[发明专利]高速的沟槽MOS器件及其制造方法

摘要

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及到一种高速的沟槽MOS器件及其制造方法，本发明将肖特基二极管结构集成在每一个沟槽MOSFET单胞的沟槽中，在MOSFET单胞沟槽的底部形成肖特基接触，从而有效的节约硅表面面积，降低芯片成本。本发明制造工艺简单，成本低，结构新颖，产品性能高及可靠性高，并能有效抑制沟槽MOSFET器件反向恢复的尖峰电压和尖峰电流。

主权项

1.一种高速的沟槽MOS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：在第一导电类型的N型高掺杂浓度的N+单晶硅衬底上，生长第一导电类型的N型低掺杂浓度的N‑外延层；在N‑外延层表面上生长第一介质层后，对所述第一介质层进行光刻，定义出MOS管单胞阵列的沟槽区图形；通过干法刻蚀，去除未被光刻胶保护的第一介质层，曝露出沟槽区图形对应的N‑外延层，再去除光刻胶后，保留下来的第一介质层作为第一硬掩膜；以所述第一硬掩膜作为阻挡层，在N‑外延层中的表面形成沟槽，在所述沟槽和N‑外延层的表面淀积一层为二氧化硅的第二介质层，形成栅氧化层；在所述栅氧化层上淀积导电多晶硅层，通过干法刻蚀导电多晶硅层以及栅氧化层，形成栅氧化层侧面端和栅氧化层底面端，再通过掩膜光刻和刻蚀工艺，对位于所述沟槽中心区域的导电多晶硅进行垂直刻蚀，直至多晶硅层表面在N‑外延层以下，形成多晶硅层侧面端和多晶硅层底面端，所述多晶硅层作为栅极连接层；将P型杂质离子注入到没有第一硬掩膜覆盖的所述N‑外延层内，然后通过快速退火处理，在所述N‑外延层内形成P型阱区层，相邻P型阱区层之间的距离由第一硬掩膜在该方向上覆盖的宽度尺寸决定；在所述P型阱区层的上方定义出N+源极区层；在N+源极区层的表面及所述沟槽的中心区域的剩余空间中，淀积第三介质层，该第三介质层为二氧化硅层，或者氮化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层的复合层；位于所述N+源极区层上方的第三介质层形成绝缘介质层，对作为绝缘介质层的第三介质层实施干法刻蚀，延伸至P型阱区层的形成接触孔；位于所述沟槽的中心区域的第三介质层作为氧化层，对作为氧化层的第三介质层实施干法刻蚀，刻蚀去除的第三介质层的厚度等于淀积的所述栅氧化层的厚度，从而形成氧化层侧面端；其中，未被刻蚀的第三介质层在所述第一硬掩膜结构的侧壁形成第一介质侧墙，所述第一硬掩膜和所述第一介质侧墙形成第二硬掩膜；在所述沟槽中，以第二硬掩膜为保护膜，采用干法刻蚀曝露出的导电的多晶硅底面端，直至所述沟槽内的栅氧化层底面端，接着对位于多晶硅底面端下方的栅氧化层底面端进行干法刻蚀，直到N‑外延层；采用湿法腐蚀方法，选择性去除所述第二硬掩膜；对整个硅表面实施光刻工艺后，对接触孔进行金属填充，先沉积第二金属钛粘结层，在第二金属钛粘结层上淀积第二氮化钛阻挡层，再接着沉积钨金属层以及铝金属层，靠近所述接触孔的一侧或者底部的所述P型阱区层处设有P+接触区，位于所述接触孔的侧壁的第二金属钛粘结层和第二氮化钛阻挡层与N+源极区层形成N+源极欧姆接触，位于所述接触孔的侧壁或者底部的第二金属钛粘结层和第二氮化钛阻挡层与P+接触区形成P型阱的欧姆接触；在所述沟槽的中心区域的表面均匀淀积第一金属钛粘结层，与N‑外延层接触，形成肖特基接触，在第一金属钛粘结层上淀积第一氮化钛阻挡层，在第一氮化钛阻挡层上淀积第一金属钨连接层，第一金属钛粘结层、第一氮化钛阻挡层及第一金属钨连接层形成肖特基接触层；在所述肖特基接触层的上表面淀积金属，其中位于所述肖特基接触层的上方的金属，形成源极金属电极层，所述源极金属电极层与所述肖特基接触层组成接触金属层；在所述绝缘介质层的上表面淀积同样的金属，形成金属区层，所述接触金属层通过所述源极金属电极层与所述金属区层连接，所述接触孔通过淀积的金属与所述金属区层连接；对金属区层实施光刻，用光刻胶保护MOS管单胞阵列区的源极金属电极区域和MOS管单胞阵列区外围的栅极金属电极区域，即定义源极金属电极区域和栅极金属电极区域图形；采用干法刻蚀方法，选择性去除未被光刻胶保护的金属区层，曝露出作为绝缘介质层的第三介质层，去除光刻胶后，留下的位于单胞阵列区域的金属区层形成MOS管源极金属电极，同时也是肖特基二极管的阳极金属电极，留下的位于单胞阵列区域外围的金属区层形成MOS管栅极金属电极；在N+单晶硅衬底的底面沉积金属层，形成漏极区，该金属层形成MOS管漏极金属电极，同时也是肖特基二极管的阴极金属电极。