高速的沟槽MOS器件制造技术

本实用新型专利技术属于半导体功率器件技术领域，具体提供了一种高速的沟槽MOS器件，其将肖特基二极管结构集成在每一个沟槽MOSFET单胞的沟槽中，在MOSFET单胞沟槽的底部形成肖特基接触，从而有效的节约硅表面面积，降低芯片成本。本实用新型专利技术制造工艺简单，成本低，结构新颖，产品性能高和可靠性高，并能有效抑制沟槽MOSFET器件反向恢复的尖峰电压和尖峰电流。

High speed trench MOS device

The utility model belongs to the technical field of semiconductor power devices, in particular to a trench MOS device at high speed, the structure of integrated Schottky diode in every single cell in the groove groove MOSFET, form a Schottky contact in MOSFET cell of the bottom of the trench, save the silicon surface area so as to effectively reduce the chip cost. The utility model has the advantages of simple manufacturing process, low cost, novel structure, high product performance and high reliability, and can effectively suppress the peak voltage and the peak current of the reverse recovery of the trench MOSFET device.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体功率器件
，具体涉及到一种高速的沟槽MOS器件。
技术介绍
沟槽MOS器件广泛应用于功率类电路中，作为开关器件连接电源与负载，但是，如何降低功率损耗和抑制MOS器件自身寄生二极管的反向恢复尖峰电压和反向恢复电流一直是最受关注的议题。尤其以MOS管在直流-直流转换器为例，如图1所示，为应用MOS管作为开关器件的直流-直流转换控制电路原理图。从图中可以看出，沟MOS器件M1(上管)和M2(下管)就是作为该电路的核心开关器件，通过控制芯片来实现直流-直流转换，其中，M1和M2中本身存在寄生二极管D1、D2(由包围源极的P型阱区/漏极构成)，而为有效降低高频开关损耗在M2的源极S与漏极D之间设计了肖特基二极管SBD(如图所示)。该电路工作过程中，M1和M2在某一状态下会同时处于关断状态，为了保证负载得到连续不断的电流供应，M2中的寄生二极管D2开启，但由于肖特基二极管SBD与寄生二极管D2(PN结)相比，具有更低的开启电压(肖特基二极管0.3V左右，PN结二极管0.7V左右)，在M1的源极S与漏极D之间并联一肖特基二极管SBD(如图2所示)，可以有效减小由于高开启电压降造成的损耗。另外，肖特基二极管有更短的反向恢复时间，更可有效降低高频开关过程中的开关损耗，以及抑制开关过程中的寄生二极管的反向恢复电压和反向恢复电流，从而提升效率。以往，为了在沟槽MOSFET器件的源极S与漏极D之间并联一肖特基二极管SBD经历了以下三个阶段：第一阶段是将独立封装的肖特基二极管与独立封装的沟槽MOSFET并联安装在电路板上。缺点是成本高，占用电路板更多面积以及由于较长走线引入寄生电感的影响，带来额外损耗以及EMC和EMI问题。第二阶段是将独立的肖特基芯片与独立的沟槽MOSFET芯片并联封装在同一半导体器件封装内，依靠打线是沟槽MOSFET芯片和肖特基芯片实现并联。缺点依然是成本高，并且对封装要求高，以及封装后整体面积大。