一种半导体集成器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种包括多个沟槽金属氧化物半导体场效应管单元和多个沟槽肖特基镇流器单元的半导体集成器件及其制造方法。在沟槽金属氧化物半导体场效应管单元，采用沟槽式接触区，可以实现在减小器件尺寸的同时降低器件的开启电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体功率器件的单元结构、器件构造及工艺制造，特别涉及一种包括沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)单元和沟槽肖特基整流器 (Schottky Rectifiers)单元的半导体集成器件的单元结构和制造方法。
技术介绍
为了实现更高的DC/DC转换效率，半导体功率器件设计领域采用了将沟槽肖特基整流器(Schottky Rectifiers)与半导体功率器件，例如与沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)并联的方法。此时，沟槽肖特基整流器能作为箝位二极管(clamp diode) 防止与其并联的沟槽MOSFET自身的PN体二极管的开启。同时，由于小尺寸器件越来越成为半导体功率器件的发展趋势，因此，针对如何在单片上集成沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器，现有技术给出了多种不同的结构。图IA为美国专利号6，351，018揭示的一种N沟道沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器集成结构的剖视图。该半导体集成器件包括N型外延层102中；位于外延层102中的多个第一沟槽栅106和多个第二沟槽栅106’，其内表面都衬有栅极氧化物104并填充以多晶硅；宽度为W的沟槽肖特基整流器110，位于两个相邻的第二沟槽栅106’之间，如图IA 中椭圆形虚线范围所示；P型体区108，位于沟槽MOSFET区，形成与每两个相邻的沟槽栅之间；N+源区112，靠近所述P型体区108的上表面，且靠近与P型体区相邻的沟槽栅的上方侧壁；P+体接触区114，位于所述体区108，且位于两个源区112之间；金属层120，与源区 112和体接触区114之间形成平面接触，并与沟槽肖特基整流器110的阳极118之间形成平面接触。此外，在图IA所示结构中，所述沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器具有共同的栅极接触区。图IB为美国专利号6，593，620揭示的另一种N沟道沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器集成结构的剖视图。该半导体集成器件包括N+衬底400和其上的N型外延层402 ；漏极金属418，位于所述衬底400的下表面；多个第一沟槽栅410和多个第二沟槽栅410’，其内表面都衬有栅极氧化物406并填充以多晶硅，其中第一沟槽栅410位于沟槽MOSFET区， 第二沟槽栅410’位于沟槽肖特基整流器区；P型体区404，位于沟槽MOSFET区，形成与每两个相邻的沟槽栅之间；N+源区412，靠近所述P型体区404的上表面，且靠近与P型体区404 相邻的沟槽栅的上方侧壁；金属层420，与源区412和体区404之间形成平面接触，并与沟槽肖特基整流器的阳极416之间形成平面接触。此外，与图IA相比，在图IB所示结构中， 所述沟槽肖特基整流器中的沟槽栅直接与金属层420之间形成平面接触，即沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器具有不同的栅极接触区。虽然图IA和图IB所示的结构都很好地实现了沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器的单片集成，但是值得注意的是，在与金属层的接触结构中，图IA和图IB所示的结构都采用了平面式接触来实现沟槽MSOFET中的源区、体区和源极金属的接触，以及实现沟槽肖特基整流器中的阳极和阳极金属的接触。对于沟槽MOSFET而言，这样的平面式接触结构无疑给器件尺寸的进一步减小设置了障碍。因为平面式接触结构所占据的空间过大，并且容易导致在沟槽MOSFET中产生过高的开启电阻。图IA和图IB所示结构的另一个局限在于，所采用的平面式接触结构中，沟槽 MOSFET中的源区或体区，以及沟槽肖特基整流器中的阳极都直接与金属层接触，会导致产生较差的接触特性。尤其当器件尺寸进一步减小的时候，这种接触方法将使得接触性能进一步恶化。因此，在半导体器件领域中，尤其是在集成沟槽MOSFET和沟槽肖特基整流器的设计和制造领域中，需要提供一种新颖的单元结构、器件构造和制造方法以解决上述的困难和设计局限。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中存在的缺点，提供了一种半导体集成器件的单元结构和制造方法。