專利名稱：一種低柵極電荷深溝槽功率mos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溝槽式功率MOS器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低柵極電荷深溝槽MOS 功率器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
溝槽功率MOS器件具有集成度高、導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快、開關(guān)損耗小的特點(diǎn)， 已經(jīng)在低壓和中高壓應(yīng)用領(lǐng)域全面替代平面式功率MOS器件，成為功率MOS器件的主流。隨 著產(chǎn)品應(yīng)用的發(fā)展，對功率MOS器件的開關(guān)速度和開關(guān)損耗的要求越來越高，其中開關(guān)損 耗占據(jù)總損耗70X左右，普通的溝槽式M0S器件在開關(guān)特性上顯得越來越不足，如何提高 開關(guān)速度并降低開關(guān)損耗對于節(jié)能及高頻應(yīng)用具有十分重要的意義。 造成開關(guān)損耗大和開關(guān)速度慢的原因主要是該深溝槽結(jié)構(gòu)MOS器件在柵極和漏 極之間和柵極和源極之間有較大的寄生電容。該寄生電容包括柵_漏電容Cgd和柵_源電 容Cgs，在已有技術(shù)中，往往采取降低柵-漏電容Cgd的措施，如華虹NEC電子在中國專利 (申請?zhí)?200510026546.5)中提出了厚底柵氧技術(shù)(Thick bottom oxide)，從而達(dá)到降低 柵_漏電容Cgd的效果，但是，該技術(shù)的不足在于只能降低約30%左右柵-漏電容Cgd，仍 然不能滿足節(jié)能及高頻應(yīng)用的需求。 因此，如何進(jìn)一步顯著地降低寄生電容，大大改善溝槽式功率MOS器件的高頻性 能和開關(guān)損耗成為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員的努力方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種低柵極電荷深溝槽功率MOS器件及其制造方法，其目的是 通過改進(jìn)溝槽導(dǎo)電多晶硅和柵氧化層結(jié)構(gòu)，來降低柵極電荷，從而提高開關(guān)速度和降低開 關(guān)損耗。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種低柵極電荷深溝槽功率MOS器件，所述MOS器件為垂直MOS器件，包括位于
硅片背面的重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)，位于所述漏極區(qū)上方的輕摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì) 的外延層；位于所述外延層上方的第二導(dǎo)電類型的阱層；位于所述阱層并伸入所述外延層 的溝槽；在所述第二導(dǎo)電類型的阱層上部且在所述溝槽四周形成具有第一導(dǎo)電類型的源極 區(qū)，所述溝槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)柵極導(dǎo)電多晶硅和一個(gè)屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅，屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅位 于柵極導(dǎo)電多晶硅下方；所述柵極導(dǎo)電多晶硅兩側(cè)與溝槽內(nèi)壁之間設(shè)有絕緣柵氧化層，該 絕緣柵氧化層的厚度從所述阱層中部位置開始往下逐漸變厚，相應(yīng)地柵極導(dǎo)電多晶硅的寬 度從所述阱層中部位置開始往下也逐漸變窄；所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅兩側(cè)及底部均由屏蔽 柵氧化層包圍，所述柵極導(dǎo)電多晶硅與所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅由導(dǎo)電多晶硅間絕緣介質(zhì)層 隔開。 上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下 1、上述方案中，所述屏蔽柵氧化層的厚度大于所述絕緣柵氧化層的最小厚度。
2、上述方案中，所述溝槽頂部淀積有絕緣介質(zhì)層，并在位于柵極導(dǎo)電多晶硅上方 和源極區(qū)上方的絕緣介質(zhì)層分別開孔，在孔內(nèi)設(shè)有金屬連線，分別實(shí)現(xiàn)柵極導(dǎo)電多晶硅和 源極區(qū)電性連接。 —種制造上述的功率MOS器件的制造方法，包括以下步驟如下
a)提供第一導(dǎo)電類型的具有正、反兩個(gè)主面的半導(dǎo)體襯底，重?fù)诫s的第二主面作 為漏極，在位于輕摻雜的第一主面上生長第一氧化層，通過掩膜光刻及刻蝕第一氧化層形 成硬掩膜； b)以硬掩膜作為刻蝕屏蔽層，刻蝕第一主面形成深溝槽；
