專利名稱：：一種深溝槽大功率mos器件及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種大功率MOS器件及其制造方法，特別涉及一種深溝槽大功率MOS器件及其制造方法。這種MOS器件釆用溝槽導電多晶硅保護環(huán)和溝槽導電多晶硅截止環(huán)的結構設計，可以在不影響器件性能(如特征導通電阻(SpecificRdson)、耐壓、器件電容等)的前提下減少光刻版數(shù)量，從而降低器件的制造成本。技術背景現(xiàn)代深溝槽大功率器件的基本要求是能夠耐高壓且大電流工作。其中，深溝槽MOSFET通常是通過并聯(lián)大量的溝槽MOS單胞以實現(xiàn)大電流工作。但是，對于高壓深溝槽MOSFET來說，位于器件中間的各并聯(lián)單胞間的表面電位大致相同，而位于邊界(即終端)的單胞與襯底表面的電位卻相差很大，往往引起表面電場過于集中造成了器件的邊緣擊穿。因此為了保證大功率溝槽MOSFET在高壓下正常工作，通常需要在器件單胞邊界處采取措施即終端保護技術，來減小表面電場強度，提高大功率溝槽MOSFET的擊穿電壓。終端保護結構一般由位于內圏的保護環(huán)和位于外圏的截止環(huán)組成，現(xiàn)有終端保護結構通常采用平面型保護環(huán)結構，見圖1所示。從圖l可以看出保護環(huán)和截止環(huán)的平面導電多晶硅16覆蓋在場氧化隔離層15上，金屬連線6從場氧化隔離層15上的平面導電多晶硅16引出。該結構器件在制作場氧化隔離層15時需要有源區(qū)光刻，且需增加場限環(huán)注入以及高溫推結。在制作導電多晶硅7時需要多晶硅光刻，同時因其為平面型結構，也占用了較大面積，芯片成本較高。按照這種要求制作深溝槽型大功率MOS器件，目前需要使用七塊光刻版，并按以下工藝流程來完成第一步，場氧化層成長；第二步，有源區(qū)光刻/刻蝕(光刻版l);第三步，硬掩膜生長(光刻版2);第四步，深溝槽刻蝕；第五步，柵氧化/多晶淀積；第六步，多晶光刻/刻蝕(光刻版3);第七步，P阱層^^;第八步，源極光刻(光刻版4);第九步，層間介質淀積；第十步，孔光刻/刻蝕(光刻版5);第十一步，鋁金屬淀積/光刻/刻蝕(光刻版6);第十二步，鈍化層淀積/光刻/刻蝕(光刻版7)。另一方面，隨著深溝槽大功率MOS技術日趨成熟，市場竟爭日趨激烈，因此如何在保證器件性能的前提下降低制造成本已成為本領域技術人員普遍關注的問題。提高集成度(即提高單位面積里單胞個數(shù))和減少光刻次數(shù)均可以降低器件的制造成本,其中，提高集成度主要通過縮小單胞間距(Pitch)來實現(xiàn)，然而縮小單胞間距(Pitch)主要受制于光刻機的對位能力以及結形貌的控制。目前國內外單胞間距(Pitch)的大批量生產(chǎn)能力能達到1.2um1.7um，與之對應的溝槽尺寸為0.4um，步進光刻機對位精度要求為+/-0.1211111，0.9~l.lum單胞間距(Pitch)工藝正在開發(fā)之中，再向下延伸，將受到光刻機工藝極限的限制，同時存在器件電容增大，導致器件開關速度降低等難題。減少光刻版數(shù)可以在不影響器件性能的前提下，降低制造成本。這是本發(fā)明著重研究的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種深溝槽大功率MOS器件及其制造方法，其目的是要在保證不影響器件性能(如特征導通電阻(SpecificRdson)、耐壓和器件電容等)的前提下，通過終端保護結構以及單胞柵電極引線結構的改進設計來減少兩塊光刻版，從而降低器件的制造成本。為達到上述目的，本發(fā)明MOS器件采用的技術方案是一種深溝槽大功率N型MOS器件，在俯視平面上,中心區(qū)由并聯(lián)的單胞組成陣列，單胞陣列的外圍設有終端保護結構；所述陣列內單胞通過溝槽導電多晶硅而并聯(lián)成整體，終端保護結構由位于內圏的至少一個保護環(huán)和位于外圏的一個截止環(huán)組成。