一種溝槽型CoolMOS及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，一種溝槽型CoolMOS，由下到上依次包括背面金屬層、N+襯底、N?外延層、P?阱區(qū)、n+源區(qū)、絕緣層和正面金屬層；N+襯底上設(shè)置有貫通N+襯底的若干超結(jié)溝槽，超結(jié)溝槽一端延伸至N?外延層，超結(jié)溝槽內(nèi)填充有P型硅；P?阱區(qū)設(shè)置有貫通P?阱區(qū)和n+源區(qū)的若干柵極溝槽，柵極溝槽一端延伸至N?外延層，柵極溝槽內(nèi)填充有多晶硅，多晶硅與柵極溝槽之間通過柵氧間隔設(shè)置；n+源區(qū)設(shè)置有貫通n+源區(qū)和絕緣層的若干接觸孔，接觸孔一端延伸至P?阱區(qū)，接觸孔內(nèi)填充有導(dǎo)電金屬，且導(dǎo)電金屬與正面金屬層接觸。正面采用柵極溝槽結(jié)構(gòu)，背面挖槽，填充P型硅，達到多次注入擴散P型離子的效果。
【專利說明】
-種溝槽型Coo IMOS及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種溝槽CoolMOS及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示為傳統(tǒng)CoolMOS結(jié)構(gòu)，CoolMOS又叫超結(jié)M0S，由于采用新的耐壓層結(jié)構(gòu)， 它的電場分布是矩形結(jié)構(gòu)，在保持功率M0SFET優(yōu)點的同時，又有著極低的導(dǎo)通損耗，具有導(dǎo) 通電阻低，耐高壓，發(fā)熱量低的特點。
[0003] CoolMOS的超結(jié)結(jié)構(gòu)是一梳狀結(jié)構(gòu)，需要靠多次離子注入再加上二次高溫擴散形 成，使工藝步驟大大增多，增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的CoolMOS制作工藝復(fù)雜的缺陷，提供一種溝 槽型CoolMOS及其制備方法，采用背面挖槽，填充P型娃的工藝，達到多次注入擴散P型離子 的效果;正面采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，減少工藝步驟，縮小忍片面積，節(jié)約設(shè)備和生產(chǎn)成本，提高器 件的電學性能。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種溝槽型CoolMOS,由下到上依次 包括背面金屬層、化襯底、N-外延層、P-阱區(qū)、n+源區(qū)、絕緣層和正面金屬層；
[0006] 所述N+襯底上設(shè)置有貫通所述N+襯底的若干超結(jié)溝槽，所述超結(jié)溝槽一端延伸至 所述N-外延層，所述超結(jié)溝槽內(nèi)填充有P型娃；
[0007] 所述的P-阱區(qū)設(shè)置有貫通所述P-阱區(qū)和n+源區(qū)的若干柵極溝槽，所述柵極溝槽一 端延伸至N-外延層，所述柵極溝槽內(nèi)填充有多晶娃，所述多晶娃與柵極溝槽之間通過柵氧 間隔設(shè)置；
[0008] 所述n+源區(qū)設(shè)置有貫通所述n+源區(qū)和所述絕緣層的若干接觸孔，所述接觸孔一端 延伸至P-阱區(qū)，所述的接觸孔內(nèi)填充有導(dǎo)電金屬，且所述導(dǎo)電金屬與所述正面金屬層接觸。
[0009] 作為優(yōu)選，所述正面金屬層和導(dǎo)電金屬為金屬侶。
[0010] 進一步地，所述的接觸孔和所述柵極溝槽間隔設(shè)置。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的柵極溝槽與超結(jié)溝槽之間垂直距離大于0。
[0012] 具體地，所述的背面金屬層包括由上至下依次設(shè)置的Ti層、Ni層和Ag層。
[0013] 上述的CoolMOS的制作方法，包括如下步驟：
[0014] (1)化襯底上生長N-外延層，在N-外延層表面擴散或注入棚離子，形成P-阱區(qū)；
[0015] (2)在娃片表面沉積氧化層，通過涂膠、曝光、顯影、刻蝕的工藝，形成柵極溝槽；
[0016] (3)在柵極溝槽內(nèi)生長柵氧，再在柵極溝槽內(nèi)填充多晶娃，去除表面多余的多晶 娃，注入憐或神離子，形成n+源區(qū)；
[0017] (4)在n+源區(qū)表面沉積絕緣層，通過涂膠、曝光、顯影、刻蝕的工藝，形成接觸孔；
[0018] (5)在接觸孔內(nèi)及絕緣層表面瓣射導(dǎo)電金屬和正面金屬層，形成電極；
[0019 ] (6)背面減薄，在化襯底背面挖設(shè)超結(jié)溝槽，并在溝槽內(nèi)填充P型娃；
[0020] (7)瓣射或蒸發(fā)背面金屬層。
[0021] 作為優(yōu)選，所述的N-外延層厚度為50皿~55皿。
[0022] 作為優(yōu)選，所述P-阱區(qū)厚度為3~7皿，所述氧化層厚度為0.2皿~1.5皿。