c)在溝槽底部及側(cè)壁形成第二氧化層； d)在第二氧化層上沉積第一導(dǎo)電多晶硅層，通過回刻在溝槽內(nèi)形成屏蔽柵導(dǎo)電多 晶硅；或者在第二氧化層上沉積第一導(dǎo)電多晶硅層，然后先回刻，再制作光刻膠定義出需要 刻蝕的區(qū)域，然后通過刻蝕形成屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅； e)在屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅上生成第三氧化層，通過化學(xué)機(jī)械研磨和刻蝕形成導(dǎo)電多 晶硅間絕緣介質(zhì)層； f)在溝槽內(nèi)熱氧化生成第四氧化層，再CVD沉積第五氧化層，然后通過各向同性 刻蝕，去除溝槽內(nèi)上部的第四氧化層和第五氧化層，從而形成從溝槽中部位置開始往下厚 度漸厚的絕緣柵氧化層，再通過熱氧化在溝槽內(nèi)形成第六氧化層，該第六氧化層厚度小于 第二氧化層； g)沉積第二導(dǎo)電多晶硅層，并通過回刻形成柵極導(dǎo)電多晶硅； h)通過光刻膠定義出阱層區(qū)域，在第一主面上部注入第二導(dǎo)電類型離子并通過推 阱形成第二導(dǎo)電類型的阱層； j)在所述阱層的上部且位于所述溝槽的四周注入第一導(dǎo)電類型離子形成第一導(dǎo)
電類型的源極區(qū)。 k)淀積絕緣層間介質(zhì)層。 1)制作光刻膠，并用孔光刻版定義出連線孔區(qū)域，通過干法刻蝕形成孔，其后注入 第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)。 m)淀積金屬層，制作光刻膠定義出金屬線區(qū)域，通過干法刻蝕互聯(lián)線。 n)淀積一層二氧化硅和一層氮化硅，制作光刻膠定義出金屬線窗口，通過干法刻
蝕形成該窗口。 本發(fā)明工作原理是增加一個(gè)屏蔽多晶硅，并采用從阱區(qū)中部開始寬度漸變的導(dǎo)
電多晶硅，有效降低了改MOS器件的寄生電容，大大了提供了高頻特性。 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果 1、本發(fā)明采用增加一個(gè)屏蔽多晶硅有效降低了寄生電容，提高了高頻性能且降低
了開關(guān)損耗。 2、本發(fā)明采用下部寬度漸窄的導(dǎo)電多晶硅，降低了導(dǎo)電多晶硅側(cè)壁和底部的柵極 與漏極之間寄生電容Cgd。 3、本發(fā)明導(dǎo)電多晶硅寬度漸變部位從阱區(qū)中部開始，既降低了柵極與漏極之間寄 生電容Cgd，也降低了柵極與源極之間寄生電容Cgs。
附圖1為本發(fā)明溝槽式功率MOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為現(xiàn)有技術(shù)功率M0S器件仿真測試圖； 附圖3為本發(fā)明具有屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅的功率MOS器件仿真測試圖； 附圖4為本發(fā)明具有寬度漸變的柵極導(dǎo)電多晶硅加屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅的功率MOS
器件仿真測試圖。 以上附圖中1、漏極區(qū)；2、外延層；3、阱層；4、溝槽；5、絕緣柵氧化層；6、源極區(qū)； 7、柵極導(dǎo)電多晶硅；8、屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅；9、屏蔽柵氧化層；10、導(dǎo)電多晶硅間絕緣介質(zhì) 層；11、絕緣介質(zhì)層；12、金屬連線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一種低柵極電荷深溝槽功率MOS器件及其制造方法 所述MOS器件為垂直MOS器件，包括位于硅片背面的重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型漏極區(qū) l，位于所述漏極區(qū)1上方的輕摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的外延層2 ;位于所述外延層2上方 的第二導(dǎo)電類型的阱層3 ;位于所述阱層3并伸入所述外延層2的溝槽4 ;在所述第二導(dǎo)電 類型的阱層3上部且在所述溝槽4四周形成具有第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)6，其特征在于所 述溝槽4內(nèi)設(shè)有一個(gè)柵極導(dǎo)電多晶硅7和一個(gè)屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅8，屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅8位 于柵極導(dǎo)電多晶硅7下方；所述柵極導(dǎo)電多晶硅7兩側(cè)與溝槽4內(nèi)壁之間設(shè)有絕緣柵氧化 層5，該絕緣柵氧化層5的厚度從所述阱層3中部位置開始往下逐漸變厚，相應(yīng)地柵極導(dǎo)電 多晶硅7的寬度從所述阱層3中部位置開始往下也逐漸變窄；所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅8兩 側(cè)及底部均由屏蔽柵氧化層9包圍，所述屏蔽柵氧化層9的厚度大于所述絕緣柵氧化層5 的最小厚度，所述柵極導(dǎo)電多晶硅7與所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅8由導(dǎo)電多晶硅間絕緣介質(zhì) 層10隔開。