溝槽功率器件結構及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種溝槽功率器件結構及其制造方法，溝槽功率器件結構包括有源區和終端兩部分，有源區和終端都位于一個基片上，有源區包括體區、源區、接觸孔、有源區溝槽、第一隔離層、源極金屬層，終端包括終端溝槽、第二隔離層、阻擋層、柵極金屬層，接觸孔位于體區和源區之間，第一隔離層位于有源區溝槽的上方，源極金屬層位于體區的上方、源區的上方、第一隔離層的上方、第二隔離層部分的上方，第二隔離層位于終端溝槽的上方，阻擋層位于終端溝槽內及外圍，柵極金屬層位于第二隔離層另一部分的上方。本發明專利技術的工藝簡單，成本低廉，占用尺寸少，耐壓適應范圍寬，漏電小以及性能穩定。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種半導體器件結構及其制造方法，尤其涉及一種。
技術介紹
金屬氧化物半導體場效應管(M0SFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及超勢壘二極管(SBD)等是幾種最為重要的功率器件。在工業電子，家電業以及消費電子諸領域都有它們的用武之地。開關電源電路，整流電路以及驅動電路中都離不開它們的身影。功率器件要求正向大電流，反向大電壓。自從功率器件專利技術起，提高其反向耐壓能力就成為一個重要課題。功率器件的耐壓能力由兩部分組成:一是有源區耐壓，二是終端耐壓，其中任何一方耐壓不夠，就沒辦法滿足要求。有源區的耐壓問題相對比較簡單，只要選擇合適的材料與工藝就能實現。而終端耐壓則不然，它不僅與材料和工藝有關，還和器件的終端結構有關，所以需要做特殊處理。如圖1所示，為不做任何改進的終端結構，由于第一等勢面20彎曲，電場匯集，抬高局部電場，致使耐壓降低，容易擊穿。于是便出現了很多新結構以提高終端耐壓能力，比如:L0C0S結構、分壓環結構、場板結構、溝槽隔離結構以及幾種組合結構等。以上所提及的改進結構，其基本思路無外乎增大等勢面曲率半徑，以達到降低表面電場或結電場的作用。如今，人們采取以上所述的終端結構或其中幾個的組合結構，設計出許多符合要求的功率器件，但總體來講，每個終端結構都有其不足之處。本專利技術以分壓環結構為例作詳細說明，其余結構的不足之處不再做詳細說明。圖2給出一種分壓環結構，分壓環結構的基本思想也是終端增加一個或多個P區域使第二等勢面21外延，增加等勢面曲率半徑，分散電場以達到提高耐壓的目的，但其缺點也比較明顯，主要有以下幾點:一是工藝較為復雜，成本較高，至少需要五塊光刻版才能制作出一個完整的MOSFET或IGBT ;二是占用尺寸大，比如制作一個30V器件需要40um以上的終端尺寸；三是尺寸大小需要根據耐壓的高低而調整，比如30V器件需要40um的終端尺寸，而1200V就需要400um以上的終端尺寸；四是漏電流大；五是易受外界環境影響，外界環境的變化會引起器件性能的改變，所以沒辦法保證器件性能的一致性與穩定性。
技術實現思路
