專(zhuān)利名稱(chēng)：高單胞密度溝槽mos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管及其制造方法，特別涉及一種高單胞密度溝槽MOS場(chǎng)效應(yīng)管器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
溝槽MOS器件廣泛應(yīng)用于功率類(lèi)電路中，作為開(kāi)關(guān)器件連接電源與負(fù)載。如圖I所示，溝槽MOS器件中包含有柵極溝槽6和源極區(qū)7的最小重復(fù)單元稱(chēng)為單胞，這些單胞周期排列組成有源區(qū)I。有源區(qū)I內(nèi)各單胞源極區(qū)7上設(shè)有源極接觸孔14。有源區(qū)I外圍，包圍有源區(qū)I設(shè)置有溝槽MOS柵總線區(qū)2。柵總線區(qū)2內(nèi)設(shè)置有柵總線溝槽10，連通有源區(qū)I內(nèi)的柵溝槽6。各柵總線溝槽10上設(shè)有柵極接觸孔15。在圖2中，顯示了圖I柵總線區(qū)2A-A位置和有源區(qū)IB-B位置所對(duì)應(yīng)的剖面示意 圖。制作溝槽MOS器件的硅片通常由重?fù)诫s的襯底和輕摻雜的外延層4構(gòu)成；重?fù)诫s襯底構(gòu)成溝槽MOS漏極區(qū)3。柵總線由位于外延層4內(nèi)垂直于硅片表面的柵總線溝槽10、柵氧化層9、和柵總線導(dǎo)電多晶硅11構(gòu)成。溝槽MOS單胞由位于外延層4表面的源極區(qū)7，位于外延層4上部包圍源極區(qū)(7)的阱層5，以及由垂直于硅片表面的柵溝槽6、柵氧化層9、和柵導(dǎo)電多晶硅8構(gòu)成的柵極構(gòu)成。柵總線溝槽10和柵溝槽6相互連通；柵總線導(dǎo)電多晶硅11和柵導(dǎo)電多晶硅8相互連接。在外延層4上表面設(shè)有層間介質(zhì)層13 ;以及穿透層間介質(zhì)層13連接所述源極區(qū)7的源極接觸孔14和穿透所述層間介質(zhì)層13連接所述柵總線導(dǎo)電多晶硅11的柵極接觸孔15。溝槽MOS芯片所能承受的最大反向偏置電壓由外延層4的厚度和摻雜濃度決定，導(dǎo)通電流的大小則由導(dǎo)電溝道的寬度，即柵溝槽6圖形的總邊長(zhǎng)決定?？s小單胞的尺寸可以實(shí)現(xiàn)更高的單胞密度，意味著更大的導(dǎo)電溝道有效寬度，這樣在器件導(dǎo)通狀態(tài)下可以減小功率損失，提高器件性能。同時(shí)，在同樣導(dǎo)通電流能力要求下，更高的單胞密度意味著較小的芯片面積即可滿(mǎn)足要求；芯片而積減小可以在相同尺寸的晶圓上生產(chǎn)出更多數(shù)目的芯片，從而降低器件成本。伴隨著單胞尺寸的縮小，柵溝槽6的開(kāi)口尺寸隨之減??；因?yàn)闁艠O接觸孔15的存在，柵總線溝槽10的開(kāi)口尺寸則無(wú)法相應(yīng)減小?；诂F(xiàn)有的溝槽MOS器件及制造工藝，由于柵總線溝槽10的開(kāi)口尺寸大于柵溝槽6的開(kāi)口尺寸，刻蝕負(fù)載效應(yīng)導(dǎo)致柵總線溝槽10的深度大于柵溝槽6深度；這使得柵總線溝槽10底部與漏極區(qū)3之間的外延層厚度dl小于柵溝槽6底部與漏極區(qū)3之間的外延層厚度d2。同時(shí)，柵總線溝槽10與柵溝槽6被同樣厚度的柵氧化層9所覆蓋，并且柵總線溝槽10底部外延層與柵溝槽6底部外延層具有相同的摻雜濃度。因此，在MOS器件反向偏置時(shí)，柵總線溝槽10底部的氧化層將承受更大的電場(chǎng)強(qiáng)度。該強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)引起柵總線溝槽10底部氧化層提前失效，影響器件性能和可靠性。為此，如何克服上述不足，并進(jìn)一步優(yōu)化高單胞密度溝槽MOS器件性能和提高器件可靠性是本實(shí)用新型研究的課題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種高單胞密度溝槽MOS器件及其制造方法，加強(qiáng)了柵總線區(qū)域，有效降低了柵總線溝槽底部氧化層承受的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而提升高單胞密度溝槽MOS器件的性能和器件可靠性。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種高單胞密度溝槽MOS器件，該器件由位于中部的有源區(qū)和位于周邊包圍有源區(qū)的柵總線區(qū)構(gòu)成。如圖3所示，在柵總線和有源區(qū)的截面上，所述器件包括位于硅片背面第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的漏極區(qū)，位于漏極區(qū)上方第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜的外延層。 