一种低压沟槽栅功率器件及其制造方法技术

一种低压沟槽栅功率器件，在第一导电类型外延层的上方设有第二导电类型体区，在所述第二导电类型体区的表面设有沟槽，在沟槽水平延伸的方向上，沟槽的两侧的第二导电类型体区的表面间隔设置第一导电类型源区与第二导电类型源区，在沟槽与第二导电类型源区接触的槽段下方的第一导电类型外延层内设有块状第一导电类型阱区，或者，在所述第二导电类型源区的下方设有第二导电类型高掺杂阱区，所述第二导电类型高掺杂阱区穿透第二导电类型体区进入第一导电类型外延层内，本发明专利技术能够抑制三极管的开启，提高沟槽栅功率器件的可靠性，并降低导通电阻。导通电阻。导通电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种低压沟槽栅功率器件及其制造方法


[0001]本专利技术主要涉及功率半导体晶体管
，具体涉及一种低压沟槽栅功率器件。

技术介绍

[0002]随着移动设备的普及，与向移动设备供电的电池相关的技术变得越来越重要。根据向移动设备供电的目的，通常使用能够放电或充电的二次电池。因此，根据电池规范，应该在二次电池中设置电池保护电路，该电池保护电路管理电池的放电和充电。
[0003]低压功率沟槽栅MOSFET被广泛地作为构成电池保护电路的部件，原因是高密度元胞可以实现低导通电阻(Ron)。随着沟槽栅MOSFET的元胞密度不断的增大，在相邻沟槽之间的硅表面上已经无法直接打孔，因为这种限制，本领域的专家提出了一种新的器件结构，如图3所示，包括N型衬底2，在所述N型衬底2的下方设置漏极金属电极1，在所述N型衬底2的上方设有N型外延层3，在所述N型外延层3的上方设有P型体区4，在所述P型体区4的表面设有互相平行的沟槽5，所述沟槽5向下纵向延伸，穿透第二导电类型体区4进入第一导电类型外延层3内，在沟槽5水平延伸的方向上，沟槽5的两侧的P型体区4的表面间隔设置N型源区6与P型源区9，所述P型源区9与其下方的P型体区4连接；在所述N型源区6、P型源区9与沟槽5的上方设有源极金属电极11，所述源极金属电极11与N型源区6、P型源区9欧姆接触。当上述器件结构击穿时，击穿产生的雪崩电流会进入P型体区4内，沿着N型源区6向P型源区9运动，由于P型体区4内存在寄生电阻，P型体区4内的电势会上升，当P型体区4与N型源区6之间的电势差达到0.7V时，N型源区6、P型体区4、N型外延层3组成的寄生NPN三极管就会开启，导致器件结构的电流不受栅极控制，电流迅速增大，导致器件烧毁失效，如果在沟槽5水平延伸的方向上增加N型源区6的长度，相当于增加P型体区4内的寄生电阻，导致P型体区4内的电势更快上升到0.7V，虽然器件的导电沟道宽度会增大，导通电阻会减小，但是器件更容易失效。
[0004]为了能够增加N型源区6的长度而不使寄生NPN三极管开启，需要一种简单且低成本的方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述器件的问题，提出了一种新型沟槽栅MOSFET器件，能够增加第一导电类型源区的长度而不使寄生NPN三极管开启，同时新器件的制造工艺与现有工艺兼容。
[0006]为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种低压沟槽栅功率器件，包括第一导电类型衬底，在所述第一导电类型衬底的下方设置漏极金属电极，在所述第一导电类型衬底的上方设有第一导电类型外延层，在所述第一导电类型外延层的上方设有第二导电类型体区，在所述第二导电类型体区的表面设有互相平行的沟槽，所述沟槽向下纵向延伸，穿透第二导电类型体区进入第一导电类型外延层内；在沟槽水平延伸的方向上，沟槽的两侧的第二导电类型体区的表面间隔设置第一
导电类型源区与第二导电类型源区，所述第二导电类型源区与其下方的第二导电类型体区连接；在所述第一导电类型源区、第二导电类型源区与沟槽的上方设有源极金属电极，所述源极金属电极与第一导电类型源区、第二导电类型源区欧姆接触；在所述沟槽内设有接栅极电位的栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅通过沟槽侧壁与底部的栅氧层与第一导电类型源区、第二导电类型源区、第二导电类型体区、第一导电类型外延层绝缘，所述栅极导电多晶硅通过沟槽顶部的绝缘介质层与源极金属电极绝缘；还包括高掺杂阱区，所述高掺杂阱区为设置在沟槽与第二导电类型源区接触的槽段下方的第一导电类型外延层内的块状第一导电类型阱区，所述第一导电类型阱区内第一导电类型杂质的掺杂浓度大于第一导电类型外延层内第一导电类型杂质的掺杂浓度，或者为设置在所述第二导电类型源区正下方的第二导电类型高掺杂阱区，所述第二导电类型高掺杂阱区穿透第二导电类型体区进入第一导电类型外延层内，所述第二导电类型高掺杂阱区内第二导电类型杂质的掺杂浓度大于第二导电类型体区内第二导电类型杂质的掺杂浓度。在沟槽水平延伸的方向上，所述高掺杂阱区的长度小于或等于第二导电类型源区的长度。
[0007]所述栅极导电多晶硅的上表面高于第一导电类型源区的下表面。
[0008]在沟槽水平延伸的方向上，第一导电类型源区的长度小于30微米，第二导电类型源区的长度大于0.5微米。
[0009]所述栅氧层与绝缘介质层由二氧化硅或氮化硅构成。