其創(chuàng)新在于P阱層存在于整個終端保護區(qū)域；在截面上保護環(huán)采用溝槽結構，溝槽位于輕摻雜P阱層，其深度伸入P阱層下方的輕摻雜N型外延層，溝槽壁表面生長有絕,氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅，溝槽頂部的槽口由絕緣介質覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅浮置場板結構的保護環(huán)；在截面上截止環(huán)采用溝槽結構，該溝槽寬度大于單胞的溝槽寬度，溝槽位于輕摻雜P阱層，其深度伸入P阱層下方的輕摻雜N型外延層，溝槽壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅，溝槽頂部設置金屬連線，溝槽外側為P阱層或者上方帶N+注入?yún)^(qū)的P阱層，該金屬連線將溝槽內的導電多晶硅與溝槽外側的P阱層連接成等電位，或者將溝槽內的導電多晶硅同時與溝槽外側的N+注入?yún)^(qū)及P阱層連接成等電位，溝槽頂部的槽口由絕緣介質覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅的截止環(huán)。上述技術方案中的有關內容解釋如下1、上述方案中，為了配合保護環(huán)和截止環(huán)的設計，達到節(jié)省一塊多晶硅光刻的目的，單胞柵電極引線直接從溝槽導電多晶硅上的引線結構，具體為單胞陣列的溝槽導電多晶硅向保護環(huán)與單胞陣列之間的區(qū)域延伸，延伸端為一個直徑大于溝槽寬度的圓形引線終端，或者頂角連線大于溝槽寬度的多邊形引線終端，柵電極引線孔開設在該引線終端位置上，使金屬連線直接與溝槽導電多晶硅相連。2、上述方案中，所述溝槽型浮置場板結構保護環(huán)和截止環(huán)作用機理是P阱層存在于整個終端保護區(qū)域，溝槽保護環(huán)將其隔離，當該器件正常偏置時(漏極加上正向電壓，源極接地)時，最大電場點，即電力線最密區(qū)存在于主結(最外側單胞P阱/N-外延層所組成的PN結)與其相對應的單胞溝槽的交叉處。除了漏極到源極的縱向電場外，還有從器件最外側到單胞方向的電場。當主結反偏電壓之值大到使耗盡區(qū)擴展到溝槽保護環(huán)時，主結電子流入到溝槽保護環(huán)，使該保護環(huán)由電中性變成帶負電荷，該負電荷分布在保護環(huán)溝槽一側(靠近單胞)的一個表面薄區(qū)內，負電荷在表面產(chǎn)生的電場在主結到保護環(huán)的區(qū)域中與原有電場方向(從器件最外側到單胞方向)相反，因此使該區(qū)域，尤其主結與溝槽的交叉處的電場減弱。溝槽保護環(huán)外側區(qū)域則正好相反。由于電力線都會匯集到截止環(huán)，截止環(huán)采用寬度較大的溝槽，起到稀釋電力線的作用，達到提高擊穿電壓的效果；同時在截止環(huán)制作過程中，在接觸孔蝕刻完畢后有一次較高濃度硼注入，使得金屬連線與P阱和導電多晶形成良好接觸，溝槽導電多晶硅和P阱區(qū)等電位，因而在它側面(垂直面)不會形成反型層，而且它可收集Si02表面沾污的正離子，而這些正離子也是引起表面反型的因素，所以截止環(huán)還有提高表面穩(wěn)定性的作用。為達到上述目的，本發(fā)明MOS器件制造方法采用的技術方案是一種深溝槽大功率N型MOS器件的制造方法，基于以上所述終端保護結構以及單胞柵電極引線結構的改進設計，包括以下步驟第一步，硬掩膜生長(光刻版l，)；第二步，深溝槽刻蝕；第三步，柵氧化/多晶淀積；第四步，多晶硅刻蝕；第五步，P阱層;iA;第六步，源才及光刻(光刻版2，)；第七步，層間介質淀積；第八步，孔光刻/刻蝕(光刻版3，)；第九步，鋁金屬淀積/光刻/刻蝕(光刻版4，)；第十步，鈍化層淀積/光刻/刻蝕(光刻版5，)。由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點和效果1、本發(fā)明的MOS器件保護環(huán)和截止環(huán)場板均采用溝槽型導電多晶硅，無需形成場氧隔離層，節(jié)省一塊有源區(qū)光刻版。相比較平面型多晶硅場板結構，還節(jié)約了面積，提高了集成度，降低了制造成本。2、為了達到節(jié)省一塊多晶硅光刻版的目的，除了采用溝槽多晶硅場板，本發(fā)明還對截止環(huán)和單胞柵電極引線進行改進，均采用溝槽多晶硅上方直接開孔引線的金屬互聯(lián)結構。而現(xiàn)有技術，見圖2所示，由于單胞陣列中溝槽型導電多晶硅7頂部設有延伸的平面導電多晶硅16,在制作平面導電多晶硅16時需要增加多晶硅光刻版。因此，本發(fā)明的MOS器件結構總共可以節(jié)約兩塊光刻版，降低生產(chǎn)成本。