專利名稱：改善溝槽功率mos器件柵電極金屬層粘附性的結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體溝槽功率MOS器件，特別涉及一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層(金屬連線)粘附性的結構.
背景技術：
在溝槽功率MOS器件封裝中，引線壓焊(Wire bonding )通常采用金線或銅線或鋁線.銅線比金線具有價格優勢，引線壓焊中使用的各種規格的銅絲成本只有金線的1/3~1/10。在電學和熱學性能上，銅的電導率為0.62 ( μΩ/cm)-1，比金的電導率0.42 (μΩ/cm)-1大，同時銅的熱導率也高于金，因此在直徑相同的條件下銅引線可以承栽更大電流，非常適用于溝槽功率MOS 器件。在機械性能上，銅引線相對金引線的高剛度使得其更適合細小引線壓焊.另外，在焊點金屬間化合物上，同等條件下銅/鋁界面的金屬間化合物生長速度比金/鋁界面的慢10倍，因此，銅絲球焊焊點的可靠性要高于金絲球焊焊點.但由于銅的硬度、屈服強度等物理參數高于金和鋁，在壓焊打線過程 中，球剪切力至少比金線高35%，而銅線的拉力值比金線高50%以上，容易引起金屬層剝落，形成彈坑.
傳統溝槽功率MOS器件柵電極通常采用如圖1所示結構.該結構從截面上看，絕緣介質層9位于絕,氧化層10上，柵電極金屬層8位于該絕緣介質層9上方，由于該絕緣介質層9無高低起伏，金屬與該絕緣介質層9的粘附力較小，在壓焊打線時抗拉能力較弱.因此，如何在保證產品性能前提下，提高柵電極金屬層與絕緣介質層的粘附力，并防止金屬層在壓焊過程中剝落是本實用新型研究的問題。
發明內容
本實用新型提供一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構，其目的是通過改進柵電極下方的結構設計，來提高柵電極金屬層與絕緣介質層之間的粘附力，以防止柵電極金屬層在金屬引線壓焊過程中剝落。
為達到上述目的，本實用新型采用的笫一技術方案是 一種改善溝槽功率 MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構，從截面上看，該結構自上而下包含柵電極金屬層、絕緣介質層、絕緣柵氧化層、第二導電類型摻雜層以及笫一導電類型外延層，其創新在于
在柵電極金屬層下方的絕緣介質層上開有接觸孔，柵電極金屬層從該接觸孔中向下延伸至導電多晶硅頂部，并與導電多晶硅直接相連；所述導電多晶硅淀積于溝槽中，該溝槽位于笫二導電類型摻雜層，溝槽底部伸入第一導電 類型外M，溝槽內壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅。
為達到上述目的，本實用新型采用的第二技術方案是 一種改善溝槽功率 MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構，從截面上看，該結構自上而下包含柵 電極金屬層、絕緣介質層、絕緣柵氧化層、第二導電類型摻雜層以及笫一導 電類型外延層，其創新在于
在柵電極金屬層下方設有溝槽，溝槽位于第二導電類型摻雜層，溝槽底部 伸入笫一導電類型外延層，溝槽內壁表面生長有絕^#氧化層，溝槽內淀積 有導電多晶硅；導電多晶硅頂部相對于溝槽具有凹陷區，該凹陷區使絕緣介 質層對應的上表面形成凹陷，柵電極金屬層在該凹陷處向下延伸并沉積在凹 陷中。
上述第一和第二技術方案中，所述"笫一導電類型"和"第二導電類型" 兩者中，對于N型MOS管第一導電類型指N型，笫二導電類型指P型；對 于P型MOS管第一導電類型指P型，第二導電類型指N型。第一技術方案 中的溝槽型導電多晶硅與接觸孔，以及笫二技術方案中的柵電極金屬層粘附 性的結構溝槽型導電多晶硅與凹陷，在數量上不限于一個，可以多個排列布 置在柵電極金屬層下方。
由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點和效
果
1、 本實用新型笫一種方案在柵電極金屬層下方設有接觸孔，柵電極金屬 層從該接觸孔中向下延伸至導電多晶硅頂部，并與導電多晶硅直接相連。從 而增加了柵電極金屬層與絕緣介質層的接觸面積，同時柵電極金屬層與絕緣 介質層形成楔和，大大增加了柵電極金屬層與絕緣介質層的粘附力。對于第 二種方案，由于導電多晶硅位于溝槽中，且在刻蝕導電多晶硅的過程中存在 過刻蝕，使絕緣介質層對應的上表面形成較深的凹陷，柵電極金屬層在該凹 陷處向下延伸并沉積在凹陷中，使得絕緣介質層上表面有高低起伏，增大了 柵電極金屬層與絕緣介質層的接觸面積，同時由于柵電極金屬層與高低起伏 的絕緣介質層間形成楔和，因此也大大提高了柵電極金屬層與絕緣介質層間 的粘附力，可以有效防止柵電極金屬層在銅引線壓焊過程中因存在較大拉拔 力而造成的剝落.
