本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種高速的溝槽MOS器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

溝槽MOSFET器件廣泛應(yīng)用于功率類電路中，作為開關(guān)器件連接電源與負(fù)載。長期以來，如何降低功率損耗和抑制MOS器件自身寄生二極管的反向恢復(fù)尖峰電壓和反向恢復(fù)電流一直是最受關(guān)注的議題，尤其在倡導(dǎo)節(jié)能減排，低碳的今天。

以MOS管在直流-直流轉(zhuǎn)換器為例，如圖1所示，為應(yīng)用MOS管作為開關(guān)器件的直流-直流轉(zhuǎn)換控制電路原理圖。從圖中可以看出，溝槽MOSFET器件M1(上管)和M2(下管)就是作為該電路的核心開關(guān)器件，通過控制芯片來實(shí)現(xiàn)直流-直流轉(zhuǎn)換，其中，M1和M2中本身存在寄生二極管D1、D2(由包圍源極的P型阱區(qū)/漏極構(gòu)成)，而為有效降低高頻開關(guān)損耗在M2的源極S與漏極D之間設(shè)計(jì)了肖特基二極管SBD(如圖所示)。該電路工作過程中，M1和M2在某一狀態(tài)下會(huì)同時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，為了保證負(fù)載得到連續(xù)不斷的電流供應(yīng)，M2中的寄生二極管D2開啟，但由于肖特基二極管SBD與寄生二極管D2(PN結(jié))相比，具有更低的開啟電壓(肖特基二極管0.3V左右，PN結(jié)二極管0.7V左右)，在M1的源極S與漏極D之間并聯(lián)一肖特基二極管SBD(如圖2所示)，可以有效減小由于高開啟電壓降造成的損耗。另外，肖特基二極管有更短的反向恢復(fù)時(shí)間，更可有效降低高頻開關(guān)過程中的開關(guān)損耗，以及抑制開關(guān)過程中的寄生二極管的反向恢復(fù)電壓和反向恢復(fù)電流，從而提升效率。

以往，為了在溝槽MOSFET器件的源極S與漏極D之間并聯(lián)一肖特基二極管SBD經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：

第一階段是將獨(dú)立封裝的肖特基二極管與獨(dú)立封裝的溝槽MOSFET并聯(lián)安裝在電路板上。缺點(diǎn)是成本高，占用電路板更多面積以及由于較長走線引入寄生電感的影響，帶來額外損耗以及EMC和EMI問題。

第二階段是將獨(dú)立的肖特基芯片與獨(dú)立的溝槽MOSFET芯片并聯(lián)封裝在同一半導(dǎo)體器件封裝內(nèi)，依靠打線是溝槽MOSFET芯片和肖特基芯片實(shí)現(xiàn)并聯(lián)。缺點(diǎn)依然是成本高，并且對封裝要求高，以及封裝后整體面積大。

第三階段是將溝槽MOSFET與肖特基二極管設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)制作在同一芯片中，在處理溝槽MOSFET與肖特基二極管的方式上都是采用分區(qū)設(shè)計(jì)加區(qū)分制作的方案，而通過打線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，還是占據(jù)了大量的芯片面積和成本。因此存在的缺點(diǎn)總是：1、肖特基二極管結(jié)構(gòu)占用了大量硅表面面積，導(dǎo)致芯片面積大，成本高；2、工藝復(fù)雜，導(dǎo)致制造成本高。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高速的溝槽MOS器件及其制造方法，從而有效的節(jié)約硅表面面積，降低芯片成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少一個(gè)上述問題或缺陷，并提供至少一個(gè)后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供了一種高速的溝槽MOS器件及其制造方法，其在溝槽內(nèi)部集成肖特基二極管，從而有效地節(jié)約硅表面面積，降低器件成本。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種高速的溝槽MOS器件，包括第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)，位于所述第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)上方的N+單晶硅襯底以及N-外延層，位于所述N-外延層上方的P型阱區(qū)層，位于所述P型阱區(qū)層上方的N+源極區(qū)層，位于所述N+源極區(qū)層上方的絕緣介質(zhì)層，及位于所述絕緣介質(zhì)層上方的金屬區(qū)層，還包括：

溝槽，其穿過所述P型阱區(qū)層，延伸至所述N-外延層的內(nèi)部；

柵氧化層，其包括柵氧化層側(cè)面端和柵氧化層底面端，所述柵氧化層側(cè)面端與所述溝槽的內(nèi)側(cè)面接觸，所述柵氧化層底面端與所述溝槽的部分底面接觸；