[0023] 作為優(yōu)選，所述的背面金屬層包括由上至下依次設(shè)置的Ti層、Ni層和Ag層，Ti層厚 度為200〇A、Ni層厚度為200〇A、Ag層厚度為8000A。
[0024] 作為優(yōu)選，所述的超結(jié)溝槽與柵極溝槽之間垂直距離為如m~10皿。
[0025] 有益效果:本發(fā)明采用正面采用柵極溝槽結(jié)構(gòu)，背面挖槽，填充P型娃的工藝，達到 多次注入擴散P型離子的效果，正面采用柵極溝槽結(jié)構(gòu)，提高器件的耐壓，減小電阻率，減小 外延厚度，降低器件的開關(guān)損耗。減少注入次數(shù)，減少制作步驟，縮小忍片面積，節(jié)約了設(shè)備 和生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0027] 圖1是傳統(tǒng)CoolMOS的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2~圖12為本發(fā)明溝槽型CoolMOS制作過程結(jié)構(gòu)圖。
[0029] 其中：1.N+襯底，2.N-外延層，3.P-阱區(qū)，31.氧化層，4.柵極溝槽，5.柵氧，6.多晶 娃，7. n+源區(qū)，8.絕緣層，9.接觸孔，10.正面金屬層，11.超結(jié)溝槽，12. P型娃，13.背面金屬 層。
【具體實施方式】
[0030] 實施例1
[0031] 如圖12所示，一種溝槽型CoolMOS,由下到上依次包括背面金屬層13、N+襯底1、N- 外延層2、P-阱區(qū)3、n+源區(qū)7、絕緣層8和正面金屬層10;
[0032] 所述N+襯底1上設(shè)置有貫通所述N+襯底1的若干超結(jié)溝槽11，所述超結(jié)溝槽11 一端 延伸至所述N-外延層2，所述超結(jié)溝槽11內(nèi)填充有P型娃12;
[0033] 所述的P-阱區(qū)3設(shè)置有貫通所述P-阱區(qū)3和n+源區(qū)7的若干柵極溝槽4(柵極溝槽4 將P-阱區(qū)3相互隔開，n+源區(qū)7位于柵極溝槽4之間），所述柵極溝槽4 一端延伸至N-外延層2， 所述柵極溝槽4內(nèi)填充有多晶娃6,所述多晶娃6與柵極溝槽4之間通過柵氧5間隔設(shè)置;所述 的柵極溝槽4與超結(jié)溝槽11之間垂直距離大于0。
[0034] 所述n+源區(qū)7設(shè)置有貫通所述n+源區(qū)7和所述絕緣層8的若干接觸孔9(接觸孔則尋η +源區(qū)7相互隔開），所述接觸孔9 一端延伸至Ρ-阱區(qū)3,所述的接觸孔9內(nèi)填充有導(dǎo)電金屬，且 所述導(dǎo)電金屬與所述正面金屬層10接觸，所述正面金屬層10和導(dǎo)電金屬均為金屬侶。所述 的接觸孔9和所述柵極溝槽4間隔設(shè)置。所述的背面金屬層13包括由上至下依次設(shè)置的Ti 層、Ni層和Ag層，Ti層厚度為2〇〇〇A、Ni層厚度為200〇A、Ag層厚度為8000A。
[0035] 上述的Coo 1M0S的制作方法，包括如下步驟：
[0036] (1)如圖2所示，娃片清洗，在N+襯底1上生長N-外延層2，N-外延層2厚度范圍為50μ m-55ym;
[0037] (2)如圖3所示，采用擴散或注入工藝滲雜棚離子，在N-外延層2內(nèi)形成Ρ-阱區(qū)3,結(jié) 深范圍為3μπι-7μπι，然后在娃片表面沉積氧化層31，厚度范圍為0.2μπι-1.5WI1;
[0038] (3)通過涂膠、曝光、顯影、刻蝕等工藝，對氧化層31和娃片進行刻蝕，形成柵極溝 槽4，柵極溝槽4的深度范圍為4μηι-祉m;
[0039] (4)如圖5所示，生長柵氧5,柵氧5厚度范圍為500Λ-1000Λ;
[0040] (5)如圖6所示，在柵極溝槽4內(nèi)填充多晶娃6,然后去除娃片表面多余的多晶娃6和 氧化層31;
[0041 ] (6)如圖7所示，在娃片表面注入憐或神離子，能量范圍為100Kev-200Kev，劑量范 圍為化14/cm2-犯15/cm2，在P-阱區(qū)3內(nèi)形成n+源區(qū)7，pn結(jié)深在0.2μπι-0.5皿范圍內(nèi)，在娃片 表面沉積絕緣層8，厚度范圍為0.2μπι-1.5μπι;
[0042] (7)如圖8所示，通過涂膠、曝光、顯影、刻蝕等工藝，刻蝕掉絕緣層8和Si,形成接觸 孔9，接觸孔9的深度在0.3μπι-1μπι范圍內(nèi)；
[0043] (8)如圖9所示，采用瓣射工藝，瓣射金屬侶層，形成電極，侶層厚度范圍為3皿-5μ m;
[0044] (9)采用背面減薄工藝，減薄娃片厚度范圍至90μπι-15〇Μ?;
[0045] (10)如圖10所示，在娃片背面挖設(shè)超結(jié)溝槽11，超結(jié)溝槽11穿通Ν+襯底1至Ν-外延 層2,超結(jié)溝槽11深度范圍為40μπι-45皿，超結(jié)溝槽11與柵極溝槽4未連通，相距一定距離，距 離范圍為5μηι-10μηι;
[0046] (11)如圖11所示，在超結(jié)溝槽11內(nèi)填充Ρ型娃12;
