专利名称：沟槽mos器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，尤其是一种沟槽MOS器件。
背景技术：
公开号为CN1547765A的中国专利申请公开文件中，公开了一种带有肖特基的MOS 器件，其结构如图1所示，等效电路图如图2所示。该技术方案中，给MOSFET并联一个肖特 基二极管来降低整个器件的正向导通电压，从而来降低功率损耗。通过219b区域形成金属 和硅的直接接触，形成肖特基接触来降低整个器件的导通阻抗，但是这样的结构需要在芯 片表面另外的面积来实现。但是由于肖特基器件本身的金属和Si的直接接触会造成可靠 性问题，而且随着温度的升高，漏电流会急剧升高，所以导致了一些应用场合的失效。公开号为CN101226883A的中国专利申请公开文件中，公开了一种SBR(Super Barrier Rectifier)超势垒整流器件，其结构如图3所示，等效电路图如图4所示。该文件 所公开的技术方案中，主要的工作原理是利用MOS器件的栅极和漏极短接，在加正向电压 时，沟道快速开启，从而使整个期间能在较低电压下导通，提高了开关速度，在加反向电压 时，MOS管源/栅极短接，MOS管截止，与MOS管并联的PN结负担反向偏压，反向漏电由PN 结决定。如图3所示，通过金属3将漏极21和栅极26短接，器件快速开启，形成低的导通 电压。在反向时，器件截止，可以承受大的反向电压。由于超势垒整流器件的低导通压降是由于MOS器件的低开启电压引起，所以可以 通过调整MOS管的Vth来调整导通压降，调整方法可以通过调整本体66注入剂量来调整。 另外因为势垒通过栅极氧化56和栅极多晶26，导致热稳定性和浪涌能力比传统的肖特基 需要直接金属和硅本体接触要好很多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽MOS器件，能够具有很好的可靠性和 浪涌能力，提升器件的性能，并且具有很高的集成度。为解决上述技术问题，本发明沟槽MOS器件的技术方案是，包括多个MOS管单元， 所述多个MOS管单元所在的区域中，从下到上依次包括漏极金属、N型衬底、N型外延层，在 所述MOS管单元所在的位置，所述N型外延层上还有P型MOS管本体，多个MOS管沟槽贯穿 所述P型MOS管本体到达N型外延层，在MOS管沟槽和P型MOS管本体上设置有MOS管的 源极和栅极，在所述MOS管单元旁边的N型外延层上还有SBR整流器件，其中包括N型外延 层上的多个SBR沟道，每个SBR沟道上方都包括与N型外延层接触的SBR栅氧化层和该栅 氧化层上面的SBR多晶硅栅，所述SBR沟道之间还包括有P型SBR本体，在P型SBR本体与 所述SBR栅氧化层相接触的位置还有SBR源漏区，源极金属将所述MOS管的源极、SBR多晶 硅栅以及SBR源漏区短接。本发明将沟槽MOS管与SBR整流器集成在一起，大大提高了沟槽MOS器件的可靠 性和浪涌能力，并且提高了器件的集成度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为现有带有肖特基的MOS管器件的结构示意图；图2为图1所示器件的等效电路图；图3为现有的SBR整流器的结构示意图；图4为图3所示器件的等效电路图；图5为本发明沟槽MOS器件的结构示意图；图6为本发明图5所示器件的等效电路图；图7 图12为制作本发明沟槽MOS器件的示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种沟槽MOS器件，包括多个MOS管单元，如图5所示，所述多个MOS 管单元所在的区域中，从下到上依次包括漏极金属101、N型衬底100、N型外延层102，在 所述MOS管单元所在的位置，所述N型外延层上还有P型MOS管本体103，多个MOS管沟槽 104贯穿所述P型MOS管本体103到达N型外延层102，在MOS管沟槽104和P型MOS管本 体103上设置有MOS管的源极105和栅极，在所述MOS管单元旁边的N型外延层102上还 有SBR整流器件，其中包括N型外延层102上的多个SBR沟道，每个SBR沟道上方都包括与 N型外延层102接触的SBR栅氧化层106和该栅氧化层106上面的SBR多晶硅栅107，所述 SBR沟道之间还包括有P型SBR本体110，在P型SBR本体110与所述SBR栅氧化层106相 接触的位置还有SBR源区111，源极金属109将所述MOS管的源极105、SBR多晶硅栅107以 及SBR漏区111短接。