双向导通槽栅功率MOS器件结构及制造方法技术

本发明专利技术提供一种双向导通槽栅功率MOS器件结构及其制造方法，在硅片表面形成栅极、源极和漏极，实现双向导通双向耐压的功率MOS器件，可用于锂电池BMS防护等应用环境下。相比于传统BMS中采用双管串联的方式以及其他实现双向导通的结构，本发明专利技术提出的器件结构具有以下优点：第一，本发明专利技术提出的器件仅需要占据传统方式一半甚至更小的面积，极大地提高了集成度；第二，本发明专利技术所提出的器件结构制造工艺简单且制造成本也不高，降低了工艺制造上的问题；第三，本发明专利技术所提出的器件结构漏极和源极可以对换，实现上真正意义上的对称结构和双向导通双向耐压；第四，本发明专利技术所提出的器件结构由于漏极、源极和栅极均在硅片表面，因此易于集成，增加了应用环境。加了应用环境。加了应用环境。

【技术实现步骤摘要】
双向导通槽栅功率MOS器件结构及制造方法


[0001]本专利技术属于半导体功率器件
，主要涉及一种双向功率半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]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，有着广阔的发展和应用前景。然而传统功率MOS器件的漏源非对称结构导致的功率MOS器件单向耐压、单向导电的特性限制了功率MOS器件的应用。
[0003]在一些低功耗DC
‑
DC转换器IC、锂离子电池充放电等需要双向耐压，双向导电的应用环境下，由于没有单一的器件可以作为双向自换向开关，因此双向开关(BDS)是由常用的固态器件组合而成的。为了建立一个具有双向导通能力的复合BDS，有必要将两个分立器件反串联，即两个单向电压器件或反并联，即两个单向电流器件，如图1所示；其应用在锂离子充放电环境中的等效电路如图2所示。然而，这种方案一方面需要两个大面积的功率MOS器件，增加了成本，降低了系统集成度；另一方面，两个功率MOS器件串联也极大地增大了电路的导通电阻，增大了电路损耗等问题。另一种可能性是通过对传统的纵向和横向器件结构进行创新，如图3、4、5所示。图3所示单槽双栅功率MOS结构其实和传统的双MOS导通结构差别不大，只是通过在单槽内引入两个栅极来减小元胞的尺寸，然而对工艺制造提出了较高的要求。而图4所示的纵向的沟槽栅功率MOS器件结构则是通过在纵向上引入双耐压pn结，其制造成本和工艺难度也不低。图5所示的横向的平面栅功率MOS器件结构则因为其大尺寸等造成的导通电阻较大，影响其在双向导通功率开关的应用。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种双向导通槽栅功率MOS器件结构及其制造方法，通过本专利技术提出的双向导通的功率MOS结构，在单个功率MOS管面积下，实现了源漏极可互换的双向导通双向耐压的要求。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0006]一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，包括：
[0007]第二导电类型重掺杂衬底20，位于第二导电类型重掺杂衬底20上的第二导电类型轻掺杂外延层21，位于第二导电类型轻掺杂外延层21上的槽，位于槽内部的第一栅极多晶硅11，其中栅氧化层03被夹在第一栅极多晶硅11和所述槽之间，其厚度由栅极工作电位决定；第一导电类型轻掺杂区32位于所述槽两侧，其中第一导电类型轻掺杂区32底部低于所述槽的底部；第一导电类型重掺杂区31位于第一导电类型轻掺杂区32表面；第一导电类型重掺杂区31表面为介质层01，介质层01上方引出源极51和漏极61。
[0008]作为优选方式，所述槽底部注入推结形成第二导电类型沟调区23。
[0009]作为优选方式，所述槽内部的第一栅极多晶硅11上方设有分离栅极多晶硅13。
[0010]作为优选方式，第一导电类型轻掺杂区32内部设有第二导电类型掺杂区22，第二
导电类型掺杂区22在第一导电类型轻掺杂区32内部左侧、中部或右侧。
[0011]作为优选方式，第二导电类型重掺杂衬底20和第二导电类型外延层21之间设有埋氧层77。
[0012]作为优选方式，槽内部的第一栅极多晶硅11为阶梯型、或者漏斗型、或U型，或降低表面场阶梯氧化物RSO型结构。
[0013]作为优选方式，所述源极和漏极进行互换。
[0014]作为优选方式，当所述结构为N型沟道时，第一导电类型为n型掺杂，第二导电类型为p型掺杂；当所述结构为P型沟道时，第一导电类型为p型掺杂，第二导电类型为n型掺杂；
[0015]并且/或者重掺杂的掺杂浓度大于1E19，轻掺杂的掺杂浓度低于1E18。
[0016]本专利技术还提供一种双向导通槽栅功率MOS器件的制造方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1，选择第二导电类型重掺杂衬底20；
[0018]步骤2，在第二导电类型重掺杂衬底20表面外延生长第二导电类型外延层21；
[0019]步骤3，在第二导电类型外延层21表面光刻、刻蚀形成U形槽，并在槽内形成栅氧化层03和第一栅极多晶硅11；
[0020]步骤4，通过一次或多次第一导电类型杂质离子注入，在第二导电类型外延层21表面形成第一导电类型轻掺杂区32，所述第一导电类型轻掺杂区32底部低于所述槽的底部。