所述溝槽4頂部淀積有絕緣介質(zhì)層11，并在位于柵極導(dǎo)電多晶硅7上方和源極 區(qū)6上方的絕緣介質(zhì)層11分別開孔，在孔內(nèi)設(shè)有金屬連線12，分別實(shí)現(xiàn)柵極導(dǎo)電多晶硅7 和源極區(qū)6電性連接。 —種制造權(quán)利要求1所述的功率MOS器件的制造方法，具體步驟如下
a)提供第一導(dǎo)電類型的具有正、反兩個(gè)主面的半導(dǎo)體襯底，重?fù)诫s的第二主面作 為漏極，在位于輕摻雜的第一主面上生長第一氧化層，通過掩膜光刻及刻蝕第一氧化層形 成硬掩膜； b)以硬掩膜作為刻蝕屏蔽層，刻蝕第一主面形成深溝槽；
c)在溝槽底部及側(cè)壁形成第二氧化層； d)在第二氧化層上沉積第一導(dǎo)電多晶硅層，通過回刻在溝槽內(nèi)形成屏蔽柵導(dǎo)電多 晶硅；或者在第二氧化層上沉積第一導(dǎo)電多晶硅層，然后先回刻，再制作光刻膠定義出需要 刻蝕的區(qū)域，然后通過刻蝕形成屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅； e)在屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅上生成第三氧化層，通過化學(xué)機(jī)械研磨和刻蝕形成導(dǎo)電多 晶硅間絕緣介質(zhì)層； f)在溝槽內(nèi)熱氧化生成第四氧化層，再CVD沉積第五氧化層，然后通過各向同性 刻蝕，去除溝槽內(nèi)上部的第四氧化層和第五氧化層，從而形成從溝槽中部位置開始往下厚度漸厚的絕緣柵氧化層，再通過熱氧化在溝槽內(nèi)形成第六氧化層，該第六氧化層厚度小于 第二氧化層； g)沉積第二導(dǎo)電多晶硅層，并通過回刻形成柵極導(dǎo)電多晶硅； h)通過光刻膠定義出阱層區(qū)域，在第一主面上部注入第二導(dǎo)電類型離子并通過推 阱形成第二導(dǎo)電類型的阱層； j)在所述阱層的上部且位于所述溝槽的四周注入第一導(dǎo)電類型離子形成第一導(dǎo) 電類型的源極區(qū)。 k)淀積絕緣層間介質(zhì)層； 1)制作光刻膠，并用孔光刻版定義出連線孔區(qū)域，通過干法刻蝕形成孔，其后注入 第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)； m)淀積金屬層，制作光刻膠定義出金屬線區(qū)域，通過干法刻蝕互聯(lián)線； n)淀積一層二氧化硅和一層氮化硅，制作光刻膠定義出金屬線窗口，通過干法刻
蝕形成該窗口。 柵極電荷與寄生電容Cgd與Cgs成反比，附圖2為現(xiàn)有技術(shù)仿真測試圖、附圖3為 導(dǎo)電多晶硅7加上屏蔽多晶硅8的仿真測試圖，附圖4為寬度漸變的導(dǎo)電多晶硅加上屏蔽 多晶硅的仿真測試圖，當(dāng)電流Ig二5m—定時(shí)，比較附圖2、3和4，可知本發(fā)明有效降低了寄 生電容Cgd與Cgs，從而降低了充電時(shí)間，大大提高了器件高頻性能且能降低開關(guān)損耗。
上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種低柵極電荷深溝槽功率MOS器件，所述MOS器件為垂直MOS器件，包括位于硅片背面的重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)(1)，位于所述漏極區(qū)(1)上方的輕摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的外延層(2)；位于所述外延層(2)上方的第二導(dǎo)電類型的阱層(3)；位于所述阱層(3)并伸入所述外延層(2)的溝槽(4)；在所述第二導(dǎo)電類型的阱層(3)上部且在所述溝槽(4)四周形成具有第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)(6)，其特征在于所述溝槽(4)內(nèi)設(shè)有一個(gè)柵極導(dǎo)電多晶硅(7)和一個(gè)屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅(8)，屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅(8)位于柵極導(dǎo)電多晶硅(7)下方；所述柵極導(dǎo)電多晶硅(7)兩側(cè)與溝槽(4)內(nèi)壁之間設(shè)有絕緣柵氧化層(5)，該絕緣柵氧化層(5)的厚度從所