单胞中集成肖特基二极管的沟槽MOS器件及制造方法

摘要

一种单胞中集成肖特基二极管的沟槽MOS器件及制造方法，本发明将肖特基二极管结构集成在每一个沟槽MOSFET单胞中，MOSFET单胞的N+源极欧姆接触、P型阱的欧姆接触以及肖特基二极管阳极接触共用同一接触孔，有效节约硅表面面积，降低芯片成本。本发明在制造工艺上不需要额外的光罩以及光刻步骤，而是引入更容易控制的介质侧墙与自对准工艺。可以同时获得低成本、工艺步骤简单、高性能和高可靠型的沟槽MOSFET器件。

主权项

一种沟槽N型MOS器件的制造方法，其特征在于包括下列工艺步骤：第一步.在N型高掺杂浓度的N+单晶硅衬底上，生长N型低掺杂浓度的N‑外延层；第二步.在N‑外延层上表面生长第一介质层，该第一介质层为二氧化硅层，或者氮化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层的复合层；第三步.对第一介质层实施光刻，定义MOS管单胞阵列的P型阱图形；第四步.采用干法刻蚀方法，选择性除去未被光刻胶保护的第一介质层，曝露出所述P型阱图形对应的N‑外延层，而去除光刻胶后保留下来的第一介质层作为第一硬掩膜使用；第五步.对第四步后整个结构的上表面实施P型杂质离子注入，P型杂质离子注入到没有第一硬掩膜覆盖的N‑外延层内，然后通过快速热退火处理在N‑外延层内形成P型阱区域，相邻P型阱之间的距离由第一硬掩膜在该方向上覆盖的宽度尺寸决定；第六步.在第五步后整个结构的上表面均匀沉积第二介质层，该第二介质层为二氧化硅层，或者氮化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层的复合层；第七步.对第二介质层实施干法刻蚀，干法刻蚀除去第二介质层的厚度等于沉积的第二介质层厚度，因干法刻蚀为垂直刻蚀，使未被刻蚀掉的第二介质层在所述第一硬掩膜结构的侧壁形成第一介质侧墙，第一硬掩膜和第一介质侧墙一起形成第二硬掩膜，而第二硬掩膜以外的区域曝露出N‑外延层；第八步.以第二硬掩膜作为保护，采用干法刻蚀方法选择性刻蚀曝露出N‑外延层区域的单晶硅，在P型阱内形成沟槽，沟槽深度大于P型阱的深度，沟槽侧壁被P型阱包围，沟槽侧壁的P型阱宽度，由第一介质侧墙对应的宽度决定；第九步.采用湿法腐蚀方法，选择性去除第二硬掩膜，即第一硬掩膜和第一介质侧墙；第十步.在第九步后整个结构的上表面均匀生长二氧化硅层，作为栅氧化层；第十一步.在第十步后整个结构的上表面沉积N型高掺杂导电多晶硅层，N型高掺杂导电多晶硅填满表面具有二氧化硅层的沟槽；第十二步.对沉积的N型高掺杂导电多晶硅层实施干法刻蚀，去除整个结构上表面的N型高掺杂导电多晶硅，直到沟槽中被填充的N型高掺杂导电 多晶硅的顶部与N‑外延层顶部齐平为止，从而形成栅极导电多晶硅；第十三步.对第十二步后整个结构的上表面实施光刻，定义MOS管单胞阵列区域的图形，曝露出单胞阵列区域；第十四步.对单胞阵列区域实施N型杂质离子注入，然后通过热处理在N‑外延层顶部形成N+源极区域；第十五步.在第十四步后整个结构的上表面均匀沉积第三介质层，该第三介质层为二氧化硅层，或者氮化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层的复合层；第十六步.对第三介质层实施光刻，定义MOS管单胞阵列的P+接触区图形，该P+接触区位于各单胞中央，且跨接在相邻的两个P型阱之间，P+接触区的宽度大于两个相邻P型阱之间的间隔，同时小于两个相邻沟槽之间的间隔；第十七步.采用干法刻蚀方法，选择性除去未被光刻胶保护的第三介质层，曝露出所述P+接触区对应的N‑外延层，而去除光刻胶后保留下来的第三介质层作为第三硬掩膜使用；第十八步.以第三硬掩膜作为保护，对第十七步后整个结构的上表面实施P型杂质离子注入，并通过调节P型杂质离子注入能量，在N+源极区域下方形成P+接触区，该P+接触区与相邻的两个P型阱区域有交叠；第十九步.在第十八步后整个结构的上表面均匀沉积第四介质层，该第四介质层为二氧化硅层，或者氮化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层的复合层；第二十步.对第四介质层实施干法刻蚀，干法刻蚀除去第四介质层的厚度等于沉积的第四介质层厚度，因干法刻蚀为垂直刻蚀，使未被刻蚀掉的第四介质层在所述第三硬掩膜结构的侧壁形成第二介质侧墙，第三硬掩膜和第二介质侧墙一起形成第四硬掩膜，而第四硬掩膜以外的区域曝露出N‑外延层；第二十一步.以第四硬掩膜作为保护，采用干法刻蚀方法选择性刻蚀曝露出N‑外延层中的单晶硅形成接触孔，接触孔的底部伸入所述P+接触区的下方，并接触到N‑外延层区域，接触孔的侧壁有N+源极区域和P+接触区；第二十二步.在接触孔中依次沉积金属钛粘结层和氮化钛阻挡层，然后通过热处理使金属钛粘结层和氮化钛阻挡层在接触孔侧壁与N+源极区域形成N+源极欧姆接触，在接触孔侧壁与P+接触区域形成P型阱的欧姆接触，在接触孔底部与N‑外延层形成肖特基接触；第二十三步.在第二十二步后整个结构的上表面沉积上金属层；第二十四步.对上金属层实施光刻，用光刻胶保护MOS管单胞阵列区的 源极金属电极区域和MOS管单胞阵列区外围的栅极金属电极区域，即定义源极金属电极区域和栅极金属电极区域图形；第二十五步.采用干法刻蚀方法，选择性去除未被光刻胶保护的上金属层，曝露出第三介质层，去除光刻胶后，留下的位于单胞阵列区域的上金属层形成MOS管源极金属电极，同时也是肖特基二极管的阳极金属电极，留下的位于单胞阵列区域外围的上金属层形成MOS管栅极金属电极；第二十六步.在N+单晶硅衬底的底面沉积下金属层，该下金属层形成MOS管漏极金属电极，同时也是肖特基二极管的阴极金属电极。