有鑒于現有技術的上述缺陷，本專利技術所要解決的技術問題是提供一種，其工藝簡單，成本低廉，占用尺寸少，耐壓適應范圍寬，漏電小以及性倉急為實現上述目的，本專利技術提供了一種溝槽功率器件結構，其特征在于，所述溝槽功率器件結構包括有源區和終端兩部分，有源區和終端都位于一個基片上，有源區包括體區、源區、接觸孔、有源區溝槽、第一隔離層、源極金屬層，終端包括終端溝槽、第二隔離層、阻擋層、柵極金屬層，接觸孔位于體區和源區之間，第一隔離層位于有源區溝槽的上方，源極金屬層位于體區的上方、源區的上方、第一隔離層的上方、第二隔離層部分的上方，第二隔離層位于終端溝槽的上方，阻擋層位于終端溝槽內及外圍，柵極金屬層位于第二隔離層另一部分的上方。優選地，所述溝槽功率器件結構的形狀是條形或多邊形。本專利技術還提供一種溝槽功率器件結構的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟:步驟一，在基片上淀積或熱生長硬掩膜，通過光刻和刻蝕工藝形成有源區溝槽與終端溝槽；步驟二，濕法或干法完全去除硬掩膜，有源區溝槽內及外圍、終端溝槽內及外圍都淀積或熱生長一層阻擋層；步驟三，第二層光刻以打開有源區，通過濕法或干法全部刻蝕掉有源區的阻擋層，保留終端的阻擋層；步驟四，源區溝槽填充第一柵氧與多晶硅作為柵極的導電材料，終端溝槽內填充第二柵氧與多晶硅作為柵極的導電材料；步驟五，有源區上形成體區與源區；步驟六，有源區溝槽內及外圍形成第一隔離層，終端溝槽內及外圍形成第二隔離層，第一隔離層和第二隔離層之間形成一個接觸孔；步驟七，第一隔離層的上方、體區的上方、源區的上方、第二隔離層的上方沉積一層源極金屬層和一層柵極金屬層。優選地，所述硬掩膜為厚度為2000A-20000A的物質層。優選地，所述步驟一先進行第一層光刻形成有源區溝槽的圖形與終端溝槽的圖形，硬掩膜濕法或干法刻蝕到基片表面，溝槽干法刻蝕，有源區溝槽的底部與終端溝槽的底部都圓滑刻蝕。優選地，所述第一柵氧與多晶硅的材料和第二柵氧與多晶硅的材料是一樣的，第一柵氧和第二柵氧都通過熱生長工藝形成的，多晶硅是淀積形成的且淀積到源區溝槽的表面水平位置、終端溝槽的表面水平位置。優選地，所述第一柵氧的厚度和第二柵氧的厚度都一樣，都為50A-3000A。優選地，所述步驟六的第一隔離層和第二隔離層都是淀積或熱過長厚度為2000A-20000A的氧化層形成的，通過第三層光刻形成接觸孔，濕法或干法刻蝕隔離層到基片表面，干法刻蝕基片0.3um — lum。本專利技術的有益效果是:一、工藝簡單，成本低，只用到四塊光刻版就可以完成MOSFET 與 IGBT 制作。二、終端尺寸小。如圖 3 所示為 30V NMOS TFSCTrench Field Stop,溝槽場截止)終端圖，IOum的終端就能實現30V耐壓，而傳統技術要實現同等性能，尺寸至少為40um，所以TFS技術僅占傳統的1/4，甚至可以做到更小。三、漏電小。如圖4所示，上面的線條為傳統終端結構計算的30VM0SFET的擊穿電壓曲線，下面的線條為TFS的擊穿曲線。從圖中明顯看出，相同條件下，TFS結構比傳統結構的漏電低至少一個數量級。四、耐壓能力更強，如圖4所示，相同條件下，傳統技術在34V擊穿，而TFS到40V擊穿。五、可靠性能好，因為終止電場是橫向垂直溝槽，與表面電荷無關，所以不需要做鈍化保護就能實現高可靠性。附圖說明圖1是現有的終端結構的結構示意圖。圖2是現有的分壓環結構的結構示意圖。圖3是本專利技術溝槽功率器件中終端尺寸的示意圖。圖4是本專利技術溝槽功率器件中漏電實驗的示意圖。圖5是本專利技術溝槽功率器件的結構示意圖。圖6是沿圖5的B-B方向的剖面圖。圖7是本專利技術形成源區溝槽與終端溝槽的示意圖。圖8是本專利技術形成阻擋層的示意圖。圖9是本專利技術刻蝕掉有源區的阻擋層的示意圖。圖10是本專利技術填充第一柵氧與多晶硅的示意圖。圖11是本專利技術形成體區與源區的示意圖。圖12是本專利技術形成第一隔離層和第二隔離層的示意圖。圖13是沿圖5的A-A方向的剖面圖，為本專利技術形成源極金屬層和柵極金屬層的示意圖。