述阱層(3)中部位置開始往下逐漸變厚，相應(yīng)地柵極導(dǎo)電多晶硅(7)的寬度從所述阱層(3)中部位置開始往下也逐漸變窄；所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅(8)兩側(cè)及底部均由屏蔽柵氧化層(9)包圍，所述柵極導(dǎo)電多晶硅(7)與所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅(8)由導(dǎo)電多晶硅間絕緣介質(zhì)層(10)隔開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率M0S器件，其特征在于所述屏蔽柵氧化層(9)的厚度大于所述絕緣柵氧化層(5)的最小厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率MOS器件，其特征在于所述溝槽(4)頂部淀積有絕緣介質(zhì)層(ll)，并在位于柵極導(dǎo)電多晶硅(7)上方和源極區(qū)(6)上方的絕緣介質(zhì)層(11)分別開孔，在孔內(nèi)設(shè)有金屬連線(12)，分別實(shí)現(xiàn)柵極導(dǎo)電多晶硅(7)和源極區(qū)(6)電性連接。
4. 一種制造權(quán)利要求1所述的功率MOS器件的制造方法，其特征在于a) 提供第一導(dǎo)電類型的具有正、反兩個(gè)主面的半導(dǎo)體襯底，重?fù)诫s的第二主面作為漏極，在位于輕摻雜的第一主面上生長第一氧化層，通過掩膜光刻及刻蝕第一氧化層形成硬掩膜；b) 以硬掩膜作為刻蝕屏蔽層，刻蝕第一主面形成深溝槽；c) 在溝槽底部及側(cè)壁形成第二氧化層；d) 在第二氧化層上沉積第一導(dǎo)電多晶硅層，通過回刻在溝槽內(nèi)形成屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅；或者在第二氧化層上沉積第一導(dǎo)電多晶硅層，然后先回刻，再制作光刻膠定義出需要刻蝕的區(qū)域，然后通過刻蝕形成屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅；e) 在屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅上生成第三氧化層，通過化學(xué)機(jī)械研磨和刻蝕形成導(dǎo)電多晶硅間絕緣介質(zhì)層;f) 在溝槽內(nèi)熱氧化生成第四氧化層，再CVD沉積第五氧化層，然后通過各向同性刻蝕，去除溝槽內(nèi)上部的第四氧化層和第五氧化層，從而形成從溝槽中部位置開始往下厚度漸厚的絕緣柵氧化層，再通過熱氧化在溝槽內(nèi)形成第六氧化層，該第六氧化層厚度小于第二氧化層；g) 沉積第二導(dǎo)電多晶硅層，并通過回刻形成柵極導(dǎo)電多晶硅；h) 通過光刻膠定義出阱層區(qū)域，在第一主面上部注入第二導(dǎo)電類型離子并通過推阱形成第二導(dǎo)電類型的阱層；j)在所述阱層的上部且位于所述溝槽的四周注入第一導(dǎo)電類型離子形成第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率M0S器件的制造方法，其特征在于j)步驟后還包括以下步驟a) 淀積絕緣層間介質(zhì)層；b) 制作光刻膠，并用孔光刻版定義出連線孔區(qū)域，通過干法刻蝕形成孔，其后注入第二 導(dǎo)電類型雜質(zhì)；c) 淀積金屬層，制作光刻膠定義出金屬線區(qū)域，通過干法刻蝕互聯(lián)線；d) 淀積一層二氧化硅和一層氮化硅，制作光刻膠定義出金屬線窗口 ，通過干法刻蝕形 成該窗口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低柵極電荷深溝槽功率MOS器件及其制造方法，該MOS器件為垂直MOS器件，其溝槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)柵極導(dǎo)電多晶硅和一個(gè)屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅，屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅位于柵極導(dǎo)電多晶硅下方；所述柵極導(dǎo)電多晶硅兩側(cè)與溝槽內(nèi)壁之間設(shè)有絕緣柵氧化層，該絕緣柵氧化層的厚度從所述阱層中部位置開始往下逐漸變厚，相應(yīng)地柵極導(dǎo)電多晶硅的寬度從所述阱層中部位置開始往下也逐漸變窄；所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅兩側(cè)及底部均由屏蔽柵氧化層包圍，所述柵極導(dǎo)電多晶硅與所述屏蔽柵導(dǎo)電多晶硅由導(dǎo)電多晶硅間絕緣介質(zhì)層隔開。
文檔編號H01L21/336GK101719516SQ20091023449
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者殷允超, 秦旭光 申請人:蘇州硅能半導(dǎo)體科技股份有限公司