多晶硅層，其與柵氧化層接觸，形成多晶硅層側(cè)面端；

氧化層，其與所述多晶硅層接觸，形成氧化層側(cè)面端；

接觸金屬層，其通過所述絕緣介質(zhì)層，穿透所述溝槽的底部，延伸至所述N-外延層，所述接觸金屬層與所述氧化層側(cè)面端接觸，所述接觸金屬層包括源極金屬電極層和肖特基接觸層，所述肖特基接觸層與所述N-外延層接觸，所述源極金屬電極層位于所述肖特基接觸層的頂部上方，所述源極金屬電極層的頂端連接所述金屬區(qū)層；

接觸孔，其設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層上，所述接觸孔穿過所述絕緣介質(zhì)層，延伸至所述P型阱區(qū)層，所述接觸孔內(nèi)填充有金屬，所述金屬的頂端連接所述金屬區(qū)層；

其中，所述金屬區(qū)層為MOS管源極金屬電極，即肖特基的陽極金屬電極，所述第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)為MOS管漏極金屬電極，即肖特基的陰極金屬電極。

優(yōu)選的是，所述肖特基接觸層包括第一金屬鎢連接層、第一氮化鈦?zhàn)钃鯇优c第一金屬鈦粘結(jié)層，所述第一金屬鎢連接層與所述源極金屬電極層的底端接觸，所述第一氮化鈦?zhàn)钃鯇优c所述第一金屬鎢連接層的底端接觸，所述第一金屬鈦粘結(jié)層與所述第一氮化鈦?zhàn)钃鯇拥牡锥私佑|，所述第一氮化鈦?zhàn)钃鯇釉谒鰷喜鄣牡撞颗c所述N-外延層形成肖特基接觸。

優(yōu)選的是，所述接觸孔還包括介質(zhì)側(cè)墻、P+接觸區(qū)、第二金屬鈦粘結(jié)層、第二氮化鈦?zhàn)钃鯇蛹暗诙饘冁u連接層，所述絕緣介質(zhì)層與所述接觸孔的側(cè)壁之間設(shè)有介質(zhì)側(cè)墻，靠近所述接觸孔的一側(cè)或者底部的所述P型阱區(qū)層處設(shè)有P+接觸區(qū)，所述第二金屬鈦粘結(jié)層及所述第二氮化鈦?zhàn)钃鯇右来纬练e在所述接觸孔內(nèi)，所述第二金屬鎢連接層與所述金屬區(qū)層連接；

其中，位于所述接觸孔的側(cè)壁的所述第二金屬鈦粘結(jié)層和所述第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cN+源極區(qū)層形成N+源極歐姆接觸，位于所述接觸孔的側(cè)壁或者底部的所述第二金屬鈦粘結(jié)層和所述第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cP+接觸區(qū)形成P型阱的歐姆接觸。

優(yōu)選的是，所述多晶硅側(cè)面端為N型重?fù)诫s的多晶硅。

本發(fā)明提供了一種高速的溝槽MOS器件的制造方法，包括以下步驟：

在第一導(dǎo)電類型的N型高摻雜濃度的N+單晶硅襯底上，生長第一導(dǎo)電類型的N型低摻雜濃度的N-外延層；

在N-外延層表面上生長第一介質(zhì)層后，對所述第一介質(zhì)層進(jìn)行光刻，定義出MOS管單胞陣列的溝槽區(qū)圖形；

通過干法刻蝕，去除未被光刻膠保護(hù)的第一介質(zhì)層，曝露出溝槽區(qū)圖形對應(yīng)的N-外延層，再去除光刻膠后，保留下來的第一介質(zhì)層作為第一硬掩膜；

以所述第一硬掩膜作為阻擋層，在N-外延層中的表面形成溝槽，在所述溝槽和N-外延層的表面淀積一層為二氧化硅的第二介質(zhì)層，形成柵氧化層；

在所述柵氧化層上淀積導(dǎo)電多晶硅層，通過干法刻蝕導(dǎo)電多晶硅層以及柵氧化層，形成柵氧化層側(cè)面端和柵氧化層底面端，再通過掩膜光刻和刻蝕工藝，對位于所述溝槽中心區(qū)域的導(dǎo)電多晶硅進(jìn)行垂直刻蝕，直至多晶硅層表面在N-外延層以下，形成多晶硅層側(cè)面端和多晶硅層底面端，所述多晶硅層作為柵極連接層；