[0047] (12)如圖12所示，采用瓣射或蒸發(fā)工藝，在娃片背面瓣射或蒸發(fā)背面金屬層，所述 背面金屬層13包括由上至下依次設(shè)置的Ti層、Ni層和Ag層，Ti層厚度為20(ΚΜ、Μ層厚度為 2000A、Ag 層厚度為8000Α。
[0048] 應(yīng)當理解，W上所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。由 本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1. 一種溝槽型CoolMOS，其特征在于：由下到上依次包括背面金屬層（13)、N+襯底（1)、 N-外延層(2)、P-阱區(qū)（3)、n+源區(qū)（7)、絕緣層(8)和正面金屬層（10); 所述N+襯底（1)上設(shè)置有貫通所述N+襯底（1)的若干超結(jié)溝槽（11)，所述超結(jié)溝槽（11) 一端延伸至所述N-外延層(2)，所述超結(jié)溝槽(11)內(nèi)填充有P型硅(12); 所述的P-阱區(qū)（3)設(shè)置有貫通所述P-阱區(qū)（3)和n+源區(qū)（7)的若干柵極溝槽(4)，所述柵 極溝槽(4)一端延伸至N-外延層(2)，所述柵極溝槽(4)內(nèi)填充有多晶硅(6)，所述多晶硅(6) 與柵極溝槽(4)之間通過柵氧(5)間隔設(shè)置； 所述n+源區(qū)（7)設(shè)置有貫通所述n+源區(qū)（7)和所述絕緣層(8)的若干接觸孔(9)，所述接 觸孔(9)一端延伸至P-阱區(qū)（3)，所述的接觸孔(9)內(nèi)填充有導(dǎo)電金屬，且所述導(dǎo)電金屬與所 述正面金屬層（10)接觸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型CoolMOS，其特征在于：所述正面金屬層（10)和導(dǎo)電金 屬為金屬鋁。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型CoolMOS，其特征在于:所述的接觸孔(9)和所述柵極溝 槽(4)間隔設(shè)置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型CoolMOS，其特征在于:所述的柵極溝槽(4)與超結(jié)溝槽 (11)之間垂直距離大于0。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型CoolMOS，其特征在于:所述的背面金屬層（13)包括由 上至下依次設(shè)置的Ti層、Ni層和Ag層。6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項所述的溝槽型CoolMOS的制作方法，其特征在于:包括如下 步驟： (1) N+襯底（1)上生長N-外延層（2)，在N-外延層（2)表面擴散或注入硼離子，形成P-阱 區(qū)⑶； (2) 在硅片表面沉積氧化層（31)，通過涂膠、曝光、顯影、刻蝕的工藝，形成柵極溝槽 (4)； (3) 在柵極溝槽(4)內(nèi)生長柵氧(5)，再在柵極溝槽(4)內(nèi)填充多晶硅(6)，去除表面多余 的多晶硅(6)，注入磷或砷離子，形成n+源區(qū)（7); (4) 在n+源區(qū)（7)表面沉積絕緣層(8)，通過涂膠、曝光、顯影、刻蝕的工藝，形成接觸孔 (9)； (5) 在接觸孔(9)內(nèi)及絕緣層(8)表面濺射導(dǎo)電金屬和正面金屬層（10)，形成電極； (6) 背面減薄，在N+襯底(1)背面挖設(shè)超結(jié)溝槽(11)，并在溝槽內(nèi)填充P型硅(12); (7) 濺射或蒸發(fā)背面金屬層(13)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型CoolMOS的制作方法，其特征在于:所述的N-外延層(2) 厚度為50μηι~55μηι。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型CoolMOS的制作方法，其特征在于:所述Ρ-阱區(qū)（3)厚度 為3~7μηι，所述氧化層(31)厚度為0.2μηι~1.5μηι。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型CoolMOS的制作方法，其特征在于:所述的背面金屬層 (13)包括由上至下依次設(shè)置的Ti層、Ni層和Ag層，Ti層厚度為2〇〇〇Λ、Μ層厚度為2000Λ、 Ag層厚度為8〇〇〇A a10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型CoolMOS的制作方法，其特征在于：所述的超結(jié)溝槽 (11)與柵極溝槽(4)之間垂直距離為5μηι~1 Ομπι。
【文檔編號】H01L29/06GK105870194SQ201610375244
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】周炳
【申請人】蘇州同冠微電子有限公司