高可靠性上下结构的SGT器件制造技术

本发明专利技术涉及一种高可靠性上下结构的SGT器件。其包括具有第一导电类型的半导体基板以及制备于半导体基板漂移区的元胞区，所述元胞区内的元胞采用沟槽结构；在所述SGT器件的俯视平面上，元胞区内的元胞包括方环状的元胞外围沟槽以及位于所述元胞外围沟槽内圈中心区的元胞中心处沟槽；在元胞中心处沟槽的外圈设置第二导电类型基区，第二导电类型基区在漂移区内位于元胞中心处沟槽、元胞外围沟槽相应槽底的上方，且第二导电类型基区与元胞中心处沟槽的外侧壁以及元胞外围沟槽内圈的外侧壁接触；本发明专利技术能有效减少由于横向方向与纵向方向应力不同引起的翘曲，并能有减少漂移区耐压BV差异导致的耐压可靠性。异导致的耐压可靠性。异导致的耐压可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高可靠性上下结构的SGT器件


[0001]本专利技术涉及一种SGT器件，尤其是一种高可靠性上下结构的SGT器件。

技术介绍

[0002]目前，现有MOSFET等功率器件的漂移区多数仅采用外延层，无其他结构，这种结构的漂移区耐压BV与导通电阻RDSON具有硅极限的折中关系。为了突破现有沟槽型功率器件的性能限制，屏蔽栅晶体管(SGT)应运而生。
[0003]SGT器件和传统功率器件的主要区别是漂移区引入深沟槽结构，这种深沟槽结构通过横向电场来耗尽沟槽之间的漂移区，从而使得漂移区(深沟槽之间的mesa区域)可以采用更高的掺杂浓度，进一步降低导通电阻，突破传统MOSFET硅极限性能。SGT原胞结构分为上下结构和左右结构，其中，上下结构是栅极导电多晶硅和源极导电多晶硅在深沟槽内呈上下关系分布，左右结构为栅极导电多晶硅和源极导电多晶硅在深沟槽内呈左右关系。
[0004]现有SGT器件的元胞成条形，这种设计的典型特点是有源深沟槽1在整个器件的俯视平面上呈现周期条形，如图1所示。图1中，有源区内的有源深沟槽1为纵向条形结构，由于有源深沟槽1中具有较厚的氧化层以及源极导电多晶硅淀积，因此，SGT器件在左右的水平方向会有一定的引力集中，而在纵向方向上结构完全一样，即纵向方向上没有应力。
[0005]当整个晶圆在一个方向应力过大，如左右方向，那么就会导致晶圆发生严重波浪形翘曲，导致晶圆(wafer)后续的加工和测试困难，翘曲严重的会直接导致晶圆的报废。对于高压SGT器件，由于高压SGT的沟槽更深，场氧化层更厚，导致高压SGT器件本身的应力会比较大，如果加工工艺控制不当，就会导致传统条形高压SGT器件出现严重的晶圆翘曲。
[0006]此外，对图1中的SGT器件，在有源区的外圈还设置终端区，终端区包括环形的终端沟槽2，当同时存在有源深沟槽1以及终端沟槽2时，其有源区内的mesa区(有源深沟槽1间的区域)和终端
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元胞区域mesa区3(有源区与终端区域内的终端沟槽2间的区域)不同，并且两个mesa区域耗尽方向也不同。图2为漂移区耐压BV与mesa区宽度的对应关系，图2中横坐标为mesa宽度，纵坐标为漂移区耐压BV，由图2可以得到，存在一最优的mesa宽度，使得SGT器件的漂移区耐压BV达到最大值，当mesa宽度小于最优mesa宽度或者大于最优的mesa宽度，SGT器件的漂移区耐压BV均降低。因此，图1中，有源区内的mesa区和终端
‑
