一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法，在制作时利用同一光罩来同时制作元胞区和终端耐压区的结构，相对于传统的采用不同光罩分别实现元胞区和终端耐压区结构的制作，在保证器件耐压性能的同时，可以减少工艺过程及光罩层数，从而降低生产成本。并且，在器件中采用与元胞区相类似的沟槽结构来实现终端耐压区的分压环结构，可以减少在采用光罩利用注入掺杂和扩散推结制作各分压环时，为避免各分压环相互连接时需要在各分压环之间设定较大距离的间隔，有利于在保证终端耐压区性能的同时，缩小终端耐压区所占面积，从而增加器件的有效管芯数量，进一步减低器件成本。

Trench type metal oxide semiconductor power device and manufacturing method thereof

The invention discloses a trench type metal oxide semiconductor power device and manufacturing method thereof, using the same mask structure to produce cellular and terminal pressure area at the same time in the production area, compared with the traditional mask respectively with different cellular production area and terminal voltage of structure, to ensure the breakdown voltage of the device performance at the same time, the process can be reduced and the mask layer, thus reducing the production cost. Moreover, the groove structure is similar to cellular region in the device to realize the terminal voltage zone pressure ring structure, can reduce in the mask by injecting the doping and diffusion of the knot making pressure ring, to avoid the pressure ring connection needs to set large distance in the interval between each branch the pressure ring, is advantageous in the guarantee performance of the terminal pressure area at the same time, reduce the terminal pressure zone area, thus increasing the number of effective tube core devices, to further reduce the cost of devices.