將P型雜質(zhì)離子注入到?jīng)]有第一硬掩膜覆蓋的所述N-外延層內(nèi)，然后通過快速退火處理，在所述N-外延層內(nèi)形成P型阱區(qū)層，相鄰P型阱區(qū)層之間的距離由第一硬掩膜在該方向上覆蓋的寬度尺寸決定；

在所述P型阱區(qū)層的上方定義出N+源極區(qū)層；

在N+源極區(qū)層的表面及所述溝槽的中心區(qū)域的剩余空間中，淀積第三介質(zhì)層，該第三介質(zhì)層為二氧化硅層，或者氮化硅層，或者二氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層；

位于所述N+源極區(qū)層上方的第三介質(zhì)層形成絕緣介質(zhì)層，對作為絕緣介質(zhì)層的第三介質(zhì)層實(shí)施干法刻蝕，延伸至P型阱區(qū)層的形成接觸孔；位于所述溝槽的中心區(qū)域的第三介質(zhì)層作為氧化層，對作為氧化層的第三介質(zhì)層實(shí)施干法刻蝕，刻蝕去除的第三介質(zhì)層的厚度等于淀積的所述柵氧化層的厚度，從而形成氧化層側(cè)面端；其中，未被刻蝕的第三介質(zhì)層在所述第一硬掩膜結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成第一介質(zhì)側(cè)墻，所述第一硬掩膜和所述第一介質(zhì)側(cè)墻形成第二硬掩膜；

在所述溝槽中，以第二硬掩膜為保護(hù)膜，采用干法刻蝕曝露出的導(dǎo)電的多晶硅底面端，直至所述溝槽內(nèi)的柵氧化層底面端，接著對位于多晶硅底面端下方的柵氧化層底面端進(jìn)行干法刻蝕，直到N-外延層；

采用濕法腐蝕方法，選擇性去除所述第二硬掩膜；

對整個(gè)硅表面實(shí)施光刻工藝后，對接觸孔進(jìn)行金屬填充，先沉積第二金屬鈦粘結(jié)層，在第二金屬鈦粘結(jié)層上淀積第二氮化鈦?zhàn)钃鯇?，再接著沉積鎢金屬層以及鋁金屬層，靠近所述接觸孔的一側(cè)或者底部的所述P型阱區(qū)層4處設(shè)有P+接觸區(qū)，位于所述接觸孔13的側(cè)壁的第二金屬鈦粘結(jié)層和第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cN+源極區(qū)層12形成N+源極歐姆接觸，位于所述接觸孔13的側(cè)壁或者底部的第二金屬鈦粘結(jié)層和第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cP+接觸區(qū)形成P型阱的歐姆接觸；

在所述溝槽的中心區(qū)域的表面均勻淀積第一金屬鈦粘結(jié)層，與N-外延層接觸，形成肖特基接觸，在第一金屬鈦粘結(jié)層上淀積第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?，在第一氮化鈦?zhàn)钃鯇由系矸e第一金屬鎢連接層，第一金屬鈦粘結(jié)層、第一氮化鈦?zhàn)钃鯇蛹暗谝唤饘冁u連接層形成肖特基接觸層；

在所述肖特基接觸層的上表面淀積金屬，其中位于所述肖特基接觸層的上方的金屬，形成源極金屬電極層，所述源極金屬電極層與所述肖特基接觸層組成接觸金屬層；

在所述絕緣介質(zhì)層的上表面淀積同樣的金屬，形成金屬區(qū)層，所述接觸金屬層通過所述源極金屬電極層與所述金屬區(qū)層連接，所述接觸孔通過淀積的金屬與所述金屬區(qū)層連接；

對金屬區(qū)層實(shí)施光刻，用光刻膠保護(hù)MOS管單胞陣列區(qū)的源極金屬電極區(qū)域和MOS管單胞陣列區(qū)外圍的柵極金屬電極區(qū)域，即定義源極金屬電極區(qū)域和柵極金屬電極區(qū)域圖形；

采用干法刻蝕方法，選擇性去除未被光刻膠保護(hù)的金屬區(qū)層，曝露出作為絕緣介質(zhì)層的第三介質(zhì)層，去除光刻膠后，留下的位于單胞陣列區(qū)域的金屬區(qū)層形成MOS管源極金屬電極，同時(shí)也是肖特基二極管的陽極金屬電極，留下的位于單胞陣列區(qū)域外圍的金屬區(qū)層形成MOS管柵極金屬電極；