元胞区域mesa区3不同，会导致有源区和终端区的边缘区域出现耐压差异，导致SGT器件的耐压可靠性降低，难以满足实际的工作要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高可靠性上下结构的SGT器件，其能有效减少由于横向方向与纵向方向应力不同引起的翘曲，并能有减少漂移区耐压BV差异导致的耐压可靠性。
[0008]按照本专利技术提供的技术方案，所述高可靠性上下结构的SGT器件，包括具有第一导电类型的半导体基板以及制备于半导体基板漂移区的元胞区，所述元胞区内的元胞采用沟
槽结构；
[0009]在所述SGT器件的俯视平面上，元胞区内的元胞包括方环状的元胞外围沟槽以及位于所述元胞外围沟槽内圈中心区的元胞中心处沟槽；在元胞中心处沟槽的外圈与元胞外围沟槽的内圈间设置第二导电类型基区；
[0010]在所述SGT器件的截面上，第二导电类型基区在漂移区内位于元胞中心处沟槽以及元胞外围沟槽相应槽底的上方，且第二导电类型基区与元胞中心处沟槽的外侧壁以及元胞外围沟槽内圈的外侧壁接触；在所述元胞中心处沟槽内填充有中心处沟槽导电多晶硅，所述中心处沟槽导电多晶硅通过覆盖元胞中心处沟槽内侧壁以及内底壁的元胞中心处沟槽氧化层与所述元胞中心处沟槽的内侧壁以及内底壁绝缘隔离；
[0011]在元胞外围沟槽内设置上下结构分布的屏蔽栅单元，其中，所述上下结构分布的屏蔽栅单元包括位于上方的外围沟槽栅极导电多晶硅以及位于所述外围沟槽栅极导电多晶硅下方的外围沟槽源极导电多晶硅，外围沟槽栅极导电多晶硅与外围沟槽源极导电多晶硅间相互绝缘隔离，外围沟槽栅极导电多晶硅与漂移区上方的栅极金属层电连接，外围沟槽源极导电多晶硅、中心处沟槽导电多晶硅以及第二导电类型基区与漂移区上方的源极金属层电连接。
[0012]还包括与元胞外围沟槽内圈外壁侧上方接触的第一导电类型源区，第一导电类型源区的深度小于第二导电类型基区的深度，第一导电类型源区与第二导电类型基区接触，且第一导电类型源区与源极金属层欧姆接触；
[0013]所述元胞外围沟槽内圈侧壁呈方形或圆形，第二导电类型基区位于外围沟槽栅极导电多晶硅底部的上方。
[0014]所述外围沟槽栅极导电多晶硅的宽度大于外围沟槽源极导电多晶硅的宽度；外围沟槽源极导电多晶硅通过外围沟槽下绝缘氧化层与元胞外围沟槽的内侧壁以及内底壁绝缘隔离，外围沟槽栅极导电多晶硅通过外围沟槽上绝缘氧化层与元胞外围沟槽相应的内侧壁绝缘隔离，元胞外围沟槽内的外围沟槽栅极导电多晶硅通过压盖在元胞外围沟槽槽口的绝缘介质层与源极金属绝缘隔离。
[0015]还包括与元胞中心处沟槽正对应的中心沟槽接触孔以及位于所述中心沟槽接触孔外圈的中心沟槽外接触孔，所述中心沟槽接触孔、中心沟槽外接触孔均贯通绝缘介质层；
[0016]源极金属层通过填充在中心沟槽接触孔内的填充第一连接体与中心处沟槽导电多晶硅欧姆接触，源极金属层通过填充在中心沟槽外接触孔内的填充第二连接体与第二导电类型基区以及第一导电类型源区欧姆接触。
[0017]元胞中心处沟槽呈方形，中心处沟槽接触孔的宽度小于中心处沟槽导电多晶硅在元胞中心处沟槽内的宽度；
[0018]中心沟槽外接触孔在元胞中心处沟槽外圈呈环形。
[0019]所述半导体基板还包括与漂移区适配连接的第一导电类型衬底，在所述衬底的背面设置背面电极结构。
[0020]还包括位于元胞区外侧的引出连接区以及设置于所述引出连接区的引出连接单元，源极金属层通过引出连接单元能与外围沟槽源极导电多晶硅电连接，且栅极金属层通过引出连接单元能与外围沟槽栅极导电多晶硅电连接。
[0021]所述引出连接单元包括若干引出区引出沟槽，一引出区引出沟槽与相应元胞内一
侧的元胞外围沟槽正对应，且元胞外围沟槽内的外围沟槽栅极导电多晶硅以及外围源极导电多晶硅分别引入到所述引出区引出沟槽内，以分别形成引出沟槽外围沟槽栅极导电多晶硅与引出沟槽外围沟槽源极导电多晶硅；