所述有源區(qū)由若干重復(fù)排列的溝槽MOS單胞并聯(lián)構(gòu)成；每個(gè)溝槽MOS單胞包括位于所述外延層內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜的阱層；穿過(guò)所述阱層并延伸至外延層內(nèi)的柵溝槽；在所述阱層上部?jī)?nèi)且位于所述柵溝槽周邊的第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的源極區(qū)；所述柵溝槽內(nèi)第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的柵導(dǎo)電多晶硅；所述柵導(dǎo)電多晶硅與柵溝槽內(nèi)壁之間的柵氧化層。所述柵總線區(qū)由若干柵總線構(gòu)成，每個(gè)柵總線包括位于所述外延層內(nèi)的柵總線溝槽；所述柵總線溝槽內(nèi)第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的柵總線導(dǎo)電多晶硅；所述柵總線導(dǎo)電多晶硅與柵總線溝槽內(nèi)壁之間的隔離氧化層。所述柵總線溝槽與所述柵溝槽互相連通；所述柵總線溝槽開(kāi)口尺寸大于所述柵溝槽開(kāi)口尺寸；所述柵導(dǎo)電多晶硅與所述柵總線導(dǎo)電多晶硅互相連接；所述隔離氧化層的厚度大于所述柵氧化層的厚度。I、作為優(yōu)選方案，所述外延層上表面設(shè)有層間介質(zhì)層；穿透所述層間介質(zhì)層連接所述源極區(qū)的源極接觸孔；穿透所述層間介質(zhì)層連接所述柵總線導(dǎo)電多晶硅的柵極接觸孔。2、作為優(yōu)選方案，所述隔離氧化層的厚度是所述柵氧化層厚度的I. I倍至40倍。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)驗(yàn)新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果本實(shí)用新型覆蓋柵總線溝槽的隔離氧化層厚度顯著增大。承擔(dān)同樣反向偏置電壓情況下，柵總線溝槽底部氧化層內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度有效降低。即使進(jìn)一步增大單胞密度，縮小柵溝槽開(kāi)口尺寸，柵總線溝槽深度進(jìn)一步加大的情況下，仍然可以靈活的調(diào)整隔離氧化層厚度，而不影響有源區(qū)柵氧化層，以應(yīng)對(duì)增大的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而保證器件的性能和可靠性。

附圖I為現(xiàn)有技術(shù)溝槽MOS器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為現(xiàn)有技術(shù)柵總線及有源區(qū)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本實(shí)用新型柵總線及有源區(qū)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。以上附圖中，I、有源區(qū)；2、柵總線區(qū)；3、漏極區(qū)；4、外延層；5、阱層；6、柵溝槽；7、源極區(qū)；8、柵導(dǎo)電多晶硅；9、柵氧化層；10、柵總線溝槽；11、柵總線導(dǎo)電多晶硅；12、隔離氧化層；13、層間介質(zhì)層；14、源極接觸孔；15、柵極接觸孔。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一種高單胞密度溝槽MOS器件，該器件由位于中部的有源區(qū)I和位于周邊包圍有源區(qū)I的柵總線區(qū)2構(gòu)成。如圖3所示，在柵總線和有源區(qū)的截面上，所述器件包括位于娃片背面第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的漏極區(qū)3,位于漏極區(qū)3上方第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜的外延層4。所述有源區(qū)I由若干重復(fù)排列的溝槽MOS單胞并聯(lián)構(gòu)成；每個(gè)溝槽MOS單胞包括位于所述外延層4內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜的阱層5 ;穿過(guò)所述阱層5并延伸至外延層4內(nèi)的柵溝槽6 ;在所述阱層5上部?jī)?nèi)且位于所述柵溝槽6周邊的第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的源極區(qū)7 ;所述柵溝槽6內(nèi)第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的柵導(dǎo)電多晶娃8 ;所述柵導(dǎo)電多晶娃8與柵溝槽6內(nèi)壁之間的柵氧化層9。 