具體實施例方式以下將結合附圖對本專利技術的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本專利技術的目的、特征和效果。如圖5、圖6、圖13所示，本專利技術溝槽功率器件包括有源區和終端兩部分(以一種功率器件MOSFET為例)，有源區和終端都位于一個基片上，有源區包括體區、源區、接觸孔、有源區溝槽、第一隔離層、源極金屬層，終端包括終端溝槽、第二隔離層、阻擋層、柵極金屬層，接觸孔位于體區和源區之間，第一隔離層位于有源區溝槽的上方，源極金屬層位于體區的上方、源區的上方、第一隔離層的上方、第二隔離層部分的上方，第二隔離層位于終端溝槽的上方，阻擋層位于終端溝槽內及外圍，柵極金屬層位于第二隔離層另一部分的上方。本專利技術溝槽功率器件結構的形狀可以是條形或多邊形等，可以根據需要更改為任意形狀，本專利技術列舉了一種四邊形結構。本專利技術溝槽功率器件有源區可以參考傳統的結構，以一定寬度的源區溝槽形成四條邊，里面熱生長一層柵氧并填充多晶硅作為柵極的導電材料，溝槽所包圍的硅材料表面分別形成體區和源區并接著形成隔離層，最后形成接觸孔與金屬電極層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種溝槽功率器件結構，其特征在于，所述溝槽功率器件結構包括有源區和終端兩部分，有源區和終端都位于一個基片上，有源區包括體區、源區、接觸孔、有源區溝槽、第一隔離層、源極金屬層，終端包括終端溝槽、第二隔離層、阻擋層、柵極金屬層，接觸孔位于體區和源區之間，第一隔離層位于有源區溝槽的上方，源極金屬層位于體區的上方、源區的上方、第一隔離層的上方、第二隔離層部分的上方，第二隔離層位于終端溝槽的上方，阻擋層位于終端溝槽內及外圍，柵極金屬層位于第二隔離層另一部分的上方。

【技術特征摘要】
1.一種溝槽功率器件結構，其特征在于，所述溝槽功率器件結構包括有源區和終端兩部分，有源區和終端都位于一個基片上，有源區包括體區、源區、接觸孔、有源區溝槽、第一隔離層、源極金屬層，終端包括終端溝槽、第二隔離層、阻擋層、柵極金屬層，接觸孔位于體區和源區之間，第一隔離層位于有源區溝槽的上方，源極金屬層位于體區的上方、源區的上方、第一隔離層的上方、第二隔離層部分的上方，第二隔離層位于終端溝槽的上方，阻擋層位于終端溝槽內及外圍，柵極金屬層位于第二隔離層另一部分的上方。2.如權利要求1所述的溝槽功率器件結構，其特征在于，所述溝槽功率器件結構的形狀是條形或多邊形。3.一種溝槽功率器件結構的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟:步驟一，在基片上淀積或熱生長硬掩膜，通過光刻和刻蝕工藝形成有源區溝槽與終端溝槽；步驟二，濕法或干法完全去除硬掩膜，有源區溝槽內及外圍、終端溝槽內及外圍都淀積或熱生長一層阻擋層；步驟三，第二層光刻以打開有源區，通過濕法或干法全部刻蝕掉有源區的阻擋層，保留終端的阻擋層；步驟四，源區溝槽填充第一柵氧與多晶硅作為柵極的導電材料，終端溝槽內填充第二柵氧與多晶硅作為柵極的導電材料；步驟五，有源區上形成體區與源區；步驟六，有源區溝槽內及外圍形成第一隔離層，終端溝槽內及外圍形成第二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫效中，王凡，張朝陽，程義川，
申請(專利權)人：上海寶芯源功率半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：