[0022]栅极金属层至少包括栅极引出连接部，所述栅极引出连接部通过与引出区引出沟槽正对应的栅极多晶硅引出接触孔与所述引出区引出沟槽内的引出沟槽外围沟槽栅极导电多晶硅欧姆接触；
[0023]源极金属层包括源极引出连接部以及与所述源极引出连接部连接的源极元胞连接部，通过源极元胞连接部与元胞中心处沟槽内的中心处沟槽导电多晶硅欧姆接触，所述源极引出连接部通过与引出区引出沟槽正对应的源极多晶硅引出接触孔与所述引出区引出沟槽内的引出沟槽外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性上下结构的SGT器件，包括具有第一导电类型的半导体基板以及制备于半导体基板漂移区的元胞区，所述元胞区内的元胞采用沟槽结构；其特征是：在所述SGT器件的俯视平面上，元胞区内的元胞包括方环状的元胞外围沟槽以及位于所述元胞外围沟槽内圈中心区的元胞中心处沟槽；在元胞中心处沟槽的外圈与元胞外围沟槽的内圈间设置第二导电类型基区；在所述SGT器件的截面上，第二导电类型基区在漂移区内位于元胞中心处沟槽以及元胞外围沟槽相应槽底的上方，且第二导电类型基区与元胞中心处沟槽的外侧壁以及元胞外围沟槽内圈的外侧壁接触；在所述元胞中心处沟槽内填充有中心处沟槽导电多晶硅，所述中心处沟槽导电多晶硅通过覆盖元胞中心处沟槽内侧壁以及内底壁的元胞中心处沟槽氧化层与所述元胞中心处沟槽的内侧壁以及内底壁绝缘隔离；在元胞外围沟槽内设置上下结构分布的屏蔽栅单元，其中，所述上下结构分布的屏蔽栅单元包括位于上方的外围沟槽栅极导电多晶硅以及位于所述外围沟槽栅极导电多晶硅下方的外围沟槽源极导电多晶硅，外围沟槽栅极导电多晶硅与外围沟槽源极导电多晶硅间相互绝缘隔离，外围沟槽栅极导电多晶硅与漂移区上方的栅极金属层电连接，外围沟槽源极导电多晶硅、中心处沟槽导电多晶硅以及第二导电类型基区与漂移区上方的源极金属层电连接。2.根据权利要求1所述高可靠性上下结构的SGT器件，其特征是：还包括与元胞外围沟槽内圈外壁侧上方接触的第一导电类型源区，第一导电类型源区的深度小于第二导电类型基区的深度，第一导电类型源区与第二导电类型基区接触，且第一导电类型源区与源极金属层欧姆接触；所述元胞外围沟槽内圈侧壁呈方形或圆形，第二导电类型基区位于外围沟槽栅极导电多晶硅底部的上方。3.根据权利要求2所述高可靠性上下结构的SGT器件，其特征是：所述外围沟槽栅极导电多晶硅的宽度大于外围沟槽源极导电多晶硅的宽度；外围沟槽源极导电多晶硅通过外围沟槽下绝缘氧化层与元胞外围沟槽的内侧壁以及内底壁绝缘隔离，外围沟槽栅极导电多晶硅通过外围沟槽上绝缘氧化层与元胞外围沟槽相应的内侧壁绝缘隔离，元胞外围沟槽内的外围沟槽栅极导电多晶硅通过压盖在元胞外围沟槽槽口的绝缘介质层与源极金属绝缘隔离。4.根据权利要求3所述高可靠性上下结构的SGT器件，其特征是：还包括与元胞中心处沟槽正对应的中心沟槽接触孔以及位于所述中心沟槽接触孔外圈的中心沟槽外接触孔，所述中心沟槽接触孔、中心沟槽外接触孔均贯通绝缘介质层；源极金属层通过填充在中心沟槽接触孔内的填充第一连接体与中心处沟槽导电多晶硅欧姆接触，源极金属层通过填充在中心沟槽外接触孔内的填充第二连接体与第二导电类型基区以及第一导电类型源区欧姆接触。5.根据权利要求4所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，吴凯，张广银，朱阳军，
申请(专利权)人：南京芯长征科技有限公司，
类型：发明
国别省市：