在N+單晶硅襯底的底面沉積金屬層，形成漏極區(qū)，該金屬層形成MOS管漏極金屬電極，同時(shí)也是肖特基二極管的陰極金屬電極。

優(yōu)選的是，所述多晶硅層的摻雜類型為N型摻雜或者P型摻雜。

優(yōu)選的是，在絕緣介質(zhì)層的上表面淀積金屬，形成金屬區(qū)層的具體步驟為：

在絕緣介質(zhì)層的上表面淀積金屬鎢，金屬鎢填滿接觸孔，然后采用干法刻蝕方法，選擇性去除金屬鎢，使作為絕緣介質(zhì)層的第三介質(zhì)層曝露出來，接觸孔中依然填滿鎢，然后再淀積鋁層，或者摻雜有銅的鋁層，或者摻雜有銅和硅的鋁層。

優(yōu)選的是，在絕緣基質(zhì)層的上表面淀積金屬，形成金屬區(qū)層的具體步驟為：

在絕緣介質(zhì)層的上表面淀積鋁層，或者摻雜有銅的鋁層，或者摻雜有銅和硅的鋁層，并填滿接觸孔。

優(yōu)選的是，所述柵氧化層側(cè)面端與所述多晶硅層側(cè)面端接觸，所述多晶硅層側(cè)面端與所述氧化層側(cè)面端接觸，所述接觸金屬層與所述氧化層側(cè)面端接觸。

本發(fā)明的有益效果

1、本發(fā)明提供的一種高速的溝槽MOS器件，其在每個(gè)溝槽MOSFET單胞中的溝槽內(nèi)集成肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其有效且極大地降低開關(guān)損耗，抑制尖峰電壓和尖峰電流。

2、本發(fā)明提供的一種高速的溝槽MOS器件，肖特基二極管的接觸金屬在溝槽內(nèi)，且在溝槽的底部，有效地節(jié)約硅表面面積，降低器件的成本。

3、本發(fā)明提供的一種高速的溝槽MOS器件，由于MOS管的源極金屬電極層與導(dǎo)電多晶硅之間被絕緣機(jī)制隔離，并且兩者間完全絕緣，提高了器件在使用過程中的安全性能。

4、本發(fā)明提供的一種高速的溝槽MOS器件，其結(jié)構(gòu)新穎，產(chǎn)品性能高。

5、本發(fā)明提供的一種高速的溝槽MOS器件的制造方法，其制作工藝簡單，與傳統(tǒng)方式相比，制造成本降低，單胞集成度高。

附圖說明

圖1為MOS管作為開關(guān)器件的直流-直流轉(zhuǎn)換控制電路原理圖；

圖2為并聯(lián)肖特基二極管的溝槽MOSFET器件電路圖；

圖3為本發(fā)明所述的高速的溝槽MOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述制造方法中的外延層和襯底形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述制造方法中的溝槽形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明所述制造方法中的柵氧化層側(cè)面端和柵氧化層底面端形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明所述制造方法中導(dǎo)電多晶硅層淀積的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明所述制造方法中的導(dǎo)電的多晶硅層側(cè)面端形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明所述制造方法中的第三介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明所述制造方法中的氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明所述制造方法中的N+源極區(qū)層和阱區(qū)層形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明所述制造方法中的肖特基接觸層、絕緣介質(zhì)層、接觸孔、金屬區(qū)層漏極區(qū)層形成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3中，1為第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)；2為N+單晶硅襯底；3為N-外延層；4為P型阱區(qū)層；5為柵氧化層側(cè)面端；6為柵氧化層底面端；7為氧化層側(cè)面端；8為多晶硅層側(cè)面端；9為源極金屬電極層；10為第一氮化鈦?zhàn)钃鯇樱?1為第一金屬鈦粘結(jié)層；12為N+源極區(qū)層；13為接觸孔；14為絕緣介質(zhì)層；15為金屬區(qū)層；16為溝槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不排除一個(gè)或者多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

如圖3所示，本發(fā)明提供了一種高速的溝槽MOS器件，包括第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)1，位于所述第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)上方的N+單晶硅襯底2以及N-外延層3，位于所述N-外延層3上方的P型阱區(qū)層4，位于所述P型阱區(qū)層4上方的N+源極區(qū)層12，位于所述N+源極區(qū)層12上方的絕緣介質(zhì)層14，及位于所述絕緣介質(zhì)層14上方的金屬區(qū)層15，還包括：

溝槽16，其穿過所述P型阱區(qū)層4，延伸至所述N-外延層3的內(nèi)部；

柵氧化層，其包括柵氧化層側(cè)面端5和柵氧化層底面端6，所述柵氧化層側(cè)面端5與所述溝槽16的內(nèi)側(cè)面接觸，所述柵氧化層底面端6與所述溝槽16的部分底面接觸；