第三阶段是将沟槽MOSFET与肖特基二极管设计设计制作在同一芯片中，但是，大多处理沟槽MOSFET与肖特基二极管的方式上都是采用分区设计加区分制作的方案，即存在沟槽MOSFET区和肖特基二极管区，而通过打线实现互联，还是占据了大量的芯片面积和成本。因此存在的缺点总是：1、肖特基二极管结构占用了大量硅表面面积，导致芯片面积大，成本高；2、工艺复杂，导致制造成本高。为了解决上述问题，本技术提供了一种高速的沟槽MOS器件，其具有较高的性能和可靠度，可有效地降低开关损耗和抑制尖峰电压和尖峰电流。
技术实现思路
本技术的一个目的是解决至少一个上述问题或缺陷，并提供至少一个后面将说明的优点。本技术还有一个目的是提供了一种高速的沟槽MOS器件，其在沟槽内部集成肖特基二极管结构，有效地降低了开关损耗。本技术还有一个目的是提供了一种高速的沟槽MOS器件，其制作成本低，达到了节能减排的目的。为了实现根据本技术的这些目的和其它优点，本技术提供了一种高速的沟槽MOS器件，包括第一导电类型漏极区，位于所述第一导电类型漏极区上方的N+单晶硅衬底以及N-外延层，位于所述N-外延层上方的P型阱区层，位于所述P型阱区层上方的N+源极区层，位于所述N+源极区层上方的绝缘介质层，及位于所述绝缘介质层上方的金属区层，还包括：沟槽，其穿过所述P型阱区层，延伸至所述N-外延层的内部；栅氧化层，其包括栅氧化层侧面端和栅氧化层底面端，所述栅氧化层侧面端与所述沟槽的内侧面接触，所述栅氧化层底面端与所述沟槽的部分底面接触；多晶硅层，其与栅氧化层接触，形成多晶硅层侧面端；氧化层，其与所述多晶硅层接触，形成氧化层侧面端；接触金属层，其通过所述绝缘介质层，穿透所述沟槽的底部，延伸至所述第一导电类型的外延层，所述接触金属层与所述氧化层侧面端接触，所述接触金属层包括源极金属电极层和肖特基接触层，所述肖特基接触层与所述N-外延层接触，所述源极金属电极层位于所述肖特基接触层的顶部上方，所述源极金属电极层的顶端连接所述金属区层；接触孔，其设置在所述绝缘介质层上，所述接触孔穿过所述绝缘介质层，延伸至所述P型阱区层，所述接触孔内填充有金属，所述金属的顶端连接所述金属区层；其中，所述金属区层为MOS管源极金属电极，即肖特基的阳极金属电极，所述第一导电类型漏极区为MOS管漏极金属电极，即肖特基的阴极金属电极。优选的是，所述肖特基接触层包括钨金属层、第一氮化钛阻挡层与第一金属钛粘结层，所述钨金属层与所述源极金属电极层的底端接触，所述第一氮化钛阻挡层与所述钨金属层的底端接触，所述第一金属钛粘结层与所述第一氮化钛阻挡层的底端接触，所述第一氮化钛阻挡层在所述沟槽的底部与所述N-外延层形成肖特基接触。优选的是，所述接触孔还包括介质侧墙、P+接触区、第二金属钛粘结层及第二氮化钛阻挡层，所述绝缘介质层与所述接触孔的侧壁之间设有介质侧墙，靠近所述接触孔的一侧或者底部的所述P型阱区层处设有P+接触区，所述第二金属钛粘结层及所述第二氮化钛阻挡层依次沉积在所述接触孔内；其中，位于所述接触孔的侧壁的所述第二金属钛粘结层和所述第二氮化钛阻挡层与N+源极区层形成N+源极欧姆接触，位于所述接触孔的侧壁或者底部的所述第二金属钛粘结层和所述第二氮化钛阻挡层与P+接触区形成P型阱的欧姆接触。优选的是，所述多晶硅侧面端为N型重掺杂的多晶硅。本技术的有益效果1、本技术提供的一种高速的沟槽MOS器件，其在沟槽内部集成肖特基二极管结构，使得所述MOS器件在功率应用中可以有效地降低开关损耗，抑制尖峰电压和尖峰电流。2、本技术提供的一种高速的沟槽MOS器件，其制作成本低，且性能和可靠度高，达到节能减排的目的。3、本技术提供的一种高速的沟槽MOS器件，由于肖特基二极管的接触金属在沟槽内部，且在沟槽的底部，有效地利用了MOS器件的半导体空间，增加MOS器件功能的同时，不增加MOS器件的空间体积，降低了成本，提高了性能。