一种优化终端结构的沟槽型半导体器件及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件及制作方法，其特征在于：第一导电类型外延层上设有至少一个第二类沟槽，第二类沟槽两侧第一导电类型外延层的表面依次设有第二导电类型体区和绝缘介质层，第一类沟槽与第二类沟槽间的第二导电类型体区内设有重掺杂第二导电类型源区，源极金属穿过绝缘介质层上的通孔与所述重掺杂第二导电类型源区接触，第二类沟槽内设有一层氧化层，在沟槽侧壁的氧化层上覆盖有多晶硅，且侧壁的多晶硅间通过绝缘介质层绝缘，第二类沟槽下方设有第二导电类型阱区；本发明专利技术制造方法与现有半导体工艺兼容，且减少了光刻板数量，减小了终端的宽度，降低了制造成本，同时通过优化终端结构提高了器件的耐压能力。

Trench type semiconductor device for optimizing terminal structure and manufacturing method thereof

The invention relates to a terminal structure optimization of trench type power semiconductor device and manufacturing method thereof, which is characterized in that the first conductive type epitaxial layer is provided with at least one of second types of second kinds of surface groove, groove on both sides of first conductivity type epitaxial layer are arranged on the second conductive type body and an insulating medium layer, a second conductive heavy doping the type of the source region of the second conductivity type body region first grooves and the second grooves between classes within the source metal through the insulating hole on the dielectric layer and the second conductive contact type heavily doped source region, second kinds of groove is provided with a layer of oxide layer, a polysilicon oxide layer covered on the side wall of the trench. And the side wall of the polysilicon through the insulating layer of insulation, second kinds of groove is arranged below the second conductivity type well region; the invention is compatible with the existing semiconductor technology manufacturing method, The number of the lithographic plate is reduced, the width of the terminal is reduced, the manufacturing cost is reduced, and the voltage resistance of the device is improved by optimizing the terminal structure.

【技术实现步骤摘要】
一种优化终端结构的沟槽型半导体器件及制造方法
本专利技术涉及一种半导体器件及制造方法，尤其是一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件及制造方法，属于半导体器件的制造

