[发明专利]超高元胞密度深沟槽功率MOS器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率MOS器件及其制造方法，尤其是一种超高元胞密度深沟槽功率MOS器件及其制造方法，属于半导体器件的技术领域。

背景技术

沟槽功率MOS器件具有集成度高、导通电阻低、开关速度快、开关损耗小的特点，广泛应用于各类电源管理及开关转换。随着工业的发展，全球变暖导致气候环境越来越恶劣，各国开始越来越重视节能减碳和可持续发展，因此对于功率MOS器件的功耗及其转换效率要求越来越高，在应用频率不高的情况下，功耗主要由导通损耗决定，导通损耗主要受制于特征导通电阻大小的影响；其中，特征导通电阻越小，导通损耗越小。

降低特征导通电阻的有效方法之一是通过提高元胞密度，增加单位面积总有效宽度，从而达到降低特征导通电阻的目的。提高元胞密度即需降低相邻元胞间距（pitch），目前现有国内外量产的最小pitch在1.0μm左右，现有技术再向下降低受制于光刻工艺能力和光刻机对位精度，光刻工艺能力主要指能曝光出最小的沟槽线宽和接触孔线宽，对位精度主要指孔曝光时孔与元胞沟槽的对位精度。目前国内量产工艺能曝光并能保持刻蚀后形貌良好的最小元胞沟槽线宽约0.25μm，最终刻蚀并制作牺牲氧化层和绝缘栅氧化层后，沟槽线宽约0.4μm，国内量产能曝光并能保持刻蚀后形貌良好的最小元胞接触孔线宽约0.25μm，248nm DUV光刻机对位精度在60nm左右，为保证足够工艺窗口，元胞接触孔到最终做完绝缘栅氧化层元胞沟槽的间距至少为0.09μm，这样现有技术工艺，最小能达到的pitch约为0.83μm，很难进一步降低。

因此，如何通过改进器件设计，克服工艺能力局限，来提高元胞密度，降低导通电阻成为本技术领域技术人员的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种超高元胞密度深沟槽功率MOS器件及其制造方法，其结构紧凑，元胞密度仅受制于元胞沟槽的最小线宽和间距，不受制于接触孔线宽和孔到元胞沟槽的对位精度，元胞密度至少可达2G/inch²，可大幅度降低特征导通电阻。

按照本发明提供的技术方案，所述超高元胞密度深沟槽MOS器件，在所述功率MOS器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的元胞区及终端保护区，所述元胞区位于半导体基板的中心区，所述终端保护区环绕包围元胞区；在所述功率MOS器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述第一主面与第二主面间包括第一导电类型漏极区及位于所述第一导电类型漏极区上方的第一导电类型外延层，第一导电类型外延层对应的表面形成第一主面，第一导电类型漏极区对应的表面形成第二主面；第一导电类型外延层内的上部设有第二导电类型阱层；元胞区内包括若干并联设置的元胞，所述元胞区内的元胞采用沟槽结构，元胞沟槽位于第二导电类型阱层，深度伸入第二导电类型阱层下方的第一导电类型外延层；相邻元胞沟槽的侧壁上方设有第一导电类型源极区，所述第一导电类型源极区与元胞沟槽的侧壁相接触；其创新在于： 

在所述功率MOS器件的截面上，所述元胞沟槽的内壁及底部生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的元胞沟槽内淀积有导电多晶硅；在所述半导体基板的第一主面上淀积绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖于元胞沟槽的槽口并覆盖于半导体基板的第一主面；

在所述功率MOS器件的截面上，所述元胞沟槽的上方设置有源极接触孔，所述源极接触孔包括至少一个第一源极接触孔，所述第一源极接触孔从元胞沟槽上方相应的绝缘介质层表面向下延伸到半导体基板的第一主面；在所述源极接触孔的上方淀积有源极金属，所述源极金属填充于第一源极接触孔内，并覆盖相应的绝缘介质层上；源极金属与第一导电类型源极区及第二导电类型阱层欧姆接触，且源极金属与元胞沟槽内的导电多晶硅通过绝缘介质层相绝缘隔离。

在所述功率MOS器件的截面上，所述导电多晶硅在元胞沟槽内的深度小于元胞沟槽的深度，绝缘介质层填充于元胞沟槽的槽口部且覆盖于第一主面上；通过刻蚀元胞沟槽槽口及相邻元胞沟槽间的绝缘介质层并延伸到第一主面形成第一源极接触孔；元胞沟槽内的导电多晶硅通过位于元胞沟槽槽口内的绝缘介质层与源极金属相绝缘隔离。

所述源极接触孔包括第二源极接触孔，所述第二源极接触孔位于相邻的元胞沟槽间，且第二源极接触孔从绝缘介质层的表面延伸进入半导体基板内；源极金属填充于第二源极接触孔内，并与第一导电类型源极区及第二导电类型阱层欧姆接触。