所述漏极金属为钛，镍以及银。所述N型外延层的电阻率为0. 02欧姆·厘米 20欧姆·厘米，厚度从3微米到 40微米。所述P型MOS管本体注入元素为硼，剂量从6E12cnT2到5E13cnT2，能量从60keV到 300keVo所述MOS管源极的注入元素为砷，剂量从5E14cnT2到8E15cnT2，能量从40keV到 IOOkeV0所述P型SBR本体的注入元素为硼，剂量从lE12cnT2到5E13cnT2，能量从30keV到 IOOkeV0为了实现本发明超势垒整流器和MOSFET器件芯片级别的整合，可以采用如下方 法进行制作第一步，形成MOS管的沟槽。如图7所示，在掺杂浓度为lE19cnT2到5E20cnT2的N 型衬底上，有N型外延层，其电阻率为0. 02欧姆·厘米 20欧姆·厘米，厚度从3微米到 40微米。然后在硅片表面生长一层氧化硅作为沟槽刻蚀的掩蔽层，进行沟槽的光刻，再将 氧化膜刻蚀开。去除光刻胶，进行沟槽干法刻蚀，深度在0. 8um-2um之间，然后去除掩蔽层 氧化膜，在90(TC 950°C进行牺牲氧化膜生长，之后去除牺牲氧化膜。再生长栅极氧化膜， 温度在900°C 1050°C之间，厚度从100 A到1000 A，之后生长栅极多晶硅，进行多晶硅回刻，在MOSFET本体注入区通过光刻定义图形，MOSFET本体区注入，剂量大概为6E12cnT2到 5E13cnT2，能量从 60keV 到 300keV。第二步，超势垒整流区成型。如图8所示，先进行氧化膜干法刻蚀使上表面硅暴 露出来，在炉管中生成一层80A IOOA的栅极氧化膜，作为超势垒整流器的栅极氧化膜。 生长一层厚度为1000A 2000A的多晶硅，用做超势垒整流器的栅极多晶硅，通过光刻来 定义超势垒整流器的栅极，再通过干法刻蚀形成超势垒整流器的栅极。然后在去胶之间进 行超势垒整流器的漏极和本体注入，其中漏极注入元素为砷，剂量从lE14cm_2到5E14cm_2， 能量从20keV到50keV ；本体注入元素为硼，剂量从lE12cnT2到lE13cnT2，能量从30keV到 IOOkeV ；最后在光刻胶去除后进行本体注入后的推进，温度范围为1000°C 1200°C，如图 9，10所示。第三步，MOSFET源区形成。如图11所示，通过光刻定义MOSFET源区区域；通过 离子注入形成MOSFET源区，注入元素为砷，剂量从5E14cnT2到8E15cnT2，能量从40keV到 IOOkeV,然后进行光刻胶去除，之后源区注入后的推进，温度为900°C 950°C。第四步，接触孔形成。如图12所示，常压化学反应气相沉积生长^3OOOA
氧化膜作为层间膜的一部分，亚常压化学反应气相沉积生长2000A 4000A的硼磷硅玻璃 (BPSG)，硼的质量百分比浓度为7 10 ；磷的质量百分比浓度为4 6。在900°C 950°C 炉管中进行硼磷硅玻璃的回流提高平坦度，通过光刻定义接触孔区域，然后用干法刻蚀进 行接触孔刻蚀，在MOSFET区域刻蚀到硅片表面，在超势垒整流器区域全部刻开到硅表面和 栅极多晶硅表面。接触孔区进行离子注入形成欧姆接触。注入元素为BF2，剂量为IEHcnT2 到3E15cnT2，能量为40keV 60keV。在900°C 950°C炉管中进行硼磷硅玻璃的再次回流 以提高方面金属填充的型貌，同时完成接触孔注入激活。第五步，正面和背面金属化。用物理溅射方法形成正面金属接触缓冲层钛/氮化 钛，厚度范围为IOOA 500A的钛和400A 1000A的氮化钛，并用灯退火进行金属的退火 处理以形成好的欧姆接触效果。