1.一種高密度低壓溝槽功率MOS器件,包括位于半導體基板上的元胞區(A)、柵電極引出區(B)和終端保護區(C),元胞區(A)位于半導體基板的中心區,柵電極引出區(B)環繞元胞區(A)外圍,終端保護區(C)環繞包圍柵電極引出區(B);其特征是:在所述溝槽功率MOS器件的截面上,半導體基板由N+襯底(1)和設置于N+襯底(1)上表面的N-外延層(2)組成,N-外延層(2)的上部設有P-阱區(9),N+襯底(1)的下表面設有背面金屬層(20);
所述溝槽功率MOS器件的元胞區(A)內包含有若干并聯設置的元胞,元胞采用溝槽結構;所述溝槽功率MOS器件的柵電極引出區(B)內包含有作為柵電極引出的溝槽結構;所述溝槽功率MOS器件的終端保護區(C)包括終端耐壓區(D)和終端截止區(E),在所述終端耐壓區(D)和終端截止區(E)內均包含有若干耐壓作用的溝槽結構;
所述溝槽結構包括位于P-阱區(9)的溝槽(5),溝槽(5)的下端延伸至N-外延層(2)的上部,在溝槽(5)的內壁表面生長柵極氧化層(7),在溝槽(5)內腔淀積導電多晶硅(8),導電多晶硅(8)的頂部低于N-外延層(2)的上表面;
在所述元胞區(A),溝槽(5)的槽口生長柵極氧化層(7)、熱氧化層(11)和絕緣介質層(12);在所述元胞之間設有源極接觸孔(15-1),源極接觸孔(15-1)內以及溝槽結構的上方設置有源極金屬(17);所述絕緣介質層(12)隔離源極金屬(17)和溝槽(5)中的導電多晶硅(8);
在所述柵電極引出區(B),溝槽(5)的槽口以及溝槽結構之間的硅表面生長柵極氧化層(7)和熱氧化層(11),在熱氧化層(11)上淀積絕緣介質層(12);在所述溝槽(5)內的導電多晶硅(8)上部開有柵極接觸孔(15-2),柵極接觸孔(15-2)內以及溝槽結構上方的絕緣介質層(12)上表面設置有柵極金屬(18);
在所述終端保護區(C),溝槽(5)的槽口以及溝槽結構之間的硅表面生長柵極氧化層(7)和熱氧化層(11),在熱氧化層(11)上淀積絕緣介質層(12);在所述終端截止區(E)的溝槽(5)內導電多晶硅(8)的上部設置有第一終端接觸孔(15-3),在所述溝槽(5)的上部外側設置有N+源極區(10),在N+源極區(10)內設置有第二終端接觸孔(15-4),N+源極區(10)的第二終端接觸孔(15-4)向下延伸至P-阱區(9)的上部;在所述第一終端接觸孔(15-3)、第二終端接觸孔(15-4)內、N+源極區(10)上方和溝槽結構上方的絕緣介質層(12)上表面設置終端截止環金屬(19),且N+源極區(10)上方的終端截止環金屬(19)和溝槽結構上方的終端截止環金屬(19)連接在一起。
2.如權利要求1所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件,其特征是:在所述源極接觸孔(15-1)與溝槽(3)之間設置N+源極區(10),N+源極區(10)位于P-阱區(5)的上部。
3.一種高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是,包括以下步驟:
(1)、在N+襯底(1)上生長N-外延層(2);
(2)、在N-外延層(2)制作溝槽(5);
(3)、在溝槽(5)內生長一層犧牲氧化層(6),然后全部剝離;
(4)、在溝槽(5)內生長一層柵極氧化層(7);
(5)、在溝槽(5)內已生長的柵極氧化層(7)上淀積導電多晶硅(8);
(6)、進行導電多晶硅(8)的普遍刻蝕,使導電多晶硅(8)的頂部和硅表面處于同一高度;
(7)、在N-外延層(2)的上部進行P-阱區(9)的注入和推阱,形成P-阱區(9);
(8)、再次進行導電多晶硅(8)的普遍刻蝕,將導電多晶硅(8)的頂部刻蝕至硅表面以下區域;
(9)、利用光罩版的掩蔽,在P-阱區(9)的上部進行N+源極區(10)的選擇性注入,并退火,形成N+源極區(10);
(10)、在溝槽(5)的槽口和溝槽(5)之間的表面形成熱氧化層(11);
(11)、在熱氧化層(11)和溝槽(5)表面淀積絕緣介質層(12);
(12)、利用接觸孔光罩版的掩蔽,刻蝕掉二氧化硅,得到第一接觸孔(13);所述第一接觸孔(13)的位置對應于元胞區(A)的源極接觸孔(15-1)的位置以及終端截止區(E)的N+源極區(10)的位置,第一接觸孔(13)由絕緣介質層(12)的上表面延伸至N-外延層(2)的上表面;
(13)、利用接觸孔光罩版的掩蔽,在柵極引出區(B)和終端保護區(C)刻蝕掉二氧化硅,得到第二接觸孔(14);所述第二接觸孔(14)的位置分別對應于柵極接觸孔(15-2)和第一終端接觸孔(15-3),第二接觸孔(14)由絕緣介質層(12)的上表面延伸至溝槽(5)中導電多晶硅(8)的上表面;
(14)、利用第一接觸孔(13)和第二接觸孔(14)以外區域剩余的二氧化硅層作為掩蔽層,進行硅的刻蝕,得到源極接觸孔(15-1)、柵極接觸孔(15-2)、第一終端接觸孔(15-3)和第二終端接觸孔(15-4);
(15)、在半導體基板表面淀積正面金屬層(16);
(16)、利用金屬層光罩版的掩蔽,進行正面金屬層(16)的選擇性刻蝕,形成源極金屬(17)、柵極金屬(18)和終端截止環金屬(19);
(17)、對整個N+襯底(1)的背面進行磨片減薄,減薄后淀積背面金屬層(20)。
4.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述步驟(2)中制作溝槽(5)的過程具體為:在N-外延層(2)上淀積硬掩膜層(3),用光罩版進行掩蔽并刻蝕硬掩膜層(3),形成溝槽刻蝕用的硬掩膜窗口(4);利用上述硬掩膜層(3)作為掩蔽層,通過硬掩膜窗口(4)進行自對準刻蝕得到溝槽(5)。
5.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述N-外延層(2)厚度為2μm-20μm;所述溝槽(5)的深度為0.5μm-2μm;所述犧牲氧化層(6)的厚度為100A-2000A;所述柵極氧化層(7)的厚度為100A-2000A。
6.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述導電多晶硅(8)的厚度為2000A-20000A。
7.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述P-阱區(9)的結深度為0.4μm-1.8μm。
8.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述熱氧化層(11)的厚度為500A-5000A。
9.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述步驟(6)中,導電多晶硅(8)的頂部和硅表面高度相差±0.1μm。
10.如權利要求3所述的高密度低壓溝槽功率MOS器件的制造方法,其特征是:所述步驟(8)中,導電多晶硅(8)經再次刻蝕后,導電多晶硅(8)的頂部距離硅表面的距離為0.2μm-1μm。