专利名称：改善沟槽功率mos器件栅电极金属层粘附性的结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体沟槽功率MOS器件，特别涉及一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层(金属连线)粘附性的结构.
背景技术：
在沟槽功率MOS器件封装中，引线压焊(Wire bonding )通常采用金线或铜线或铝线.铜线比金线具有价格优势，引线压焊中使用的各种规格的铜丝成本只有金线的1/3~1/10。在电学和热学性能上，铜的电导率为0.62 ( μΩ/cm)-1，比金的电导率0.42 (μΩ/cm)-1大，同时铜的热导率也高于金，因此在直径相同的条件下铜引线可以承栽更大电流，非常适用于沟槽功率MOS 器件。在机械性能上，铜引线相对金引线的高刚度使得其更适合细小引线压焊.另外，在焊点金属间化合物上，同等条件下铜/铝界面的金属间化合物生长速度比金/铝界面的慢10倍，因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点.但由于铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝，在压焊打线过程 中，球剪切力至少比金线高35%，而铜线的拉力值比金线高50%以上，容易引起金属层剥落，形成弹坑.
传统沟槽功率MOS器件栅电极通常采用如图1所示结构.该结构从截面上看，绝缘介质层9位于绝,氧化层10上，栅电极金属层8位于该绝缘介质层9上方，由于该绝缘介质层9无高低起伏，金属与该绝缘介质层9的粘附力较小，在压焊打线时抗拉能力较弱.因此，如何在保证产品性能前提下，提高栅电极金属层与绝缘介质层的粘附力，并防止金属层在压焊过程中剥落是本实用新型研究的问题。
发明内容
本实用新型提供一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，其目的是通过改进栅电极下方的结构设计，来提高栅电极金属层与绝缘介质层之间的粘附力，以防止栅电极金属层在金属引线压焊过程中剥落。
为达到上述目的，本实用新型采用的笫一技术方案是 一种改善沟槽功率 MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看，该结构自上而下包含栅电极金属层、绝缘介质层、绝缘栅氧化层、第二导电类型掺杂层以及笫一导电类型外延层，其创新在于
在栅电极金属层下方的绝缘介质层上开有接触孔，栅电极金属层从该接触孔中向下延伸至导电多晶硅顶部，并与导电多晶硅直接相连；所述导电多晶硅淀积于沟槽中，该沟槽位于笫二导电类型掺杂层，沟槽底部伸入第一导电 类型外M，沟槽内壁表面生长有绝缘栅氧化层，沟槽内淀积有导电多晶硅。
为达到上述目的，本实用新型采用的第二技术方案是 一种改善沟槽功率 MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看，该结构自上而下包含栅 电极金属层、绝缘介质层、绝缘栅氧化层、第二导电类型掺杂层以及笫一导 电类型外延层，其创新在于
在栅电极金属层下方设有沟槽，沟槽位于第二导电类型掺杂层，沟槽底部 伸入笫一导电类型外延层，沟槽内壁表面生长有绝^#氧化层，沟槽内淀积 有导电多晶硅；导电多晶硅顶部相对于沟槽具有凹陷区，该凹陷区使绝缘介 质层对应的上表面形成凹陷，栅电极金属层在该凹陷处向下延伸并沉积在凹 陷中。
上述第一和第二技术方案中，所述"笫一导电类型"和"第二导电类型" 两者中，对于N型MOS管第一导电类型指N型，笫二导电类型指P型；对 于P型MOS管第一导电类型指P型，第二导电类型指N型。第一技术方案 中的沟槽型导电多晶硅与接触孔，以及笫二技术方案中的栅电极金属层粘附 性的结构沟槽型导电多晶硅与凹陷，在数量上不限于一个，可以多个排列布 置在栅电极金属层下方。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效
果
1、 本实用新型笫一种方案在栅电极金属层下方设有接触孔，栅电极金属 层从该接触孔中向下延伸至导电多晶硅顶部，并与导电多晶硅直接相连。从 而增加了栅电极金属层与绝缘介质层的接触面积，同时栅电极金属层与绝缘 介质层形成楔和，大大增加了栅电极金属层与绝缘介质层的粘附力。对于第 二种方案，由于导电多晶硅位于沟槽中，且在刻蚀导电多晶硅的过程中存在 过刻蚀，使绝缘介质层对应的上表面形成较深的凹陷，栅电极金属层在该凹 陷处向下延伸并沉积在凹陷中，使得绝缘介质层上表面有高低起伏，增大了 栅电极金属层与绝缘介质层的接触面积，同时由于栅电极金属层与高低起伏 的绝缘介质层间形成楔和，因此也大大提高了栅电极金属层与绝缘介质层间 的粘附力，可以有效防止栅电极金属层在铜引线压焊过程中因存在较大拉拔 力而造成的剥落.
2、 本实用新型中的沟槽型导电多晶硅和沟槽导电多晶硅正上方接触孔或 凹陷的形成，无需额外增加光刻版，因此未增加制造成本.
附图i为沟槽功率MOS器件平面布局示意附图2为现有沟槽功率MOS器件的栅电极区域结构及单胞截面示意附图3为实施例一大功率N型MOS器件的栅电极区域结构及单胞截面示
意附图4为实施例二大功率N型MOS器件的栅电极区域结构及单胞截面示 意图.