多晶硅層，其與柵氧化層接觸，形成多晶硅層側(cè)面端8，所述多晶硅側(cè)面端為N型重?fù)诫s的多晶硅；

氧化層，其與所述多晶硅層接觸，形成氧化層側(cè)面端7，所述氧化層側(cè)面端7與所述柵氧化層底面端6連接，所述柵氧化層側(cè)面端5與所述柵氧化層底面端6連接；

接觸金屬層，其通過所述絕緣介質(zhì)層14，穿透所述溝槽16的底部，延伸至所述N-外延層3，所述接觸金屬層與所述氧化層側(cè)面端7接觸，所述接觸金屬層包括源極金屬電極層9和第一金屬鎢連接層、第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0與第一金屬鈦粘結(jié)層11，所述第一金屬鎢連接層與所述源極金屬電極層9的底端接觸，所述第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0與所述第一金屬鎢連接層的底端接觸，所述第一金屬鈦粘結(jié)層11與所述第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0的底端接觸，所述第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0在所述溝槽16的底部與所述N-外延層3形成肖特基接觸，所述源極金屬電極層9位于所述肖特基接觸層的頂部上方，所述源極金屬電極層9的頂端連接所述金屬區(qū)層15，其中，所述金屬區(qū)層15為MOS管源極金屬電極，即肖特基的陽極金屬電極，所述第一導(dǎo)電類型漏極區(qū)1為MOS管漏極金屬電極，即肖特基的陰極金屬電極；

接觸孔13，其設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層14上，所述接觸孔13穿過所述絕緣介質(zhì)層14，延伸至所述P型阱區(qū)層4，所述接觸孔13內(nèi)填充有金屬，所述金屬的頂端連接所述金屬區(qū)層15，所述接觸孔13還包括介質(zhì)側(cè)墻、P+接觸區(qū)、第二金屬鈦粘結(jié)層、第二氮化鈦?zhàn)钃鯇蛹暗诙饘冁u連接層，所述絕緣介質(zhì)層14與所述接觸孔13的側(cè)壁之間設(shè)有介質(zhì)側(cè)墻，靠近所述接觸孔13的一側(cè)或者底部的所述P型阱區(qū)層4處設(shè)有P+接觸區(qū)，所述第二金屬鈦粘結(jié)層及所述第二氮化鈦?zhàn)钃鯇右来纬练e在所述接觸孔13內(nèi)，所述第二金屬鎢連接層與所述金屬區(qū)層15連接；

其中，位于所述接觸孔13的側(cè)壁的所述第二金屬鈦粘結(jié)層和所述第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cN+源極區(qū)層12形成N+源極歐姆接觸，位于所述接觸孔13的側(cè)壁或者底部的所述第二金屬鈦粘結(jié)層和所述第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cP+接觸區(qū)形成P型阱的歐姆接觸。

在MOS器件的俯視平面上，該器件的中央為并聯(lián)的單胞陣列區(qū)域，單胞陣列區(qū)域的頂面沉積有金屬區(qū)層15，單胞陣列區(qū)域的底部自下而上依次為下金屬層(第一導(dǎo)電類型漏極區(qū))1、第一的導(dǎo)電類型的N+單晶硅襯底2以及第一導(dǎo)電類型的N-外延層3，N-外延層3中，有溝槽16排列在其中，每條溝槽16的內(nèi)表面均生長有柵氧化層，形成柵氧化層側(cè)面端5和柵氧化層底面端6，且溝槽16中沉積有N型高摻雜的柵極導(dǎo)電多晶硅，形成多晶硅側(cè)面端8，該柵極導(dǎo)電多晶硅通過溝槽16從單胞陣列區(qū)域外圍的上金屬層(即金屬區(qū)層15)引出作為MOS管的柵極金屬電極。

在溝槽16的橫向截面上，靠近P型阱區(qū)層4為柵氧化層側(cè)面端5，柵氧化層側(cè)面端5后為多晶硅層側(cè)面端8，多晶硅側(cè)面端8后為氧化層側(cè)面端7，氧化層側(cè)面端7后為接觸金屬層，與溝槽N-外延層相接觸的接觸金屬層自上而下依次為源極金屬電極層9，與源極金屬電極層9接觸的為鎢金屬層，與鎢金屬層接觸的為氮化鈦?zhàn)钃鯇?0和金屬鈦粘結(jié)層11，氮化鈦?zhàn)钃鯇?0在溝槽的底部與N-外延層形成肖特基接觸，接觸孔13中填充有金屬與單胞陣列區(qū)域的上金屬層(金屬區(qū)層)連接，單胞陣列區(qū)域的上金屬層形成MOS管源極金屬電極，同時(shí)也是肖特基二極管的陽極金屬電極，所述下金屬層形成MOS管漏極金屬電極，同時(shí)也是肖特基二極管的陰極金屬電極。

