沟槽功率器件结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种沟槽功率器件结构及其制造方法，沟槽功率器件结构包括有源区和终端两部分，有源区和终端都位于一个基片上，有源区包括体区、源区、接触孔、有源区沟槽、第一隔离层、源极金属层，终端包括终端沟槽、第二隔离层、阻挡层、栅极金属层，接触孔位于体区和源区之间，第一隔离层位于有源区沟槽的上方，源极金属层位于体区的上方、源区的上方、第一隔离层的上方、第二隔离层部分的上方，第二隔离层位于终端沟槽的上方，阻挡层位于终端沟槽内及外围，栅极金属层位于第二隔离层另一部分的上方。本发明专利技术的工艺简单，成本低廉，占用尺寸少，耐压适应范围宽，漏电小以及性能稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件结构及其制造方法，尤其涉及一种。
技术介绍
金属氧化物半导体场效应管(M0SFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及超势垒二极管(SBD)等是几种最为重要的功率器件。在工业电子，家电业以及消费电子诸领域都有它们的用武之地。开关电源电路，整流电路以及驱动电路中都离不开它们的身影。功率器件要求正向大电流，反向大电压。自从功率器件专利技术起，提高其反向耐压能力就成为一个重要课题。功率器件的耐压能力由两部分组成:一是有源区耐压，二是终端耐压，其中任何一方耐压不够，就没办法满足要求。有源区的耐压问题相对比较简单，只要选择合适的材料与工艺就能实现。而终端耐压则不然，它不仅与材料和工艺有关，还和器件的终端结构有关，所以需要做特殊处理。如图1所示，为不做任何改进的终端结构，由于第一等势面20弯曲，电场汇集，抬高局部电场，致使耐压降低，容易击穿。于是便出现了很多新结构以提高终端耐压能力，比如:L0C0S结构、分压环结构、场板结构、沟槽隔离结构以及几种组合结构等。以上所提及的改进结构，其基本思路无外乎增大等势面曲率半径，以达到降低表面电场或结电场的作用。如今，人们采取以上所述的终端结构或其中几个的组合结构，设计出许多符合要求的功率器件，但总体来讲，每个终端结构都有其不足之处。本专利技术以分压环结构为例作详细说明，其余结构的不足之处不再做详细说明。图2给出一种分压环结构，分压环结构的基本思想也是终端增加一个或多个P区域使第二等势面21外延，增加等势面曲率半径，分散电场以达到提高耐压的目的，但其缺点也比较明显，主要有以下几点:一是工艺较为复杂，成本较高，至少需要五块光刻版才能制作出一个完整的MOSFET或IGBT ;二是占用尺寸大，比如制作一个30V器件需要40um以上的终端尺寸；三是尺寸大小需要根据耐压的高低而调整，比如30V器件需要40um的终端尺寸，而1200V就需要400um以上的终端尺寸；四是漏电流大；五是易受外界环境影响，外界环境的变化会引起器件性能的改变，所以没办法保证器件性能的一致性与稳定性。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，其工艺简单，成本低廉，占用尺寸少，耐压适应范围宽，漏电小以及性倉急为实现上述目的，本专利技术提供了一种沟槽功率器件结构，其特征在于，所述沟槽功率器件结构包括有源区和终端两部分，有源区和终端都位于一个基片上，有源区包括体区、源区、接触孔、有源区沟槽、第一隔离层、源极金属层，终端包括终端沟槽、第二隔离层、阻挡层、栅极金属层，接触孔位于体区和源区之间，第一隔离层位于有源区沟槽的上方，源极金属层位于体区的上方、源区的上方、第一隔离层的上方、第二隔离层部分的上方，第二隔离层位于终端沟槽的上方，阻挡层位于终端沟槽内及外围，栅极金属层位于第二隔离层另一部分的上方。优选地，所述沟槽功率器件结构的形状是条形或多边形。本专利技术还提供一种沟槽功率器件结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤:步骤一，在基片上淀积或热生长硬掩膜，通过光刻和刻蚀工艺形成有源区沟槽与终端沟槽；步骤二，湿法或干法完全去除硬掩膜，有源区沟槽内及外围、终端沟槽内及外围都淀积或热生长一层阻挡层；步骤三，第二层光刻以打开有源区，通过湿法或干法全部刻蚀掉有源区的阻挡层，保留终端的阻挡层；步骤四，源区沟槽填充第一栅氧与多晶硅作为栅极的导电材料，终端沟槽内填充第二栅氧与多晶硅作为栅极的导电材料；步骤五，有源区上形成体区与源区；步骤六，有源区沟槽内及外围形成第一隔离层，终端沟槽内及外围形成第二隔离层，第一隔离层和第二隔离层之间形成一个接触孔；步骤七，第一隔离层的上方、体区的上方、源区的上方、第二隔离层的上方沉积一层源极金属层和一层栅极金属层。优选地，所述硬掩膜为厚度为2000A-20000A的物质层。优选地，所述步骤一先进行第一层光刻形成有源区沟槽的图形与终端沟槽的图形，硬掩膜湿法或干法刻蚀到基片表面，沟槽干法刻蚀，有源区沟槽的底部与终端沟槽的底部都圆滑刻蚀。优选地，所述第一栅氧与多晶硅的材料和第二栅氧与多晶硅的材料是一样的，第一栅氧和第二栅氧都通过热生长工艺形成的，多晶硅是淀积形成的且淀积到源区沟槽的表面水平位置、终端沟槽的表面水平位置。优选地，所述第一栅氧的厚度和第二栅氧的厚度都一样，都为50A-3000A。