2、 本實用新型中的溝槽型導電多晶硅和溝槽導電多晶硅正上方接觸孔或 凹陷的形成，無需額外增加光刻版，因此未增加制造成本.
附圖i為溝槽功率MOS器件平面布局示意附圖2為現有溝槽功率MOS器件的柵電極區域結構及單胞截面示意附圖3為實施例一大功率N型MOS器件的柵電極區域結構及單胞截面示
意附圖4為實施例二大功率N型MOS器件的柵電極區域結構及單胞截面示 意圖.
以上附圖中1、源極；2、柵極；3、終端保護結構；4、現有柵電極區域 結構；5、單胞；6、實施例一柵電極區域結構；7、實施例二柵電極區域結構； 8、柵電極金屬層；9、絕緣介質層；10、絕,氧化層；11、 P型摻雜層； 12、 N型外H 13、 N型襯底；14、溝槽型導電多晶硅；15、溝槽；16、導 電多晶砝；17、接觸孔；18、凹陷。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述
實施例一 一種改善溝槽功率N型MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構
如圖1所示， 一種溝槽功率MOS器件平面布局示意圖，從該圖中可以看 出有源區中設有源極l和柵極2，源極l下面設有大量單胞(圖中未畫出)， 有源區外圍設有終端保護結構3。本實施例主要是針對柵極2結構的改進。
如圖3所示，左半部為實施例一柵電極區域結構6 (右半部為單胞5)，從 截面上看，該結構自上而下包含柵電極金屬層8、絕緣介質層9、絕^#氧化 層10、 P型摻雜層ll (P阱層)、N型外延層12以及N型襯底13.在柵電極 金屬層8下方設有溝槽15，溝槽15位于P型摻雜層11，溝槽15底部伸入N 型外Ml2，溝槽15內壁表面生長有絕,氧化層IO，溝槽15內淀積有導 電多晶硅16,以此形成溝槽型導電多晶硅14.在溝槽型導電多晶硅14正上 方的絕緣介質層9上開有接觸孔17,柵電極金屬層8從該接觸孔17中向下延 伸至導電多晶硅16頂部，并與導電多晶硅16直接相連，以此形成柵電極金 屬層8與絕緣介質層9層間的楔和.本實施例在整個柵電極金屬層8下方設 有十個以上這樣的結構組成陣列.
