能实现电流双向流通的功率mosfet器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，尤其是一种能实现电流双向流通的功率MOSFET器件及其制造方法，属于功率半导体器件的技术领域。
【背景技术】
[0002]垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)是一种公知的半导体功率MOSFET器件，因其易驱动、低损耗等优点被广泛地应用于各类电子电路当中。VDMOS是一个电压驱动型的三端器件，包括栅极、源极和漏极，器件导通工作时，栅极施加一个驱动电压，在器件的源漏之间形成沟道，同时漏极施加一个相对于源极的电压Vds使得载流子在源极与漏极直接流动形成电流；器件耐压工作时，栅极上的驱动电压撤除，源漏间的沟道消失，漏源间的电压Vds通过漏源间的PN结来承受。
[0003]VDMOS器件的源极连接于源极区，漏极连接于漂移区，其中源极区和漂移区具有相同的杂质类型，源极区和漂移区之间则是被具有相反杂质类型的阱区(Body)所分隔，阱区的结深要深于源极区的结深，并且它们在栅极表面处的结深差形成沟道区，源极区-阱区-漂移区的结构还会形成一个寄生的双极型晶体管，源极区对应为发射极，阱区对应为基极，漂移区对应为集电极，为了避免这个寄生三极管在VDMOS工作时被误导通，现有的VDMOS器件结构中都会将阱区与源极区短接在一起，这样就确保了寄生三极管的发射结不会正向偏置，避免三极管的导通。广泛使用的将源极区和阱区短接在一起的方法是在器件表面设置源极接触孔，源极接触孔内填充的源极金属同时与源极区和阱区电性接触，保持它们具有相等电位，如图43中的沟槽型VDMOS (Trench VDMOS)器件和图44平面型VDMOS(Planar VDM0S)器件的元胞剖面示意图。
[0004]图43中，沟槽型VDMOS包括MOS沟槽103，所述MOS沟槽103位于沟槽P阱104内并在所述沟槽P阱104内垂直向下延伸，MOS沟槽103的槽底位于沟槽P阱104下方的N型漂移区11内。在MOS沟槽103内包括沟槽栅氧化层106以及沟槽导电多晶硅体105，沟槽栅氧化层106生长在MOS沟槽103的内壁，沟槽导电多晶体体105填充在生长有沟槽栅氧化层106的MOS沟槽103内；在MOS沟槽103的槽口设置沟槽绝缘介质体106，在MOS沟槽103外壁的侧上方均设有沟槽N型注入区107，沟槽源极金属层109覆盖在沟槽绝缘介质体106上，并分别与沟槽N型注入区107、沟槽P阱104欧姆接触，从而得到栅极端100、源极端101以及漏极端102，漏极端102与漏极金属9电连接。
[0005]如图44中，平面型VDMOS包括位于N型漂移区11上方的平面P阱110，在平面P阱110内的上方设有平面N型注入区111，所述平面N型注入区111与上方的栅结构部分交叠，栅结构包括平面栅氧化层115以及覆盖在所述平面栅氧化层115上的平面导电多晶硅体114，所述平面导电多晶硅体114以及平面栅氧化层115均被平面绝缘介质体112所包尾覆盖。在平面绝缘介质体112上设置有平面源极金属层113，所述平面源极金属层113与平面N型注入区111以及平面P阱110欧姆接触。平面导电多晶硅体114通过平面栅氧化层115还与平面P阱110以及N型漂移区11相交叠。
[0006]传统的VDMOS器件在导通工作时，载流子的移动都是单向的，即都是由器件的源极向漏极移动，因此，对于给定类型的VDMOS器件，导通工作时的电流流通也是单向的，然而在一些特定电路中，电路设计者希望MOSFET器件能够实现双向的电流流通，并且电流都是流经沟道，那么现有的VDMOS器件就无法实现。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种能实现电流双向流通的功率MOSFET器件及其制造方法，其可以实现电流在源极与漏极之间的双向流通，流通路径均是通过沟道，并且其制造工艺简单，成本低廉，宜于批量生产。