附图说明图1为MOS管作为开关器件的直流-直流转换控制电路原理图；图2为并联肖特基二极管的沟槽MOS器件电路图；图3为本技术所述的高速的沟槽MOS器件的俯视平面结构示意图；图3中，1为第一导电类型漏极区；2为第一导电类型单晶硅衬底；3为N-外延层；4为P型阱区层；5为栅氧化层侧面端；6为栅氧化层底面端；7为氧化层侧面端；8为多晶硅层侧面端；9为源极金属电极层；10为氮化钛阻挡层；11为金属钛粘结层；12为N+源极区层；13为接触孔；14为绝缘介质层；15为金属区层；16为沟槽。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或者多个其它元件或其组合的存在或添加。如图3所示，本技术提供了一种高速的沟槽MOS器件，包括第一导电类型漏极区1，位于所述第一导电类型漏极区1上方的N+单晶硅衬底2以及N-外延层3，位于所述N-外延层3上方的P型阱区层4，位于所述P型阱区层4上方的N+源极区层12，位于所述N+源极区层12上方的绝缘介质层14，及位于所述绝缘介质层14上方的金属区层15，还包括：沟槽16，其穿过所述P型阱区层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速的沟槽MOS器件，包括第一导电类型漏极区，位于所述第一导电类型漏极区上方的N+单晶硅衬底以及N‑外延层，位于所述N‑外延层上方的P型阱区层，位于所述P型阱区层上方的N+源极区层，位于所述N+源极区层上方的绝缘介质层，及位于所述绝缘介质层上方的金属区层，其特征在于，还包括：沟槽，其穿过所述P型阱区层，延伸至所述N‑外延层的内部；栅氧化层，其包括栅氧化层侧面端和栅氧化层底面端，所述栅氧化层侧面端与所述沟槽的内侧面接触，所述栅氧化层底面端与所述沟槽的部分底面接触；多晶硅层，其与栅氧化层接触，形成多晶硅层侧面端；氧化层，其与所述多晶硅层接触，形成氧化层侧面端；接触金属层，其通过所述绝缘介质层，穿透所述沟槽的底部，延伸至所述第一导电类型的外延层，所述接触金属层与所述氧化层侧面端接触，所述接触金属层包括源极金属电极层和肖特基接触层，所述肖特基接触层与所述N‑外延层接触，所述源极金属电极层位于所述肖特基接触层的顶部上方，所述源极金属电极层的顶端连接所述金属区层；接触孔，其设置在所述绝缘介质层上，所述接触孔穿过所述绝缘介质层，延伸至所述P型阱区层，所述接触孔内填充有金属，所述金属的顶端连接所述金属区层；其中，所述金属区层为MOS管源极金属电极，即肖特基的阳极金属电极，所述第一导电类型漏极区为MOS管漏极金属电极，即肖特基的阴极金属电极。...

【技术特征摘要】
1.一种高速的沟槽MOS器件，包括第一导电类型漏极区，位于所述第一导电类型漏极区上方的N+单晶硅衬底以及N-外延层，位于所述N-外延层上方的P型阱区层，位于所述P型阱区层上方的N+源极区层，位于所述N+源极区层上方的绝缘介质层，及位于所述绝缘介质层上方的金属区层，其特征在于，还包括：沟槽，其穿过所述P型阱区层，延伸至所述N-外延层的内部；栅氧化层，其包括栅氧化层侧面端和栅氧化层底面端，所述栅氧化层侧面端与所述沟槽的内侧面接触，所述栅氧化层底面端与所述沟槽的部分底面接触；多晶硅层，其与栅氧化层接触，形成多晶硅层侧面端；氧化层，其与所述多晶硅层接触，形成氧化层侧面端；接触金属层，其通过所述绝缘介质层，穿透所述沟槽的底部，延伸至所述第一导电类型的外延层，所述接触金属层与所述氧化层侧面端接触，所述接触金属层包括源极金属电极层和肖特基接触层，所述肖特基接触层与所述N-外延层接触，所述源极金属电极层位于所述肖特基接触层的顶部上方，所述源极金属电极层的顶端连接所述金属区层；接触孔，其设置在所述绝缘介质层上，所述接触孔穿过所述绝缘介质层，延伸至所述P型阱区层，所述接触孔内填充有金属，所述金属的顶端连接所述金属区层；其中，所述金属区层为MOS管源极金...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐吉程，袁力鹏，范玮，
申请(专利权)人：西安后羿半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61