[发明专利]一种使用球形沟槽的功率器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沟槽型功率器件及其制造方法，特别涉及一种使用球形沟槽的功率器件及其制造方法，属于半导体功率器件领域。

背景技术

随着微电子技术的不断发展，功率MOS晶体管以其输入阻抗高、低损耗、开关速度快、无二次击穿、安全工作区宽、动态性能好、易与前极耦合实现大电流化、转换效率高等优点，逐渐替代双极型器件成为当今功率器件发展的主流。现在的功率器件主要有平面扩散型MOS晶体管(LDMOS)和沟槽型MOS晶体管(Trench MOS)等类型。沟槽型MOS晶体管因为采用了垂直的沟道，器件的面积可以比平面扩散型MOS晶体管大很多，因此其电流密度可以得到很大的提高。但是沟槽型MOS晶体管管的栅极和漏极的重合面积比较大，导致栅极寄生电容增大，这使得沟槽型MOS晶体管在导通、关闭时的功耗上升。

为了降低沟槽型MOS晶体管栅极与漏极之间的寄生电容，美国专利6,882,004B2中提出了先将MOS晶体管的沟槽深度延长，再形成做填充用的多晶硅，然后形成栅极的方法，其工艺过程为：

首先，提供一个半导体衬底，所述半导体衬底包括具有第一种掺杂类型的硅层101和具有第二种掺杂类型的硅层102，所述第一种掺杂类型为n型或p型，所述第二种掺杂类型为p型或n型。然后在提供的半导体衬底上形成器件的凹槽区域103，接着形成一层场氧化层104，比如为二氧化硅。再淀积氮化硅材料105作为填充介质，并对氮化硅进行刻蚀，使得氮化硅的表面低于硅层102的表面。然后对场氧化层104进行刻蚀，形成如图1a所示的结构。

接下来，形成一层栅氧化层106，比如为氧化硅。接着，在凹槽区域内填充多晶硅材料107，并对多晶硅进行回刻。然后，对栅氧化层106进行刻蚀形成如图1b所示的结构。

接下来，剥除剩余的氮化硅材料105，然后形成一层绝缘氧化物108，绝缘氧化物108覆盖栅氧化层106和场氧化层104，如图1c所示。

接下来，淀积一层多晶硅材料109，然后对多晶硅109和绝缘氧化物108进行刻蚀，然后淀积多晶硅材料110，将之前刻蚀形成的凹槽区域103完全填满，如图1d所示。

最后，形成器件的源区，并形成金属接触电极，该工艺是业界所熟知的，在此我们没有画图示出。

美国专利6,882,004B2中提出的功率器件可以使得栅极与漏极之间的寄生电容得到降低。但是其制造工艺过程复杂，而且电场集中于凹槽和主结的交汇处，容易击穿。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种功率器件，该功率器件可以改善现有沟槽型功率器件栅极寄生电容大、容易击穿的问题。

为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种使用球形沟槽的N型MOS器件，包括：

一个半导体衬底；

位于所述半导体衬底部的漏区；

位于所述半导体衬底内的凹槽结构；

覆盖在所述凹槽之内的栅极；

位于所述栅极与半导体衬底之间的栅介质层；

位于所述凹槽两侧的，衬底顶部的源区；

将所述源区和漏区隔开的P型掺杂阱；

以及将所述P型掺杂阱引出到半导体衬底顶部的高浓度P型掺杂区。

进一步地，所述凹槽的下半部分嵌在漏区中并呈圆形或者椭圆形；所述P型掺杂阱被所述凹槽隔开处的垂直表面形成所述功率器件的垂直沟道；位于所述凹槽下半部分处的栅介质层厚度明显厚于所述垂直沟道处的栅介质层厚度；所述栅介质层是氧化硅或者氮化硅，其厚度为1-50纳米。

更进一步地，所述栅极覆盖在所述栅介质层之上，并填充满整个凹槽；或者所述凹槽的下半部分被绝缘介质填充，所述栅极覆盖在所述绝缘介质之上，所述绝缘介质为氧化硅或者为氮化硅。

本发明所提出的沟槽型MOS功率器件使用圆形或者椭圆形的沟槽底部，使得电场的分布更加分散，降低了凹槽底部的最大电场。同时，在沟道处使用薄的栅介质层，在圆形或椭圆形的沟槽底部使用厚的栅介质层，使得栅极寄生电容得到减小，从而降低了开关功耗，提高了器件的开关速度。

本发明还提出了上述沟槽型功率器件的制造方法，包括：

提供一个半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成第一种绝缘介质；

淀积形成第一层光阻层；

掩膜曝光后刻蚀第一种绝缘介质，直至露出半导体衬底；

刻蚀半导体衬底形成开口结构；

剥除剩余的第一层光阻层；

在所述开口内氧化形成一层牺牲介质层；