技术介绍
在功率半导体器件领域，沟槽型金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET）相比于平面型MOSFET，能够明显提高沟道密度，降低特征导通电阻，因此，沟槽型MOSFET已经被广泛采用。现有的沟槽型MOSFET通常采用场限环结构作为终端结构，如图3所示，所述传统结构的终端保护区附图1中沿A-A’的剖面结构，所述终端保护区包括兼做漏区的第一导电类型硅衬底1，第一导电类型硅衬底1上设有第一导电类型外延层2，在第一类沟槽3与场限环17之间的第一导电类型外延层2的表面设有第二导电类型体区6，第一类沟槽3与场限环17之间的第二导电类型体区6内设有重掺杂第二导电类型源区8，源极金属10通过绝缘介质层9上的通孔与重掺杂第二导电类型源区7在第一类沟槽3与场限环17之间的第二导电类型体区6表面的接触孔内接触，在第一导电类型外延层2上设有至少一个第二导电类型场限环17，第一导电类型外延层2表面设有绝缘介质层9。虽然场限环17结构能够有效提高终端耐压，但是在制作场限环17时，需要额外的光刻板，同时场限环17结构的终端的宽度较大，这两点都会使得器件的制造成本上升。如附图18所示，为使用场限环终端的传统结构击穿时的碰撞电离率在剖视结构上的示意图，器件在承受耐压时，终端保护区只有P型场限环和N型外延层形成的PN结承受耐压，电场几乎集中于场限环17的底部，这样会使局部电场过高，导致器件击穿，击穿点位于终端保护区的场限环17的底部，由于场限环17的底部电场过高，传统结构击穿均发生在终端区域，这对于器件而言是不利的，会限制器件的耐压水平。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种优化终端结构的沟槽型半导体器件及其制造方法，该器件制造方法与现有半导体工艺兼容，且能够减少光刻板的数量，减小终端的宽度，进而降低制造成本，同时通过优化终端结构能提高器件的耐压能力。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件，包括元胞区和终端保护区，所述元胞区位于器件的中心区，所述终端保护区环绕在元胞区的周围，所述元胞区包括若干个元胞单元，所述元胞单元包括半导体基板，所述半导体基板包括第一导电类型衬底及位于第一导电类型衬底上的第一导电类型外延层，所述第一导电类型外延层上设有第一类沟槽，所述第一类沟槽内设有栅氧层，所述栅氧层形成的沟槽内设有由导电多晶硅形成的栅极多晶硅，在相邻两个第一类沟槽间的第一导电类型外延层的表面设有第二导电类型体区，所述第二导电类型体区内设有重掺杂第二导电类型源区和重掺杂第一导电类型源区，且重掺杂第一导电类型源区位于第二导电类型源区的两侧，所述第一类沟槽和第二导电类型体区上方设有绝缘介质层，所述绝缘介质层上设有源极金属与栅极总线金属，所述源极金属穿过绝缘介质层内的通孔与第二导电类型体区内的重掺杂第一导电类型源区、重掺杂第二导电类型源区接触，所述栅极总线金属环绕在源极金属周围；所述终端保护区包括第一导电类型衬底及位于第一导电类型衬底上的第一导电类型外延层，其特征在于：所述第一导电类型外延层上设有至少一个第二类沟槽，所述第二类沟槽两侧的第一导电类型外延层的表面依次设有第二导电类型体区和绝缘介质层，所述第一类沟槽与第二类沟槽间的第二导电类型体区内设有重掺杂第二导电类型源区，所述源极金属穿过绝缘介质层上的通孔与所述重掺杂第二导电类型源区接触，所述第二类沟槽内设有一层氧化层，在氧化层形成的沟槽侧壁上覆盖有多晶硅，且侧壁的多晶硅间通过绝缘介质层绝缘，所述的第二类沟槽下方设有第二导电类型阱区。进一步地，对于N型沟槽型功率半导体器件，所述第一导电类型为N型导电，所述第二导电类型为P型导电；对于P型沟槽型功率半导体器件，所述第一导电类型为P型导电，所述第二导电类型为N型导电。进一步地，所述第二类沟槽的宽度大于第一类沟槽。进一步地，所述第二类沟槽内的多晶硅是浮空的，不需要金属引出。进一步地，所述沟槽型功率半导体器件为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。为了进一步实现以上技术目的，本专利技术还提出一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件的制作方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：提供第一导电类型衬底，在所述第一导电类型衬底上生长第一导电类型外延层，所述第一导电类型外延层的上表面为第一主面，第一导电类型衬底的下表面为第二主面；步骤二：在第一主面上通过第一块光刻板选择性刻蚀出第一类沟槽和第二类沟槽；步骤三：在第一主面表面热生长一层氧化层，在第一类沟槽内的氧化层为栅氧层；步骤四：在氧化层上淀积一层导电多晶硅；步骤五：对导电多晶硅进行刻蚀，在第一类沟槽内形成栅极多晶硅，在第二类沟槽内形成多晶硅；步骤六：在第一主面上注入第二导电类型的杂质，并热退火，在第一类沟槽和第二类沟槽两侧形成第二导电类型体区，在第二类沟槽下方形成第二导电类型阱区；步骤七：在第一主面上，使用第二块光刻板选择性注入第一导电类型杂质，形成重掺杂第一导电类型源区，再淀积一层绝缘介质，形成绝缘介质层；步骤八：使用第三块光刻板选择性刻蚀绝缘介质层，并继续刻蚀硅，形成通孔，在通孔内注入第二导电类型杂质形成重掺杂第二导电型源区；步骤九：在通孔内淀积金属，并使用第四块光刻板选择性刻蚀金属，形成源极金属与栅极总线金属；步骤十：在第二主面上淀积金属，形成漏极金属。进一步地，所述步骤四中导电多晶硅的厚度小于第二类沟槽的宽度，所述步骤五中第二类沟槽两侧侧壁上多晶硅的总厚度小于第二类沟槽的宽度。进一步地，所述步骤六还可以为：步骤一.在第一主面上第一次注入第二导电类型的杂质，并淀积一层绝缘介质；步骤二.刻蚀第一主面表面的绝缘介质，使第二类沟槽中仍填满绝缘介质；步骤三.第二次注入第二导电类型的杂质，并热退火，在第一类沟槽和第二类沟槽两侧形成第二导电类型体区，在第二类沟槽下方形成第二导电类型阱区；与传统功率半导体器件相比，本专利技术具有以下优点：1)与传统带有场限环终端的沟槽型MOSFET的制备方法相比，本专利技术提出的制备方法减少了一块光刻板，节省了生产成本；第二导电类型阱区中的杂质离子是通过第二类沟槽中的多晶硅进行自对准注入，由于第二类沟槽中的多晶硅的阻挡，第二导电类型的杂质只能注入第二类沟槽中的两个多晶硅间的空隙，经过热退火可以形成第二类沟槽底部的场限环，即第二导电类型阱区；2）本专利技术相比于带有场限环终端的沟槽型MOSFET提高了终端耐压，减小了终端宽度；在第二类沟槽中存在两块互相绝缘的浮空多晶硅，在第二类沟槽底部存在第二导电类型阱区，在本专利技术器件结构耐压时，浮空多晶硅与第二导电类型阱区能够起到显著的分散电场的作用，单个第二类沟槽能够承担的耐压比单个场限环高，因此本专利技术提高了终端区域耐压能力，同时减小了终端宽度。附图说明附图1为本专利技术实施例1和传统结构的俯视平面图。附图2为本专利技术实施例1在附图1中沿A-A’的剖面结构示意图。附图3为传统结构在附图1中沿A-A’本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件，包括元胞区和终端保护区，所述元胞区位于器件的中心区，所述终端保护区环绕在元胞区的周围，所述元胞区包括若干个元胞单元，所述元胞单元包括半导体基板，所述半导体基板包括第一导电类型衬底（1）及位于第一导电类型衬底（1）上的第一导电类型外延层（2），所述第一导电类型外延层（2）上设有第一类沟槽（3），所述第一类沟槽（3）内设有栅氧层（4），所述栅氧层（4）形成的沟槽内设有由导电多晶硅形成的栅极多晶硅（5），在相邻两个第一类沟槽（3）间的第一导电类型外延层（2）的表面设有第二导电类型体区（6），所述第二导电类型体区（6）内设有重掺杂第二导电类型源区（7）和重掺杂第一导电类型源区（8），且重掺杂第一导电类型源区（8）位于第二导电类型源区（7）的两侧，所述第一类沟槽（3）和第二导电类型体区（6）上方设有绝缘介质层（9），所述绝缘介质层（9）上设有源极金属（10）与栅极总线金属（14），所述源极金属（10）穿过绝缘介质层（9）内的通孔与第二导电类型体区（6）内的重掺杂第一导电类型源区（8）、重掺杂第二导电类型源区（7）接触，所述栅极总线金属（14）环绕在源极金属（10）周围，所述第一导电类型衬底（1）下放设有漏极金属（15）；所述终端保护区包括第一导电类型衬底（1）及位于第一导电类型衬底（1）上的第一导电类型外延层（2），其特征在于：所述第一导电类型外延层（2）上设有至少一个第二类沟槽（11），所述第二类沟槽（11）两侧的第一导电类型外延层（2）的表面依次设有第二导电类型体区（6）和绝缘介质层（9），所述第一类沟槽（3）与第二类沟槽（11）间的第二导电类型体区（6）内设有重掺杂第二导电类型源区（7），所述源极金属（10）穿过绝缘介质层（9）上的通孔与所述重掺杂第二导电类型源区（7）接触，所述第二类沟槽（11）内设有氧化层（16），在氧化层（16）形成的沟槽侧壁上覆盖有多晶硅（12），且侧壁的多晶硅（12）间通过绝缘介质层（9）绝缘，所述的第二类沟槽（11）下方设有第二导电类型阱区（13）。...