根据本专利技术的实施例，提供了一种半导体集成器件，形成于第一导电类型的外延层内，该半导体集成器件包括多个具有沟槽式接触区的沟槽金属氧化物半导体场效应管 (MOSFET)单元和多个具有平面式接触区的沟槽肖特基整流器单元，还进一步包括(a)第一导电类型的衬底，所述外延层位于该衬底之上，并且所述外延层的多述载流子浓度低于该衬底； (b)第二导电类型的体区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内，且位于所述外延层的上部分；(c)第一导电类型的源区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元的有源区内，且靠近所述体区的上表面；(d)多个第一沟槽栅，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内，且所述第一沟槽栅内表面衬有第一绝缘层并填充以栅极导电区域；(e)多个第二沟槽栅，位于所述沟槽肖特基整流器单元内，与所述第一沟槽栅相邻，且所述第二沟槽栅内表面衬有所述第一绝缘层并填充以所述栅极导电区域；(f)至少一个第三沟槽栅，用于实现与栅金属的连接，所述第三沟槽栅内表面衬有所述第一绝缘层并填充以所述栅极导电区域，且所述第三沟槽栅的宽度大于所述第一沟槽栅和所述第二沟槽栅的宽度；(g)第二绝缘层，覆盖所述外延层的上表面和所述第一、第二、第三沟槽栅的顶部；(h)多个沟槽式源_体接触区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内， 穿过所述第二绝缘层、所述源区并延伸入所述体区，且所述沟槽式源-体接触区内部填充以钨插塞；(i)第二导电类型的体接触区，位于所述体区，包围每个所述沟槽式源-体接触区的底部，且所述体接触区的多数载流子浓度高于所述体区；(j)至少一个平面式阳极接触区，位于所述沟槽肖特基整流器单元内，穿过所述第二绝缘层并与所述外延层的商标满形成平面接触，且所述平面式阳极接触区内部填充以所述钨插塞；(k)至少一个平面式栅接触区，穿过所述第二绝缘层并与所述第三沟槽栅中的栅极导电区域的上表面形成平面接触，且所述平面式栅接触区内部填充以所述钨插塞；(1)源极金属，位于所述第二绝缘层的上表面，且与位于所述沟槽式源-体接触区和所述平面式阳极接触区中的钨插塞形成电气接触；(m)栅极金属，位于所述第二绝缘层的上表面，且与位于所述平面式栅接触区中的钨插塞形成电气接触；(η)漏极金属，位于所述衬底的下表面，同时也作为所述沟槽肖特基整流器单元的阴极。其中，在该实施例中，所述第三沟槽栅同时作为所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元和所述沟槽肖特基整流器单元的栅极连接区，实现二者的栅极与栅金属之间的电气接触。同时，所述第二沟槽栅与所述沟槽肖特基整流器的阳极之间没有形成电气接触。根据本专利技术的实施例，提供了另一种半导体集成器件，形成于第一导电类型的外延层中，该半导体集成器件包括多个具有沟槽式接触区的沟槽金属氧化物半导体场效应管 (MOSFET)单元和多个具有平面式接触区的沟槽肖特基整流器单元，还进一步包括(a)第一导电类型的衬底，所述外延层位于所述衬底之上，并且所述外延层的多数载流子浓度低于该衬底；(b)第二导电类型的体区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内，且位于所述外延测层的上部分；(c)第一导电类型的源区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元的有源区内，且靠近所述体区的上表面；(d)至少一个第一沟槽栅，位本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体集成器件，形成于第一导电类型的外延层中，该半导体集成器件包括多个具有沟槽式接触区的沟槽金属氧化物半导体场效应管单元和多个具有平面式接触区的沟槽肖特基整流器单元，还包括：第一导电类型的衬底，所述外延层位于该衬底之上，并且所述外延层的多数载流子浓度低于该衬底；第二导电类型的体区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内，且位于所述外延层的上部分；第一导电类型的源区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元的有源区内，且靠近所述体区的上表面；多个第一沟槽栅，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内，且所述第一沟槽栅内表面衬有第一绝缘层并填充以栅极导电区域；多个第二沟槽栅，位于所述沟槽肖特基整流器单元内，与所述第一沟槽栅相邻，且所述第二沟槽栅内表面衬有所述第一绝缘层并填充以所述栅极导电区域；至少一个第三沟槽栅，用于实现与栅金属的连接，所述第三沟槽栅内表面衬有所述第一绝缘层并填充以所述栅极导电区域，且所述第三沟槽栅的宽度大于所述第一沟槽栅和所述第二沟槽栅的宽度；第二绝缘层，覆盖所述外延层的上表面和所述第一、第二、第三沟槽栅的顶部；多个沟槽式源－体接触区，位于所述沟槽金属氧化物半导体场效应管单元内，穿过所述第二绝缘层、所述源区并延伸入所述体区，且所述沟槽式源－体接触区内部填充以钨插塞；第二导电类型的体接触区，位于所述体区，包围每个所述沟槽式源－体接触区的底部，且所述体接触区的多数载流子浓度高于所述体区；至少一个平面式阳极接触区，位于所述沟槽肖特基整流器单元内，穿过所述第二绝缘层并与所述外延层的上表面形成平面接触，且所述平面式阳极接触区内部填充以所述钨插塞；至少一个平面式栅接触区，穿过所述第二绝缘层并与所述第三沟槽栅中的栅极导电区域的上表面形成平面接触，且所述平面式栅接触区内部填充以所述钨插塞；源极金属，位于所述第二绝缘层的上表面，且与位于所述沟槽式源－体接触区和所述平面式阳极接触区中的钨插塞形成电气接触；栅极金属，位于所述第二绝缘层的上表面，且与位于所述平面式栅接触区中的钨插塞形成电气接触；漏极金属，位于所述衬底的下表面，同时也作为所述沟槽肖特基整流器单元的阴极。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢福渊，
申请(专利权)人：力士科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71