3、現(xiàn)將本發(fā)明制造方法與現(xiàn)有制造方法對比如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>,版4，)第十二步糊^g淀稱贈刻蝕(湖版7)第十步鈍姊淀秋贈刻蝕固版55)從以上對比的表格中，可以清楚的看出以下效果第一，本發(fā)明制造方法省去了有源區(qū)光刻版及相應工藝;第二，本發(fā)明制造方法省去了多晶光刻版及相應工藝；第三，本發(fā)明制造方法省去了成長氧化層工藝和場限環(huán)注入以及高溫推結工藝。一般而言，深溝槽大功率器件的制造成本可以簡化成以光刻層數(shù)來計算，增加一層光刻約增加15%的成本，因此本發(fā)明減少了兩次光刻大約可以降4氐30%左右的成本，這對于批量生產(chǎn)深溝槽型大功率MOS器件來說效果是顯著的。附圖1為現(xiàn)有普通平面式場板結構的深溝槽大功率MOS器件示意圖；附圖2為現(xiàn)有深溝槽大功率MOS器件普通引線結構示意圖；附圖3為本發(fā)明實施例深溝槽大功率MOS器件俯視平面示意圖；附圖4為圖3的A-A剖面圖；附圖5為圖3的B-B剖面圖。以上附圖中1、單胞陣列；2、保護環(huán)；3、截止環(huán)；4、絕緣介質層；5、鈍化層；6、金屬連線；7、溝槽型導電多晶硅；8、P-阱；9、N-型外延層；10、N+襯底；11、絕緣柵氧化層；12、現(xiàn)有保護環(huán)；13、現(xiàn)有截止環(huán)；14、單胞；15、場氧化隔離層；16、平面導電多晶硅；17、柵電極引線終端。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一種深溝槽大功率N型MOS器件圖3為一種深溝槽大功率N型MOS器件俯—見狀態(tài)平面示意圖。從圖中可以看出，MOS器件中心區(qū)設有單胞陣列1,該單胞陣列1的外圍設有終端保護結構。單胞陣列1由溝槽型導電多晶硅7將各單胞并聯(lián)成整體。終端保護結構由位于內圏的一個保護環(huán)2和位于外圏的一個截止環(huán)3組成。本實施例保護環(huán)為一個，但也可以采用兩個或兩個以上保護環(huán)結構，這由實際需要來確定。圖4為圖3的A-A剖面圖，該圖是本發(fā)明實施例深溝槽大功率MOS器件截面示意圖。從圖中可以看出，在截面上保護環(huán)2采用溝槽結構，溝槽位于輕摻雜P阱層8，其深度伸入P阱層8下方的輕摻雜N型外延層9，溝槽壁表面生長有絕緣柵氧化層11,溝槽內淀積有導電多晶硅形成溝槽型導電多晶硅7,溝槽頂部的槽口由絕緣介質層4覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅浮置場板結構的保護環(huán)。在截面上截止環(huán)3采用溝槽結構，該溝槽比單胞溝槽寬度大，溝槽位于輕摻雜P阱層8，其深度伸入P阱層8下方的輕摻雜N型外延層9，溝槽壁表面生長有絕氧化層11，溝槽內淀積有導電多晶硅形成溝槽型導電多晶硅7，溝槽頂部設置金屬連線6，該金屬連線6將溝槽內的導電多晶硅7與溝槽外側的P阱層8連接成等電位，溝槽頂部的槽口由絕緣介質層4覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅的截止環(huán)。這里需要說明如果截止環(huán)3的溝槽外側的P阱層上方外加N+注入?yún)^(qū)時，該金屬連線將溝槽內的導電多晶硅同時與溝槽外側的N+注入?yún)^(qū)及P阱層連接成等電位。圖4中，截止環(huán)3溝槽外側的P阱層沒有外加N+注入?yún)^(qū)。圖5為圖3的B-B剖面圖，該圖是本發(fā)明實施例直接在柵電極引線終端17的溝槽多晶硅上開孔引線示意圖。從圖3中可以看出，單胞陣列的溝槽導電多晶硅向保護環(huán)與單胞陣列之間的區(qū)域延伸，延伸端為一個邊長大于溝槽寬度的矩形作為柵電極引線終端17。從圖5中可以看出，各柵電極引線終端17頂部開孔，并淀積有互連金屬，使溝槽導電多晶硅7直接與金屬連線6相連。本發(fā)明制造上述深溝槽大功率N型MOS器件的方法，包括以下步驟第一步，硅硬掩膜生長。其中硬掩膜可以采用LPTEOS或熱氧化二氧化硅加化學氣相沉積二氧化硅或熱氧化二氧化硅加氮化硅，其后通過光刻和各向異性刻蝕形成硬掩模。第二步，深溝槽刻蝕。