优选地，所述步骤六的第一隔离层和第二隔离层都是淀积或热过长厚度为2000A-20000A的氧化层形成的，通过第三层光刻形成接触孔，湿法或干法刻蚀隔离层到基片表面，干法刻蚀基片0.3um — lum。本专利技术的有益效果是:一、工艺简单，成本低，只用到四块光刻版就可以完成MOSFET 与 IGBT 制作。二、终端尺寸小。如图 3 所示为 30V NMOS TFSCTrench Field Stop,沟槽场截止)终端图，IOum的终端就能实现30V耐压，而传统技术要实现同等性能，尺寸至少为40um，所以TFS技术仅占传统的1/4，甚至可以做到更小。三、漏电小。如图4所示，上面的线条为传统终端结构计算的30VM0SFET的击穿电压曲线，下面的线条为TFS的击穿曲线。从图中明显看出，相同条件下，TFS结构比传统结构的漏电低至少一个数量级。四、耐压能力更强，如图4所示，相同条件下，传统技术在34V击穿，而TFS到40V击穿。五、可靠性能好，因为终止电场是横向垂直沟槽，与表面电荷无关，所以不需要做钝化保护就能实现高可靠性。附图说明图1是现有的终端结构的结构示意图。图2是现有的分压环结构的结构示意图。图3是本专利技术沟槽功率器件中终端尺寸的示意图。图4是本专利技术沟槽功率器件中漏电实验的示意图。图5是本专利技术沟槽功率器件的结构示意图。图6是沿图5的B-B方向的剖面图。图7是本专利技术形成源区沟槽与终端沟槽的示意图。图8是本专利技术形成阻挡层的示意图。图9是本专利技术刻蚀掉有源区的阻挡层的示意图。图10是本专利技术填充第一栅氧与多晶硅的示意图。图11是本专利技术形成体区与源区的示意图。图12是本专利技术形成第一隔离层和第二隔离层的示意图。图13是沿图5的A-A方向的剖面图，为本专利技术形成源极金属层和栅极金属层的示意图。具体实施例方式以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。如图5、图6、图13所示，本专利技术沟槽功率器件包括有源区和终端两部分(以一种功率器件MOSFET为例)，有源区和终端都位于一个基片上，有源区包括体区、源区、接触孔、有源区沟槽、第一隔离层、源极金属层，终端包括终端沟槽、第二隔离层、阻挡层、栅极金属层，接触孔位于体区和源区之间，第一隔离层位于有源区沟槽的上方，源极金属层位于体区的上方、源区的上方、第一隔离层的上方、第二隔离层部分的上方，第二隔离层位于终端沟槽的上方，阻挡层位于终端沟槽内及外围，栅极金属层位于第二隔离层另一部分的上方。本专利技术沟槽功率器件结构的形状可以是条形或多边形等，可以根据需要更改为任意形状，本专利技术列举了一种四边形结构。本专利技术沟槽功率器件有源区可以参考传统的结构，以一定宽度的源区沟槽形成四条边，里面热生长一层栅氧并填充多晶硅作为栅极的导电材料，沟槽所包围的硅材料表面分别形成体区和源区并接着形成隔离层，最后形成接触孔与金属电极层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽功率器件结构，其特征在于，所述沟槽功率器件结构包括有源区和终端两部分，有源区和终端都位于一个基片上，有源区包括体区、源区、接触孔、有源区沟槽、第一隔离层、源极金属层，终端包括终端沟槽、第二隔离层、阻挡层、栅极金属层，接触孔位于体区和源区之间，第一隔离层位于有源区沟槽的上方，源极金属层位于体区的上方、源区的上方、第一隔离层的上方、第二隔离层部分的上方，第二隔离层位于终端沟槽的上方，阻挡层位于终端沟槽内及外围，栅极金属层位于第二隔离层另一部分的上方。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽功率器件结构，其特征在于，所述沟槽功率器件结构包括有源区和终端两部分，有源区和终端都位于一个基片上，有源区包括体区、源区、接触孔、有源区沟槽、第一隔离层、源极金属层，终端包括终端沟槽、第二隔离层、阻挡层、栅极金属层，接触孔位于体区和源区之间，第一隔离层位于有源区沟槽的上方，源极金属层位于体区的上方、源区的上方、第一隔离层的上方、第二隔离层部分的上方，第二隔离层位于终端沟槽的上方，阻挡层位于终端沟槽内及外围，栅极金属层位于第二隔离层另一部分的上方。2.如权利要求1所述的沟槽功率器件结构，其特征在于，所述沟槽功率器件结构的形状是条形或多边形。3.一种沟槽功率器件结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤:步骤一，在基片上淀积或热生长硬掩膜，通过光刻和刻蚀工艺形成有源区沟槽与终端沟槽；步骤二，湿法或干法完全去除硬掩膜，有源区沟槽内及外围、终端沟槽内及外围都淀积或热生长一层阻挡层；步骤三，第二层光刻以打开有源区，通过湿法或干法全部刻蚀掉有源区的阻挡层，保留终端的阻挡层；步骤四，源区沟槽填充第一栅氧与多晶硅作为栅极的导电材料，终端沟槽内填充第二栅氧与多晶硅作为栅极的导电材料；步骤五，有源区上形成体区与源区；步骤六，有源区沟槽内及外围形成第一隔离层，终端沟槽内及外围形成第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙效中，王凡，张朝阳，程义川，
申请(专利权)人：上海宝芯源功率半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：