ch对于降低器件的导通电阻尤为关键。

目前，通常是通过提高器件的密度降低沟道电阻R_ch，而提高器件密度需要降低通孔W_M的宽度，也就是降低图1中的宽度，该W_M的宽度是指Mesa的宽度包括通孔的宽度，以及为了考虑到一定的工艺偏差，通孔跟栅氧层3需要一定的距离，防止通孔跟栅连在一起。其中工艺偏差包括栅极的工艺偏差，也包括通孔的工艺偏差。此外，通孔还需要跟栅有一个最小的距离，这个最小的距离是因为通孔有一个高浓度的P型注入，这个注入会有一定的衡阔，如果跟栅离的太近，会增加沟通的P型杂质的掺杂浓度，从而会影响阈值电压，会增加阈值电压。

然而，在现有设计中，通孔的宽度通常是由光刻板的宽度决定的，由于受限于光刻的最小尺寸的限制，通孔的宽度很难做的很小。此外，也需要考虑到光刻板的对准精度，因此，目前功率MOSFET的Mesa宽度都无法做小，导致无法有效降低低压功率器件的导通电阻，进而成为大电流功率器件的设计难题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种通孔免对位的功率器件，旨在解决现有功率器件的通孔宽度受限于光刻最小尺寸，无法进一步降低，导致功率器件导通电阻较大的问题。