[0021]步骤5，通过一次或多次第一导电类型杂质离子注入，在第一导电类型轻掺杂区32表面形成第一导电类型重掺杂区31，所述第一导电类型重掺杂区31底部低于第一栅极多晶硅11顶部；
[0022]步骤6，通过淀积、光刻、刻蚀工艺形成介质层01和接触孔，表面金属化，通过光刻刻蚀工艺，形成表面金属接触层，构成源极51和漏极61。
[0023]本专利技术还提供第二种双向导通槽栅功率MOS器件结构的制造方法，包括以下步骤：
[0024]步骤1，选择第二导电类型重掺杂衬底20；
[0025]步骤2，在第二导电类型重掺杂衬底20表面通过外延生长第二导电类型外延层21；
[0026]步骤3，在第二导电类型外延层21表面光刻、刻蚀形成U形槽，并在槽内形成牺牲氧化层；
[0027]步骤4，通过一次或者多次的第二导电类型杂质离子注入向槽底沟道区注入，形成第二导电类型沟调区23，然后进行牺牲氧刻蚀；
[0028]步骤5，在槽内形成栅氧化层03，然后向深槽内淀积多晶硅，形成第一栅极多晶硅11；
[0029]步骤6，通过一次或多次第一导电类型杂质离子注入，在第二导电类型外延层21表面形成第一导电类型轻掺杂区32，所述第一导电类型轻掺杂区32底部低于所述槽的底部；
[0030]步骤7，通过一次或多次第一导电类型杂质离子注入，在第一导电类型轻掺杂区32表面形成第一导电类型重掺杂区31，所述第一导电类型重掺杂区31底部低于第一栅极多晶硅11顶部；
[0031]步骤8，通过淀积、光刻、刻蚀工艺形成介质层01和接触孔，表面金属化，通过光刻刻蚀工艺，形成表面金属接触层，构成源极51和漏极61。
[0032]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种双向导通槽栅功率MOS器件结构及其制造方法，在硅片表面形成栅极、源极和漏极，实现双向导通双向耐压的功率MOS器件，可用于锂
电池BMS防护等应用环境下。相比于传统BMS中采用双管串联的方式以及其他实现双向导通的结构，本专利技术所提出的器件结构具有以下优点：第一，本专利技术所提出的器件仅需要占据传统方式一半甚至更小的面积，极大地提高了集成度；第二，本专利技术所提出的器件结构制造工艺简单且制造成本也不高，降低了工艺制造上的问题；第三，本专利技术所提出的器件结构漏极和源极可以对换，实现上真正意义上的对称结构和双向导通双向耐压；第四，本专利技术所提出的器件结构由于漏极、源极和栅极均在硅片表面，因此易于集成，增加了应用环境。
附图说明
[0033]图1为传统的漏极短接MOS导通器件结构示意图。
[0034]图2为传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于包括：第二导电类型重掺杂衬底(20)，位于第二导电类型重掺杂衬底(20)上的第二导电类型轻掺杂外延层(21)，位于第二导电类型轻掺杂外延层(21)上的槽，位于槽内部的第一栅极多晶硅(11)，其中栅氧化层(03)被夹在第一栅极多晶硅(11)和所述槽之间，其厚度由栅极工作电位决定；第一导电类型轻掺杂区(32)位于所述槽两侧，其中第一导电类型轻掺杂区(32)底部低于所述槽的底部；第一导电类型重掺杂区(31)位于第一导电类型轻掺杂区(32)表面；第一导电类型重掺杂区(31)表面为介质层(01)，介质层(01)上方引出源极(51)和漏极(61)。2.权利要求1所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：所述槽底部注入推结形成第二导电类型沟调区(23)。3.根据权利要求1所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：所述槽内部的第一栅极多晶硅(11)上方设有分离栅极多晶硅(13)。4.根据权利要求1所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：第一导电类型轻掺杂区(32)内部设有第二导电类型掺杂区(22)，第二导电类型掺杂区(22)在第一导电类型轻掺杂区(32)内部左侧、中部或右侧。5.根据权利要求1所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：第二导电类型重掺杂衬底(20)和第二导电类型外延层(21)之间设有埋氧层(77)。6.根据权利要求1所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：槽内部的第一栅极多晶硅(11)为阶梯型、或者漏斗型、或U型，或降低表面场阶梯氧化物RSO型结构。7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：所述源极和漏极进行互换。8.根据权利要求1至6任意一项所述的一种双向导通槽栅功率MOS器件结构，其特征在于：当所述结构为N型沟道时，第一导电类型为n型掺杂，第二导电类型为p型掺杂；当所述结构为P型沟道时，第一导电类型为p型掺杂，第二导电类型为n型掺杂；并且/或者重掺杂的掺杂浓度大于1E19，轻掺杂的掺杂浓度低于1E18。9.权利要求1所述的一种双向导通槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，陈勇，刘文良，方冬，张发备，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：