在通過接觸孔的橫向截面上，縱向開設(shè)的溝槽上方設(shè)有絕緣介質(zhì)層14，該介質(zhì)層14與接觸孔13側(cè)壁之間設(shè)有介質(zhì)側(cè)墻，在介質(zhì)側(cè)墻下方且位于溝槽16與接觸孔13之間，向下依次設(shè)有N+源極區(qū)12和P型阱4，接觸孔13中填充有金屬與單胞陣列區(qū)域的上金屬層連接，單胞陣列區(qū)域的上金屬層形成MOS管源極金屬電極。

本發(fā)明的原理：N型溝槽MOFET器件的硅片由N型高摻雜濃度的N+單晶硅襯底上生長N型低摻雜濃度的N-外延層構(gòu)成，MOSFET漏極位于硅片底面高摻雜部分，源極位于硅片表面較低摻雜的外延層部分，柵極則由垂直于硅片表面的溝槽構(gòu)成。溝槽MOSFET芯片所能承受的最大反向偏置電壓由外延層的厚度和摻雜濃度決定，而導(dǎo)通電流的大小則由導(dǎo)電溝道的寬度，即溝槽的總邊長決定，在溝槽底部的肖特基接觸勢壘有肖特基金屬也N-外延層來決定，在有限面積下，溝槽周期排列以期獲得最大的有效邊長。包含有溝槽、源極的最小重復(fù)單元稱為單胞，每個(gè)單胞即為一個(gè)完整的MOSFET器件。這些單胞并聯(lián)在一起，構(gòu)成MOSFET芯片。

本發(fā)明通過在每個(gè)溝槽MOSFET單胞中的溝槽內(nèi)集成肖特基二極管結(jié)構(gòu)，肖特基二極管的接觸金屬在溝槽內(nèi)，并且在溝槽的底部，另外，MOS管的接觸金屬層將導(dǎo)電多晶硅分成兩部分，分別位于MOS管的源極金屬電極層的兩側(cè)，形成多晶硅層側(cè)面端，具有這種結(jié)構(gòu)的溝槽MOSFET在功率應(yīng)用中可以有效降低開關(guān)損耗和抑制尖峰電壓和尖峰電流的同時(shí)，使得芯片的電子器件集成度高；而且，MOS管的制作工藝簡單，與傳統(tǒng)方式相比，成本低，單胞集成度高。

總之，本發(fā)明將肖特基二極管結(jié)構(gòu)集成在每一個(gè)溝槽MOSFET單胞的溝槽中，在MOSFET單胞溝槽的底部形成肖特基接觸，結(jié)構(gòu)新穎，從而有效的節(jié)約硅表面面積，降低芯片成本，而且，減少了器件的柵-漏電荷Qgd，提升開關(guān)速度，減少溝槽底部的電場強(qiáng)度，提升耐壓，另外，MOS器件可以用低成本、工藝步驟簡單的方式制作得到，工藝簡單，容易大批量投入生產(chǎn)，其合理有效地利用MOS管的半導(dǎo)體空間，增加了MOS管的功能，降低了成本，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本發(fā)明提供了一種高速的溝槽MOS器件的制造方法，包括以下步驟：

在第一導(dǎo)電類型的N型高摻雜濃度的N+單晶硅襯底2上，生長第一導(dǎo)電類型的N型低摻雜濃度的N-外延層3；

在N-外延層3表面上生長第一介質(zhì)層后，對所述第一介質(zhì)層進(jìn)行光刻，定義出MOS管單胞陣列的溝槽區(qū)圖形；

通過干法刻蝕，去除未被光刻膠保護(hù)的第一介質(zhì)層，曝露出溝槽區(qū)圖形對應(yīng)的N-外延層3，再去除光刻膠后，保留下來的第一介質(zhì)層作為第一硬掩膜；