本實施例溝槽功率N型MOS器件制造方法包括以下步驟
第一步，在N-型外延層上通過沉積或生長形成硬4^膜，其中硬掩膜可以采 用LPTEOS或熱氧化二氧化硅加化學氣相沉積二氧化硅或熱氣化二氧化硅 加氮化硅，其后通過光刻和各向異性刻蝕形成硬掩模；
第二步，以二氣化硅作為硬掩膜刻蝕形成深溝槽.溝槽采用各向異性刻蝕
形成垂直側壁(通常在88度左右)；
第三步，形成柵氧化層，淀積導電多晶硅.柵氧化/多晶硅淀積采用現有普 通工藝。
第四步，全面性刻蝕多晶硅，形成柵電極，多晶硅刻蝕是圃片全面性各向 異性刻蝕；
第五步，注入p型雜質，并推阱，形成P阱層。
第六步，制作光刻膠，并用源極光刻版定義出源極區域，其后注入N型雜 質離子形成源極，通常注入的離子為砷。
第七步，淀積層間絕緣介質層.層間絕緣介質淀積可以選取硼磷硅玻璃 (BPSG)或磷硅玻璃(PSG)或硅玻璃(USG)等。
第八步，制作光刻膠，并用孔光刻版定義出連線孔區域，通過干法刻蝕形 成接觸孔，其后注入P型雜質。
第九步，淀積鋁金屬，制作光刻膠，并用金屬光刻版定義出金屬層區域， 通過干法刻蝕互聯線；孔及金屬互連線的形成，采用現有技術，金屬填充可 以采用鴒塞工藝或直接金屬填充工藝。
第十步，淀積一層二氧化硅和一層氮化硅，制作光刻膠，并用鈍化層光刻 版定義出金屬層窗口，通過干法刻蝕形成該窗口。
其中在該改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬連線粘附性的結構中，接觸 孔直接開于溝槽導電多晶硅正上方。
本實施例雖然以N溝道溝槽式功率器件為例，但同樣適用于P溝道溝槽式 功率器件，只需將P改為N，將N改為P即可.
實施例二 一種改善溝槽功率N型MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構
如圖4所示，本實施例與實施例一的結構區別在于在溝槽型導電多晶硅 14正上方由導電多晶硅16的過刻蝕使絕緣介質層9對應的上表面形成凹陷 18，柵電極金屬層8在該凹陷18處向下延伸并沉積在凹陷18中，使得柵電 極金屬層8與絕緣介質層9間形成楔和.其它結構與實施例一相同，這里不 再重復描述。本實施例與實施例一的制作工藝步驟相同。
本實施例雖然以N溝道溝槽式功率器件為例，但同樣適用于P溝道溝槽式 功率器件，只需將P改為N，將N改為P即可.
上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實
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用新型的保護范圍.凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都 應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構，從截面上看，該結構自上而下包含柵電極金屬層、絕緣介質層、絕緣柵氧化層、第二導電類型摻雜層以及第一導電類型外延層，其特征在于在柵電極金屬層下方的絕緣介質層上開有接觸孔，柵電極金屬層從該接觸孔中向下延伸至導電多晶硅頂部，并與導電多晶硅直接相連；所述導電多晶硅淀積于溝槽中，該溝槽位于第二導電類型摻雜層，溝槽底部伸入第一導電類型外延層，溝槽內壁表面生長有絕緣柵氧化層，溝槽內淀積有導電多晶硅。
2、 一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構，從截面上看， 該結構自上而下包含柵電極金屬層、絕緣介質層、絕^#氧化層、第二導電 類型摻雜層以及第一導電類型外延層，其特征在于在柵電極金屬層下方設有溝槽，溝槽位于笫二導電類型摻雜層，溝槽底部 伸入笫一導電類型外延層，溝槽內壁表面生長有絕^#氧化層，溝槽內淀積 有導電多晶硅；導電多晶硅頂部相對于溝槽具有凹陷區，該凹陷區使絕緣介 質層對應的上表面形成凹陷，柵電極金屬層在該凹陷處向下延伸并沉積在凹 陷中。
專利摘要一種改善溝槽功率MOS器件柵電極金屬層粘附性的結構，從截面上看，該結構制造層自上而下依次設有柵電極金屬層、絕緣介質層、絕緣柵氧化層、第一導電類型摻雜層以及第二導電類型外延層，其特征在于在溝槽型導電多晶硅正上方的絕緣介質層上開有接觸孔或設有凹陷，使柵電極金屬層從該接觸孔或凹陷中向下延伸形成層間楔和。由于柵電極金屬層與絕緣介質層層間結合面之間存在楔和，因此提高了柵電極金屬層的粘附力，可以有效防止柵電極金屬層在銅引線壓焊過程中因存在拉拔力而造成的剝落。
文檔編號H01L29/66GK201181707SQ20082003318
公開日2009年1月14日 申請日期2008年3月25日 優先權日2008年3月25日
發明者朱袁正, 秦旭光 申請人:蘇州硅能半導體科技股份有限公司