【技术特征摘要】
1.一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件，包括元胞区和终端保护区，所述元胞区位于器件的中心区，所述终端保护区环绕在元胞区的周围，所述元胞区包括若干个元胞单元，所述元胞单元包括半导体基板，所述半导体基板包括第一导电类型衬底（1）及位于第一导电类型衬底（1）上的第一导电类型外延层（2），所述第一导电类型外延层（2）上设有第一类沟槽（3），所述第一类沟槽（3）内设有栅氧层（4），所述栅氧层（4）形成的沟槽内设有由导电多晶硅形成的栅极多晶硅（5），在相邻两个第一类沟槽（3）间的第一导电类型外延层（2）的表面设有第二导电类型体区（6），所述第二导电类型体区（6）内设有重掺杂第二导电类型源区（7）和重掺杂第一导电类型源区（8），且重掺杂第一导电类型源区（8）位于第二导电类型源区（7）的两侧，所述第一类沟槽（3）和第二导电类型体区（6）上方设有绝缘介质层（9），所述绝缘介质层（9）上设有源极金属（10）与栅极总线金属（14），所述源极金属（10）穿过绝缘介质层（9）内的通孔与第二导电类型体区（6）内的重掺杂第一导电类型源区（8）、重掺杂第二导电类型源区（7）接触，所述栅极总线金属（14）环绕在源极金属（10）周围，所述第一导电类型衬底（1）下放设有漏极金属（15）；所述终端保护区包括第一导电类型衬底（1）及位于第一导电类型衬底（1）上的第一导电类型外延层（2），其特征在于：所述第一导电类型外延层（2）上设有至少一个第二类沟槽（11），所述第二类沟槽（11）两侧的第一导电类型外延层（2）的表面依次设有第二导电类型体区（6）和绝缘介质层（9），所述第一类沟槽（3）与第二类沟槽（11）间的第二导电类型体区（6）内设有重掺杂第二导电类型源区（7），所述源极金属（10）穿过绝缘介质层（9）上的通孔与所述重掺杂第二导电类型源区（7）接触，所述第二类沟槽（11）内设有氧化层（16），在氧化层（16）形成的沟槽侧壁上覆盖有多晶硅（12），且侧壁的多晶硅（12）间通过绝缘介质层（9）绝缘，所述的第二类沟槽（11）下方设有第二导电类型阱区（13）。2.根据权利要求1所述的一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件，其特征在于：对于N型沟槽型功率半导体器件，所述第一导电类型为N型导电，所述第二导电类型为P型导电；对于P型沟槽型功率半导体器件，所述第一导电类型为P型导电，所述第二导电类型为N型导电。3.根据权利要求1所述的一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件，其特征在于：所述第二类沟槽（11）的宽度大于第一类沟槽（3）。4.根据权利要求1所述的一种优化终端结构的沟槽型功率半导体器件，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，周锦程，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32