以所述第一硬掩膜作為阻擋層，在N-外延層3中的表面形成溝槽16，在所述溝槽16和N-外延層3的表面淀積一層為二氧化硅的第二介質(zhì)層，形成柵氧化層；

在所述柵氧化層上淀積摻雜類型為N型摻雜或者P型摻雜的導(dǎo)電多晶硅層，通過干法刻蝕導(dǎo)電多晶硅層以及柵氧化層，形成柵氧化層側(cè)面端5和柵氧化層底面端6，再通過掩膜光刻和刻蝕工藝，對位于所述溝槽中心區(qū)域的導(dǎo)電多晶硅進(jìn)行垂直刻蝕，直至多晶硅層表面在N-外延層3以下，形成多晶硅層側(cè)面端8和多晶硅層底面端，所述多晶硅層作為柵極連接層；

將P型雜質(zhì)離子注入到?jīng)]有第一硬掩膜覆蓋的所述N-外延層內(nèi)，然后通過快速退火處理，在所述N-外延層內(nèi)形成P型阱區(qū)層4，相鄰P型阱區(qū)層4之間的距離由第一硬掩膜在該方向上覆蓋的寬度尺寸決定；

在所述P型阱區(qū)層4的上方定義出N+源極區(qū)層12；

在N+源極區(qū)層12的表面及所述溝槽16的中心區(qū)域的剩余空間中，淀積第三介質(zhì)層，該第三介質(zhì)層為二氧化硅層，或者氮化硅層，或者二氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層；

位于所述N+源極區(qū)層12上方的第三介質(zhì)層形成絕緣介質(zhì)層14，對作為絕緣介質(zhì)層14的第三介質(zhì)層實(shí)施干法刻蝕，延伸至P型阱區(qū)層4的形成接觸孔13；位于所述溝槽16的中心區(qū)域的第三介質(zhì)層作為氧化層，對作為氧化層的第三介質(zhì)層實(shí)施干法刻蝕，刻蝕去除的第三介質(zhì)層的厚度等于淀積的所述柵氧化層的厚度，從而形成氧化層側(cè)面端7；其中，未被刻蝕的第三介質(zhì)層在所述第一硬掩膜結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成第一介質(zhì)側(cè)墻，所述第一硬掩膜和所述第一介質(zhì)側(cè)墻形成第二硬掩膜；其中，所述氧化層側(cè)面端7與所述多晶硅側(cè)面端8接觸，所述多晶硅層側(cè)面端7與所述柵氧化層側(cè)面端5接觸；

在所述溝槽16中，以第二硬掩膜為保護(hù)膜，采用干法刻蝕曝露出的導(dǎo)電的多晶硅底面端，直至所述溝槽內(nèi)的柵氧化層底面端6，接著對位于多晶硅底面端下方的柵氧化層底面端進(jìn)行干法刻蝕，直到N-外延層3；

采用濕法腐蝕方法，選擇性去除所述第二硬掩膜；

對整個(gè)硅表面實(shí)施光刻，用光刻膠保護(hù)MOS管單胞陣列區(qū)，同時(shí)在源極接觸孔處，去除光刻膠，對去除光刻膠處進(jìn)行干法腐蝕，直至到N-外延層表面，接著再對N-外延層進(jìn)行干法腐蝕，傳統(tǒng)N+源極區(qū)層，深入到P型阱區(qū)層，但不穿透P型阱區(qū)層，在對干法腐蝕后的區(qū)域進(jìn)行離子注入，以減少接觸電阻，去除光刻膠后，對源極處的接觸孔孔進(jìn)行金屬填充，先沉積第二金屬鈦粘結(jié)層，在第二金屬鈦粘結(jié)層上淀積第二氮化鈦?zhàn)钃鯇?，再接著沉積鎢金屬層以及鋁金屬層，靠近所述接觸孔的一側(cè)或者底部的所述P型阱區(qū)層4處設(shè)有P+接觸區(qū)，位于所述接觸孔13的側(cè)壁的第二金屬鈦粘結(jié)層和第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cN+源極區(qū)層12形成N+源極歐姆接觸，位于所述接觸孔13的側(cè)壁或者底部的第二金屬鈦粘結(jié)層和第二氮化鈦?zhàn)钃鯇优cP+接觸區(qū)形成P型阱的歐姆接觸；

在所述溝槽16的中心區(qū)域的表面均勻淀積第一金屬鈦粘結(jié)層11，與N-外延層3接觸，形成肖特基接觸，在第一金屬鈦粘結(jié)層11上淀積第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0，在第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0上淀積第一金屬鎢連接層，第一金屬鈦粘結(jié)層11、第一氮化鈦?zhàn)钃鯇?0及第一金屬鎢連接層形成肖特基接觸層；