[0008]按照本发明提供的技术方案，所述能实现电流双向流通的功率MOSFET器件，在所述MOSFET器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的元件区以及终端保护区，所述终端保护区位于元件区的外圈，且终端保护区环绕包围元件区；在所述MOSFET器件的截面，所述半导体基板包括位于上部的第一导电类型漂移区以及位于下部的第一导电类型衬底层，所述第一导电类型衬底层邻接第一导电类型漂移区；第一导电类型漂移区的上表面形成半导体基板的第一主面，第一导电类型衬底层的下表面形成半导体基板的第二主面；其创新在于:
在所述MOSFET器件的俯视平面上，元件区包括相互绝缘隔离的栅极金属区、源极金属区以及体极金属区，在所述源极金属区内包括用于形成源极的源极金属以及位于所述源极金属下方的多个呈平行分布的元胞；
在所述MOSFET器件的截面上，元胞包括位于第一导电类型漂移区内上方的第二导电类型第一阱区、位于所述第二导电类型第一阱区内上方的第一导电类型注入区以及MOS栅结构；源极金属与第一导电类型注入区电连接，且第一导电类型注入区将源极金属与第二导电类型第一阱区隔离；
在所述MOSFET器件的截面上，体极金属区包括位于第一导电类型漂移区内上方的第二导电类型第二阱区以及位于所述第二导电类型第二阱区上方的体极金属，第二导电类型第二阱区与第二导电类型第一阱区等电位，且第二导电类型第二阱区与体极金属电连接。
[0009]在所述半导体基板的第二主面设置漏极金属，所述漏极金属与第一导电类型衬底层欧姆接触。
[0010]源极金属区内的元胞呈条形，所述MOS栅结构为沟槽型栅结构或平面型栅结构。[0011 ] 所述MOS栅结构为沟槽型栅结构时，所述MOS栅结构包括元胞沟槽，所述元胞沟槽由第一主面垂直向下延伸，且元胞沟槽的槽底位于第二导电类型第一阱区的下方；在元胞沟槽的内壁覆盖有沟槽绝缘栅氧化层，并在覆盖有沟槽绝缘栅氧化层的元胞沟槽内填充有沟槽导电多晶硅，在所述元胞沟槽的槽口覆盖有沟槽绝缘介质层，绝缘栅氧化层以及导电多晶硅通过沟槽绝缘介质层与源极金属相绝缘隔离。
[0012]所述MOS栅结构为平面型栅结构时，所述MOS栅结构包括位于第一主面上的平面绝缘栅氧化层，在所述平面绝缘栅氧化层上覆盖有平面导电多晶硅，所述平面绝缘栅氧化层以及平面导电多晶硅均包覆在平面绝缘介质层内，平面绝缘介质层支撑在第一主面上；平面绝缘栅氧化层与第一导电类型注入区、第一导电类型漂移区以及第二导电类型第一阱区相交叠。
[0013]所述第二导电类型第一阱区与第二导电类型第二阱区属于同一制造层，源极金属与体极金属间相互不接触。
[0014]一种能实现电流双向流通的功率MOSFET器件的制造方法，所述功率MOSFET器件的制造方法包括如下步骤:
a、提供具有两个相对主面的半导体基板，两个相对主面包括第一主面与第二主面，在第一主面与第二主面间包括第一导电类型衬底层以及邻接位于所述第一导电类型衬底层的第一导电类型漂移区，第一导电类型漂移区的上表面形成第一主面，第一导电类型衬底层的下表面形成第二主面；
b、在上述半导体基板的第一主面上制作形成MOSFET器件的MOS栅结构；
C、在上述半导体基板的第一主面上，自对准注入第二导电类型杂质离子，并通过高温推推结形成第二导电类型阱区，所述第二导电类型阱区包括位于形成源极金属区内的第二导电类型第一阱区以及位于体极金属区内的第二导电类型第二阱区，所述第二导电类型第一阱区与第二导电类型第二阱区间等电位连接；
d、在上述半导体基板的第一主面上，进行源区光刻，并注入第一导电类型杂质离子，以通过高温推结形成分布于第二导电类型第一阱区内上部的第一导电类型注入区；
e、在上述半导体基板的第一主面上，淀积绝缘介质层；
f、对上述绝缘介质层进行接触孔光刻和刻蚀，以形成所需的源极接触孔以及体极接触孔；
g、在上述半导体基板的第一主面上方淀积金属，进行金属光刻与刻蚀，形成所需的金属层，所述金属层包括源极金属以及体极金属，所述源极金属填充在源极接触孔内，并与第一导电类型注入区电连接；体极金属填充在体极接触孔内，且体极金属与下方的第二导电类型第二阱区电连接，体极金属与源极金属相互绝缘隔离；
h、在上述半导体基板的第二主面上淀积漏极金属。
[0015]所述