溝槽采用各向異性刻蝕形成垂直側壁(通常在88度左右)。第三步，柵氧化/多晶硅淀積。柵氧化/多晶硅淀積采用現(xiàn)有普通工藝。第四步，多晶硅刻蝕。多晶硅刻蝕是圓片全面性各向異性刻蝕。第五步，P阱層注入。其中P阱層覆蓋整個終端保護結構之區(qū)域。第六步，源極光刻。源極利用眾所周知的光刻加離子注入形成，通常注入的離子為砷。第七步，層間介質淀積。層間介質淀積可以選取硼磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)或硅玻璃(USG)等。第八步，孔光刻/刻蝕。第九步，鋁金屬淀積/光刻/刻蝕?？准敖饘倩ミB線的形成，采用現(xiàn)有技術，金屬填充可以釆用鵠塞工藝或直接金屬填充工藝。第十步，鈍化層淀積/光刻/刻蝕。本發(fā)明深溝槽大功率MOS器件采用溝槽型浮置保護環(huán)和溝槽型截止環(huán)，在保證產(chǎn)品性能的前提下，減少了兩次光刻，節(jié)約了芯片面積，大大降低制造成本，可適用于大批量低成本制造深溝槽大功率MOS器件。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。權利要求1、一種深溝槽大功率N型MOS器件，在俯視平面上，中心區(qū)由并聯(lián)的單胞組成陣列，單胞陣列的外圍設有終端保護結構；所述陣列內單胞通過溝槽導電多晶硅而并聯(lián)成整體，終端保護結構由位于內圈的至少一個保護環(huán)和位于外圈的一個截止環(huán)組成，其特征在于P阱層存在于整個終端保護區(qū)域；在截面上保護環(huán)采用溝槽結構，溝槽位于輕摻雜P阱層，其深度伸入P阱層下方的輕摻雜N型外延層，溝槽壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅，溝槽頂部的槽口由絕緣介質覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅浮置場板結構的保護環(huán)；在截面上截止環(huán)采用溝槽結構，該溝槽寬度大于單胞的溝槽寬度，溝槽位于輕摻雜P阱層，其深度伸入P阱層下方的輕摻雜N型外延層，溝槽壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅，溝槽頂部設置金屬連線，溝槽外側為P阱層或者上方帶N+注入?yún)^(qū)域的P阱層，該金屬連線將溝槽內的導電多晶硅與溝槽外側的P阱層連接成等電位，或者將溝槽內的導電多晶硅同時與溝槽外側的N+注入?yún)^(qū)及P阱層連接成等電位，溝槽頂部的槽口由絕緣介質覆蓋，以此構成溝槽型導電多晶硅的截止環(huán)。2、根據(jù)權利要求l所述的深溝槽大功率N型MOS器件，其特征在于所述單胞陣列的溝槽導電多晶硅向保護環(huán)與單胞陣列之間的區(qū)域延伸，延伸端為一個直徑大于溝槽寬度的圓形引線終端，或者邊長大于溝槽寬度的多邊形引線終端，柵電極引線孔開設在該引線終端位置上，使金屬連線直接與溝槽導電多晶硅相連。3、根據(jù)權利要求2所述的深溝槽大功率N型MOS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，硬掩膜生長；第二步，深溝槽刻蝕；第三步,柵氧化/多晶淀積；第四步，多晶硅刻蝕；第五步，P阱層注入；第六步，源極光刻；第七步，層間介質淀積；第八步，孔光刻/刻蝕；第九步，鋁金屬淀積/光刻/刻蝕;第十步，鈍化層淀積/光刻/刻蝕。全文摘要本發(fā)明涉及一種深溝槽大功率MOS器件及其制造方法。這種MOS器件在俯視平面上，中心區(qū)設有并聯(lián)單胞組成的陣列，單胞陣列的外圍設有終端保護結構，終端保護結構由位于內圈的至少一個保護環(huán)和位于外圈的一個截止環(huán)組成，由于保護環(huán)和截止環(huán)均采用溝槽型導電多晶硅，在器件制造過程中，單胞柵電極引線采用直接在溝槽多晶硅上開孔引線，因此與現(xiàn)有普通平面式場板結構的深溝槽大功率MOS器件制造方法相比，在不影響器件性能的前提下，減少了兩塊光刻版及相應工藝，大大降低制造成本。文檔編號H01L29/66GK101211981SQ20071030246公開日2008年7月2日申請日期2007年12月22日優(yōu)先權日2007年12月22日發(fā)明者朱袁正,秦旭光申請人:蘇州硅能半導體科技股份有限公司