在所述肖特基接觸層的上表面淀積金屬，其中位于所述肖特基接觸層的上方的金屬，形成源極金屬電極層9，所述源極金屬電極層9與所述肖特基接觸層組成接觸金屬層，所述接觸金屬層與所述氧化層側(cè)面端接觸；

在絕緣介質(zhì)層14的上表面淀積金屬鎢，金屬鎢填滿接觸孔13，然后采用干法刻蝕方法，選擇性去除金屬鎢，使作為絕緣介質(zhì)層14的第三介質(zhì)層曝露出來，接觸孔中依然填滿鎢，然后再淀積鋁層，或者摻雜有銅的鋁層，或者摻雜有銅和硅的鋁層，形成金屬區(qū)層15，即在所述絕緣介質(zhì)層14的上表面淀積和上一步驟同樣的金屬，形成金屬區(qū)層15，所述接觸金屬層通過所述源極金屬電極層9與所述金屬區(qū)層15連接，所述接觸孔13通過淀積的金屬與所述金屬區(qū)層15連接；

對金屬區(qū)層15實(shí)施光刻，用光刻膠保護(hù)MOS管單胞陣列區(qū)的源極金屬電極區(qū)域和MOS管單胞陣列區(qū)外圍的柵極金屬電極區(qū)域，即定義源極金屬電極區(qū)域和柵極金屬電極區(qū)域圖形；

采用干法刻蝕方法，選擇性去除未被光刻膠保護(hù)的金屬區(qū)層15，曝露出作為絕緣介質(zhì)層的第三介質(zhì)層，去除光刻膠后，留下的位于單胞陣列區(qū)域的金屬區(qū)層形成MOS管源極金屬電極，同時(shí)也是肖特基二極管的陽極金屬電極，留下的位于單胞陣列區(qū)域外圍的金屬區(qū)層形成MOS管柵極金屬電極；

在N+單晶硅襯底2的底面沉積金屬層，形成漏極區(qū)1，該金屬層形成MOS管漏極金屬電極，同時(shí)也是肖特基二極管的陰極金屬電極。

另外，在絕緣基質(zhì)層的上表面淀積金屬，形成金屬區(qū)層的具體步驟還可以是：絕緣介質(zhì)層的上表面淀積鋁層，或者摻雜有銅的鋁層，或者摻雜有銅和硅的鋁層，并填滿接觸孔。

本發(fā)明原理是：N型溝槽MOFET器件的硅片由N型高摻雜濃度的N+單晶硅襯底上生長N型低摻雜濃度的N-外延層構(gòu)成，MOSFET漏極位于硅片底面高摻雜部分，源極位于硅片表面較低摻雜的外延層部分，柵極則由垂直于硅片表面的溝槽構(gòu)成，溝槽MOSFET芯片所能承受的最大反向偏置電壓由外延層的厚度和摻雜濃度決定，而導(dǎo)通電流的大小則由導(dǎo)電溝道的寬度，即溝槽的總邊長決定,在溝槽底部的肖特基接觸勢壘由肖特基金屬也N-外延層來決定，在有限面積下，溝槽周期排列以期獲得最大的有效邊長。包含有溝槽、源極的最小重復(fù)單元稱為單胞，每個(gè)單胞即為一個(gè)完整的MOSFET器件。這些單胞并聯(lián)在一起，構(gòu)成MOSFET芯片。

本方法在每個(gè)溝槽MOSFET單胞中的溝槽內(nèi)集成肖特基二極管結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的溝槽MOSFET在功率應(yīng)用中可以有效降低開關(guān)損耗和抑制尖峰電壓和尖峰電流，而且，肖特基二極管的接觸金屬在溝槽內(nèi)，并且在溝槽的底部，結(jié)構(gòu)新穎，這樣的結(jié)構(gòu)能使器件的性能提升，同時(shí)還可以減少器件的柵-漏電荷Qgd，提升器件的開關(guān)速度，同時(shí)，還能降低溝槽底部的電場強(qiáng)度，從而提升器件的耐壓，本發(fā)明工藝步驟簡單，能大批量投入生產(chǎn)，降低成本，增加市場競爭力，使得本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。

此方法制作工藝簡單，制造的MOS器件有效地節(jié)約硅表面面積，與傳統(tǒng)方式相比，降低了芯片成本低，單胞集成度高。

總之，本發(fā)明中的溝槽MOS器件，可以用低成本、工藝步驟簡單的方式實(shí)現(xiàn)，并且可以獲得高性能和高可靠型的溝槽MOSFET器件，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本發(fā)明還有其他供選擇的實(shí)施例，這里就不再做詳細(xì)說明。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。