所述柵總線區(qū)2由若干柵總線構(gòu)成，每個(gè)柵總線包括位于所述外延層4內(nèi)的柵總線溝槽10 ;所述柵總線溝槽10內(nèi)第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的柵總線導(dǎo)電多晶硅11 ;所述柵總線導(dǎo)電多晶硅11與柵總線溝槽10內(nèi)壁之間的隔離氧化層12。所述柵總線溝槽10與所述柵溝槽6互相連通；所述柵總線溝槽10開(kāi)口尺寸大于所述柵溝槽6開(kāi)口尺寸；所述柵導(dǎo)電多晶硅8與所述柵總線導(dǎo)電多晶硅11互相連接；所述隔離氧化層12的厚度大于所述柵氧化層9的厚度。所述外延層4上表面設(shè)有層間介質(zhì)層13 ;穿透所述層間介質(zhì)層13連接所述源極區(qū)7的源極接觸孔14 ;穿透所述層間介質(zhì)層13連接所述柵總線導(dǎo)電多晶硅11的柵極接觸孔15。所述隔離氧化層12的厚度是所述柵氧化層9厚度的I. I倍至40倍。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高單胞密度溝槽MOS器件，該器件由位于中部的有源區(qū)(I)和位于周邊包圍有源區(qū)(I)的柵總線區(qū)(2)構(gòu)成； 在截面上，所述器件包括位于硅片背面第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的漏極區(qū)(3)，位于漏極區(qū)(3)上方第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜的外延層(4); 所述有源區(qū)(I)由若干重復(fù)排列的溝槽MOS單胞并聯(lián)構(gòu)成；每個(gè)溝槽MOS單胞包括位于所述外延層(4)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜的阱層(5);穿過(guò)所述阱層(5)并延伸至外延層(4)內(nèi)的柵溝槽(6);在所述阱層(5)上部?jī)?nèi)且位于所述柵溝槽(6)周邊的第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的源極區(qū)(7);所述柵溝槽(6)內(nèi)第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的柵導(dǎo)電多晶硅(8);所述柵導(dǎo)電多晶硅(8)與柵溝槽(6)內(nèi)壁之間的柵氧化層(9)； 所述柵總線區(qū)(2)由若干柵總線構(gòu)成；每個(gè)柵總線包括位于所述外延層(4)內(nèi)的柵總線溝槽(10);所述柵總線溝槽(10)內(nèi)第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s的柵總線導(dǎo)電多晶硅(11);所述柵總線導(dǎo)電多晶硅(11)與柵總線溝槽(10)內(nèi)壁之間的隔離氧化層(12); 其特征在于所述柵總線溝槽(10)與所述柵溝槽(6)互相連通；所述柵總線溝槽(10)開(kāi)口尺寸大于所述柵溝槽(6)開(kāi)口尺寸；所述柵導(dǎo)電多晶硅(8)與所述柵總線導(dǎo)電多晶硅(11)互相連接；所述隔離氧化層(12)的厚度大于所述柵氧化層(9)的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述外延層(4)上表面設(shè)有層間介質(zhì)層(13);穿透所述層間介質(zhì)層(13)連接所述源極區(qū)(7)的源極接觸孔(14);穿透所述層間介質(zhì)層(13)連接所述柵總線導(dǎo)電多晶硅(11)的柵極接觸孔(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述隔離氧化層(12)的厚度是所述柵氧化層(9)厚度的I. I倍至40倍。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種高單胞密度溝槽MOS器件，包括位于中部的有源區(qū)和位于周邊包圍有源區(qū)的柵總線區(qū)；所述有源區(qū)由若干重復(fù)排列的溝槽MOS單胞并聯(lián)構(gòu)成；每個(gè)溝槽MOS單胞內(nèi)設(shè)置有柵溝槽；所述柵溝槽內(nèi)壁被柵氧化層覆蓋；所述柵總線區(qū)內(nèi)設(shè)置有若干柵總線溝槽，所述柵總線溝槽與所述柵溝槽互相連通，所述柵總線溝槽被隔離氧化層覆蓋；所述隔離氧化層的厚度大于所述柵氧化層的厚度。本實(shí)用新型通過(guò)加強(qiáng)柵總線提升了高單胞密度溝槽MOS器件的性能和器件可靠性。
文檔編號(hào)H01L29/10GK202373586SQ20112050823
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉偉, 王凡 申請(qǐng)人:蘇州硅能半導(dǎo)體科技股份有限公司