用物理溅射方法形成正面金属铝层，厚度从2微米到5微 米。用光刻工艺定义要刻开的区域，以完成正面金属栅极和源极的分离。光刻胶去除后在 400°C 500°C的炉管中进行金属合金化处理。正面贴膜后对背面进行机械减薄处理，减薄 的最终厚度通常在100 300微米。揭开正面贴膜，并对背面进行表面清洗去处损伤层。用 热蒸发法进行背面金属沉积，背面金属通常为钛/镍/银。这样得到如图5所示的器件结 构。综上所述，本发明将沟槽MOS管与SBR整流器集成在一起，大大提高了沟槽MOS器 件的可靠性和浪涌能力，并且提高了器件的集成度。
权利要求
1.一种沟槽MOS器件，其特征在于，包括多个MOS管单元，所述多个MOS管单元所在的 区域中，从下到上依次包括漏极金属、N型衬底、N型外延层，在所述MOS管单元所在的位置， 所述N型外延层上还有P型MOS管本体，多个MOS管沟槽贯穿所述P型MOS管本体到达N型 外延层，在MOS管沟槽和P型MOS管本体上设置有MOS管的源极和栅极，在所述MOS管单元 旁边的N型外延层上还有SBR整流器件，其中包括N型外延层上的多个SBR沟道，每个SBR 沟道上方都包括与N型外延层接触的SBR栅氧化层和该栅氧化层上面的SBR多晶硅栅，所 述SBR沟道之间还包括有P型SBR本体，在P型SBR本体与所述SBR栅氧化层相接触的位 置还有SBR源漏区，源极金属将所述MOS管的源极、SBR多晶硅栅以及SBR源漏区短接。
2.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于，N型衬底的电阻率为0.001-0.01 欧姆.厘米。
3.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于，所述漏极金属为钛或镍或银。
4.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于，所述N型外延层的电阻率为0.02 欧姆·厘米 20欧姆·厘米，厚度从3微米到40微米。
5.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于，所述P型MOS管本体注入元素为 硼，剂量从 6E12cnT2 到 5E13cnT2，能量从 60keV 到 300keV。
6.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于，所述MOS管源极的注入元素为 砷，剂量从 5E14cnT2 到 8E15cnT2，能量从 40keV 到 lOOkeV。
7.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于，所述P型SBR本体的注入元 素为硼，剂量从lE12cm_2到5E13cm_2，能量从30keV到lOOkeV，漏极注入元素为砷，剂量从 IEHcnT2 到 5E14cm_2，能量从 20keV 到 50keV。
全文摘要
本发明公开了一种沟槽MOS器件，包括多个MOS管单元，在所述MOS管单元旁边的N型外延层上还有SBR整流器件，其中包括N型外延层上的多个SBR沟道，每个SBR沟道上方都包括与N型外延层接触的SBR栅氧化层和该栅氧化层上面的SBR多晶硅栅，所述SBR沟道之间还包括有P型SBR本体，在P型SBR本体与所述SBR栅氧化层相接触的位置还有SBR漏区，源极金属将所述MOS管的源极、SBR多晶硅栅以及SBR漏区短接。本发明将沟槽MOS管与SBR整流器集成在一起，大大提高了沟槽MOS器件的可靠性和浪涌能力，并且提高了器件的集成度。
文档编号H01L27/06GK102110687SQ20091020204
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者张朝阳, 殷建斐 申请人:上海华虹Nec电子有限公司