[发明专利]沟槽功率MOS器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率MOS器件及其制造方法，尤其是一种沟槽功率MOS器件及其制造方法，属于功率半导体器件的技术领域。

背景技术

沟槽功率MOS器件具有集成度高、导通电阻低、开关速度快、开关损耗小的特点，广泛应用于各类电源管理及开关转换。随着工业的发展，全球变暖导致气候环境越来越恶劣，各国开始越来越重视节能减碳和可持续发展，因此对于功率MOS器件的功耗及其转换效率要求越来越高，在应用频率不高的情况下，功耗主要由导通损耗决定，导通损耗主要受制于特征导通电阻大小的影响；其中，特征导通电阻越小，导通损耗越小。

降低特征导通电阻的有效方法之一是通过提高元胞密度，增加单位面积总有效宽度，从而达到降低特征导通电阻的目的。提高元胞密度即需降低相邻元胞间距（pitch），目前现有国内外量产的最小pitch在1.0μm左右，现有技术再向下降低受制于光刻工艺能力和光刻机对位精度，光刻工艺能力主要指能曝光出最小的沟槽线宽和接触孔线宽，对位精度主要指孔曝光时孔与元胞沟槽的对位精度。目前国内量产工艺能曝光并能保持刻蚀后形貌良好的最小元胞沟槽线宽约0.25μm，最终刻蚀并制作牺牲氧化层和绝缘栅氧化层后，沟槽线宽约0.4μm，国内量产能曝光并能保持刻蚀后形貌良好的最小元胞接触孔线宽约0.25μm，248nmDUV 光刻机对位精度在60nm左右，为保证足够工艺窗口，元胞接触孔到最终做完绝缘栅氧化层元胞沟槽的间距至少为0.09μm，这样现有技术工艺，最小能达到的pitch约为0.83μm，很难进一步降低。

因此，如何通过改进器件设计，克服工艺能力局限，来提高元胞密度，降低导通电阻成为本技术领域技术人员的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种沟槽功率MOS器件及其制造方法，其结构紧凑，元胞密度仅受制于元胞沟槽的最小线宽和间距，工艺上，源极接触孔刻蚀采用自对准工艺，不受制于接触孔线宽和孔到元胞沟槽的对位精度，元胞密度可从常规工艺的0.645G个单胞结构/inch2提升到2.133G个单胞结构/inch2，可大幅度降低MOS器件沟道电阻，从而降低整个器件的特征导通电阻。

按照本发明提供的技术方案，所述沟槽功率MOS器件，在所述功率MOS器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的元胞区以及终端保护区，所述元胞区位于半导体基板的中心区，终端保护区环绕包围所述元胞区；在所述功率MOS器件的截面上，半导体基板包括位于上部的第一导电类型外延层以及位于下部的第一导电类型漏极区，所述第一导电类型漏极区与第一导电类型外延层邻接；

在元胞区内，第一导电类型外延层内的上部设有第二导电类型阱层，元胞区内包括若干并联设置的元胞，元胞区内的元胞采用沟槽结构，元胞沟槽位于第二导电类型阱层，深度伸入第二导电类型阱层下方的第一导电类型外延层内，相邻元胞沟槽的侧壁上方设有第一导电类型源极区，所述第一导电类型源极区位于第二导电类型阱层内的上部且与元胞沟槽的侧壁相接触；其特征是：

在所述功率MOS器件的截面上，元胞沟槽的内壁以及底部生长有栅氧化层，在所述生长有栅氧化层的元胞沟槽内淀积有导电多晶硅；在元胞沟槽的槽口设置热氧化层，所述热氧化层覆盖元胞沟槽侧壁的栅氧化层以及元胞沟槽槽口下方的导电多晶硅，在热氧化层上沉积有绝缘介质层，所述绝缘介质层以及热氧化层仅且分布于元胞沟槽的槽口；

在所述功率MOS器件的截面上，在第二导电类型阱层上方设有源极接触孔，所述源极接触孔从第一导电类型源极区向下延伸进入第二导电类型阱层内，在源极接触孔内填充有源极金属，所述源极金属与第一导电类型源极区、第二导电类型阱层均欧姆接触，且源极金属与元胞沟槽内的导电多晶硅通过绝缘介质层以及热氧化层相绝缘隔离。

所述第一导电类型外延层包括第一导电类型第一外延层及第一导电类型第二外延层，第一导电类型第一外延层位于第一导电类型第二外延层与第一导电类型漏极区间，且第一导电类型第一外延层邻接第一导电类型漏极区及第一导电类型第二外延层；第二导电类型阱层位于第一导电类型第二外延层内的上部；元胞沟槽的深度伸入第一导电类型第二外延层或第一导电类型第一外延层内。

以分布于元胞沟槽槽口内的热氧化层以及绝缘介质层作为遮挡掩蔽层，采用自对准刻蚀工艺，得到源极接触孔。

一种沟槽功率MOS器件的制造方法，所述功率MOS器件的制造方法包括如下步骤：