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法。
技术介绍
以绝缘栅双极性晶体管(IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor)和金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)为标志的金属氧化物半导体(MOS，Metal-Oxide-Semiconductor)型半导体功率器件是当今电力电子领域器件的主流，广泛应用于工业、通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。其中，最具代表性的IGBT器件是由双极型三极管(BJT，BipolarJunctionTransistor)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，其驱动功率小，兼有MOSFET的高输入阻抗和电力(Power)BJT的低导通压降两方面的优点。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。并且，采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。沟槽型栅极(TrenchGate)是目前最新的IGBT和MOSFET功率器件的栅特征结构，其结构如图1所示，分为元胞区A和终端耐压区B，其中元胞区A的结构和终端耐压区B的结构需要通过不同的光罩制作，一般需要先使用一次光罩在终端耐压区B形成分压环01，之后，使用一次光罩在分压环01上形成遮挡图形02，接着，在元胞区A形成P阱结后，使用一次光罩在元胞区A形成沟槽，并在沟槽内生长栅氧化层03和多晶硅04后，使用一次光罩同时在元胞区A和终端耐压区B形成N+发射极05，之后，使用一次光罩形成具有接触孔图形的介质层06，接着，使用一次光罩形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层07，最后，使用一次光罩形成具有保护图形的钝化层08，并制作背面的集电极09。根据上述制作工艺流程可知，至少需要使用7次光罩即光刻工艺，且其流程相对复杂，不利于降低沟槽型MOS功率器件芯片的制作成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法，用以解决现有的沟槽型MOS功率器件在制作时使用光罩次数较多的问题。因此，本专利技术实施例提供了一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件的制作方法，包括：在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽；在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极；在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结；在所述硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极；在所述硅片衬底上通过孔光罩，形成具有接触孔图形的介质层；在所述介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述制作方法中，所述在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽之前，还包括：在P+衬底之上形成由N+层和N-层组成的外延片，以形成所述硅片衬底。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述制作方法中，所述在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极，具体包括：在形成有所述沟槽的所述硅片衬底上依次形成栅氧化层和多晶硅层；采用回刻工艺至少去除所述沟槽之外的多晶硅层的图形，在所述沟槽内形成栅极。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述制作方法中，所述在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结，具体包括：利用所述P阱光罩的遮挡，对所述硅片衬底进行硼离子注入掺杂和扩散推结工艺，以形成所述元胞区的P阱结和终端耐压区的P环结。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述制作方法中，所述在所述硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极，具体包括：利用所述N+光罩的遮挡，对所述硅片衬底进行砷离子注入掺杂和扩散推结工艺，以形成所述N+发射极。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述制作方法中，在所述介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层之后，还包括：在所述金属层上通过第二图形光罩，形成具有保护图形的钝化层。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述制作方法中，在所述介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层之后，还包括：在所述硅片衬底背离所述金属层的表面形成集电极。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件，包括：硅片衬底；设置于所述硅片衬底中的元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽；设置于所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内的栅极；设置于所述硅片衬底中的所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结；设置于所述硅片衬底中的N+发射极；设置于所述硅片衬底上的具有接触孔图形的介质层；设置于所述介质层之上的具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层；以及，设置于所述硅片衬底背离所述金属层的表面之上的集电极。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述沟槽型金属氧化物半导体功率器件中，还包括：设置于所述金属层之上的具有保护图形的钝化层。在一种可能的实现方式中，在本专利技术实施例提供的上述沟槽型金属氧化物半导体功率器件中，所述沟槽型金属氧化物半导体功率器件为沟槽型绝缘栅双极性晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管。本专利技术实施例的有益效果包括：本专利技术实施例提供的一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件及其制作方法，在制作时，首先在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽；之后，在元胞区的沟槽内和终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极；接着，在硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成元胞区的P阱结和终端耐压区的P环结；然后，在硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极；之后，在硅片衬底上通过孔光罩，形成具有接触孔图形的介质层；接着，在介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层。由于在制作时利用同一光罩来同时制作元胞区和终端耐压区的结构，相对于传统的采用不同光罩分别实现元胞区和终端耐压区结构的制作，在保证器件耐压性能的同时，可以减少工艺过程及光罩层数，从而降低生产成本。并且，在器件中采用与元胞区相类似的沟槽结构来实现终端耐压区的分压环结构，可以减少在采用光罩利用注入掺杂和扩散推结制作各分压环时，为避免各分压环相互连接时需要在各分压环之间设定较大距离的间隔，有利于在保证终端耐压区性能的同时，缩小终端耐压区所占面积，从而增加器件的有效管芯数量，进一步减低器件成本。附图说明图1为现有技术中的沟槽型功率器件的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的沟槽型金属氧化物半导体功率器件的制作方法的流程图；图3a-图3i分别为本专利技术实施例提供的沟槽型金属氧化物半导体功率器件的制作方法中各步骤制作完成后的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的沟槽型金属氧化物半导体功率器件的结构示意图。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件的制作方法，其特征在于，包括：在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽；在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极；在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结；在所述硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极；在所述硅片衬底上通过孔光罩，形成具有接触孔图形的介质层；在所述介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型金属氧化物半导体功率器件的制作方法，其特征在于，包括：在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽；在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极；在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结；在所述硅片衬底中通过N+光罩，形成N+发射极；在所述硅片衬底上通过孔光罩，形成具有接触孔图形的介质层；在所述介质层上通过第一图形光罩，形成具有栅极引出线和发射极引出线图形的金属层。2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在硅片衬底中通过沟槽光罩，同时形成元胞区的沟槽和终端耐压区的沟槽之前，还包括：在P+衬底之上形成由N+层和N-层组成的外延片，以形成所述硅片衬底。3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述元胞区的沟槽内和所述终端耐压区的沟槽内，同时形成栅极，具体包括：在形成有所述沟槽的所述硅片衬底上依次形成栅氧化层和多晶硅层；采用回刻工艺至少去除所述沟槽之外的多晶硅层的图形，在所述沟槽内形成栅极。4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述硅片衬底中通过P阱光罩，同时形成所述元胞区的P阱结和所述终端耐压区的P环结，具体包括：利用所述P阱光罩的遮挡，对所述硅片衬底进行硼离子注入掺杂和扩散推结工艺，以形成所述元胞区的P阱结和终端耐压区的P环结。5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述硅片衬底中通过N+光罩，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何昌，肖婷，包海涛，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44