[0010]设置有第一导电类型阱区的低压沟槽栅功率器件的制造方法，包括以下步骤：第一步：在第一导电类型衬底的上表面生长第一导电类型外延层；第二步：在第一导电类型外延层的上表面选择性刻蚀形成沟槽；第三步：在沟槽的底部选择性注入第一导电类型杂质，形成第一导电类型阱区；第四步：在沟槽的侧壁与底部、第一导电类型外延层的表面形成栅氧层，然后在栅氧层的表面淀积导电多晶硅，接着刻蚀去除第一导电类型外延层上表面的与沟槽上方的导电多晶硅，以及沟槽内的靠近沟槽顶部的导电多晶硅，沟槽的顶部形成了一个凹槽，在沟槽内形成栅极导电多晶硅；第五步：在沟槽的上方与第一导电类型外延层上表面淀积绝缘介质，然后去除沟槽上方与第一导电类型外延层上表面的绝缘介质，在沟槽的顶部的凹槽内保留下的绝缘介质就是绝缘介质层；第六步：在第一导电类型外延层的上表面注入第二导电类型杂质，退火后形成第二导电类型体区；第七步：在第二导电类型体区的上表面选择性注入第一导电类型杂质，然后再次选择性注入第二导电类型杂质，两种杂质激活后形成第一导电类型源区与第二导电类型源区；第八步：在第一导电类型源区、第二导电类型源区与绝缘介质层的上方淀积金属，形成源极金属电极，在第一导电类型衬底的下表面形成漏极金属电极。
[0011]设置有第二导电类型高掺杂阱区的低压沟槽栅功率器件的制造方法，包括以下步骤：第一步：在第一导电类型衬底的上表面生长第一导电类型外延层；第二步：在第一导电类型外延层的上表面选择性刻蚀形成沟槽；
第三步：在沟槽的侧壁与底部、第一导电类型外延层的表面形成栅氧层，然后在栅氧层的表面淀积导电多晶硅，接着刻蚀去除第一导电类型外延层上表面的与沟槽上方的导电多晶硅，以及沟槽内的靠近沟槽顶部的导电多晶硅，沟槽的顶部形成了一个凹槽，在沟槽内形成栅极导电多晶硅；第四步：在沟槽的上方与第一导电类型外延层上表面淀积绝缘介质，然后去除沟槽上方与第一导电类型外延层上表面的绝缘介质，在沟槽的顶部的凹槽内保留下的绝缘介质就是绝缘介质层；第五步：在第一导电类型外延层的上表面注入第二导电类型杂质，退火后形成第二导电类型体区；第六步：在第二导电类型体区的上表面选择性注入第一导电类型杂质，然后选择性注入第二导电类型杂质，然后在上述选择性注入第二导电类型杂质的位置，用大能量若干次注入第二导电类型杂质，使注入的第二导电类型杂质能够进入第二导电类型体区与第一导电类型外延层内，两种杂质激活后形成第一导电类型源区、第二导电类型源区与第二导电类型高掺杂阱区；第七步：在第一导电类型源区、第二导电类型源区与绝缘介质层的上方淀积金属，形成源极金属电极，在第一导电类型衬底的下表面形成漏极金属电极。
[0012]与现有技术相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压沟槽栅功率器件，包括第一导电类型衬底，在所述第一导电类型衬底的下方设置漏极金属电极，在所述第一导电类型衬底的上方设有第一导电类型外延层，在所述第一导电类型外延层的上方设有第二导电类型体区，在所述第二导电类型体区的表面设有互相平行的沟槽，所述沟槽向下纵向延伸，穿透第二导电类型体区进入第一导电类型外延层内；在沟槽水平延伸的方向上，沟槽的两侧的第二导电类型体区的表面间隔设置第一导电类型源区与第二导电类型源区，所述第二导电类型源区与其下方的第二导电类型体区连接；在所述第一导电类型源区、第二导电类型源区与沟槽的上方设有源极金属电极，所述源极金属电极与第一导电类型源区、第二导电类型源区欧姆接触；在所述沟槽内设有接栅极电位的栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅通过沟槽侧壁与底部的栅氧层与第一导电类型源区、第二导电类型源区、第二导电类型体区、第一导电类型外延层绝缘，所述栅极导电多晶硅通过沟槽顶部的绝缘介质层与源极金属电极绝缘；其特征在于：还包括高掺杂阱区，所述高掺杂阱区为设置在沟槽与第二导电类型源区接触的槽段下方的第一导电类型外延层内的第一导电类型阱区，或者为设置在所述第二导电类型源区正下方的第二导电类型高掺杂阱区，所述第二导电类型高掺杂阱区穿透第二导电类型体区进入第一导电类型外延层内，在沟槽水平延伸的方向上，所述高掺杂阱区的长度小于或等于第二导电类型源区的长度。2.根据权利要求1所述的低压沟槽栅功率器件，其特征在于：所述第一导电类型阱区内第一导电类型杂质的掺杂浓度大于第一导电类型外延层内第一导电类型杂质的掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的低压沟槽栅功率器件，其特征在于：所述第二导电类型高掺杂阱区内第二导电类型杂质的掺杂浓度大于第二导电类型体区内第二导电类型杂质的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的低压沟槽栅功率器件，其特征在于：所述栅极导电多晶硅的上表面高于第一导电类型源区的下表面。5.根据权利要求1所述的低压沟槽栅功率器件，其特征在于：在沟槽水平延伸的方向上，所述第一导电类型源区的长度小于30微米，第二导电类型源区的长度大于0.5微米。6.根据权利要求1所述的低压沟槽栅功率器件，其特征在于：所述栅氧层与绝缘介质层由二氧化硅或氮化硅构成。7.一种根据权利要求1所述的低压沟槽栅功率器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：在第一导电类型衬底的上表面生长第一导电类型外延层；第二步：在第一导电类型外延层的上表面选择性刻蚀形...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，周锦程，王根毅，叶鹏，周永珍，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：