以上附图中1、源极；2、栅极；3、终端保护结构；4、现有栅电极区域 结构；5、单胞；6、实施例一栅电极区域结构；7、实施例二栅电极区域结构； 8、栅电极金属层；9、绝缘介质层；10、绝,氧化层；11、 P型掺杂层； 12、 N型外H 13、 N型衬底；14、沟槽型导电多晶硅；15、沟槽；16、导 电多晶砝；17、接触孔；18、凹陷。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
实施例一 一种改善沟槽功率N型MOS器件栅电极金属层粘附性的结构
如图1所示， 一种沟槽功率MOS器件平面布局示意图，从该图中可以看 出有源区中设有源极l和栅极2，源极l下面设有大量单胞(图中未画出)， 有源区外围设有终端保护结构3。本实施例主要是针对栅极2结构的改进。
如图3所示，左半部为实施例一栅电极区域结构6 (右半部为单胞5)，从 截面上看，该结构自上而下包含栅电极金属层8、绝缘介质层9、绝^#氧化 层10、 P型掺杂层ll (P阱层)、N型外延层12以及N型衬底13.在栅电极 金属层8下方设有沟槽15，沟槽15位于P型掺杂层11，沟槽15底部伸入N 型外Ml2，沟槽15内壁表面生长有绝,氧化层IO，沟槽15内淀积有导 电多晶硅16,以此形成沟槽型导电多晶硅14.在沟槽型导电多晶硅14正上 方的绝缘介质层9上开有接触孔17,栅电极金属层8从该接触孔17中向下延 伸至导电多晶硅16顶部，并与导电多晶硅16直接相连，以此形成栅电极金 属层8与绝缘介质层9层间的楔和.本实施例在整个栅电极金属层8下方设 有十个以上这样的结构组成阵列.
本实施例沟槽功率N型MOS器件制造方法包括以下步骤
第一步，在N-型外延层上通过沉积或生长形成硬4^膜，其中硬掩膜可以采 用LPTEOS或热氧化二氧化硅加化学气相沉积二氧化硅或热氣化二氧化硅 加氮化硅，其后通过光刻和各向异性刻蚀形成硬掩模；
第二步，以二氣化硅作为硬掩膜刻蚀形成深沟槽.沟槽采用各向异性刻蚀
形成垂直侧壁(通常在88度左右)；
第三步，形成栅氧化层，淀积导电多晶硅.栅氧化/多晶硅淀积采用现有普 通工艺。
第四步，全面性刻蚀多晶硅，形成栅电极，多晶硅刻蚀是圃片全面性各向 异性刻蚀；
第五步，注入p型杂质，并推阱，形成P阱层。
第六步，制作光刻胶，并用源极光刻版定义出源极区域，其后注入N型杂 质离子形成源极，通常注入的离子为砷。
第七步，淀积层间绝缘介质层.层间绝缘介质淀积可以选取硼磷硅玻璃 (BPSG)或磷硅玻璃(PSG)或硅玻璃(USG)等。
第八步，制作光刻胶，并用孔光刻版定义出连线孔区域，通过干法刻蚀形 成接触孔，其后注入P型杂质。
第九步，淀积铝金属，制作光刻胶，并用金属光刻版定义出金属层区域， 通过干法刻蚀互联线；孔及金属互连线的形成，采用现有技术，金属填充可 以采用鴒塞工艺或直接金属填充工艺。
第十步，淀积一层二氧化硅和一层氮化硅，制作光刻胶，并用钝化层光刻 版定义出金属层窗口，通过干法刻蚀形成该窗口。
其中在该改善沟槽功率MOS器件栅电极金属连线粘附性的结构中，接触 孔直接开于沟槽导电多晶硅正上方。
本实施例虽然以N沟道沟槽式功率器件为例，但同样适用于P沟道沟槽式 功率器件，只需将P改为N，将N改为P即可.
实施例二 一种改善沟槽功率N型MOS器件栅电极金属层粘附性的结构
如图4所示，本实施例与实施例一的结构区别在于在沟槽型导电多晶硅 14正上方由导电多晶硅16的过刻蚀使绝缘介质层9对应的上表面形成凹陷 18，栅电极金属层8在该凹陷18处向下延伸并沉积在凹陷18中，使得栅电 极金属层8与绝缘介质层9间形成楔和.其它结构与实施例一相同，这里不 再重复描述。本实施例与实施例一的制作工艺步骤相同。
本实施例虽然以N沟道沟槽式功率器件为例，但同样适用于P沟道沟槽式 功率器件，只需将P改为N，将N改为P即可.
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此 项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实
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用新型的保护范围.凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都 应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看，该结构自上而下包含栅电极金属层、绝缘介质层、绝缘栅氧化层、第二导电类型掺杂层以及第一导电类型外延层，其特征在于在栅电极金属层下方的绝缘介质层上开有接触孔，栅电极金属层从该接触孔中向下延伸至导电多晶硅顶部，并与导电多晶硅直接相连；所述导电多晶硅淀积于沟槽中，该沟槽位于第二导电类型掺杂层，沟槽底部伸入第一导电类型外延层，沟槽内壁表面生长有绝缘栅氧化层，沟槽内淀积有导电多晶硅。
2、 一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看， 该结构自上而下包含栅电极金属层、绝缘介质层、绝^#氧化层、第二导电 类型摻杂层以及第一导电类型外延层，其特征在于在栅电极金属层下方设有沟槽，沟槽位于笫二导电类型掺杂层，沟槽底部 伸入笫一导电类型外延层，沟槽内壁表面生长有绝^#氧化层，沟槽内淀积 有导电多晶硅；导电多晶硅顶部相对于沟槽具有凹陷区，该凹陷区使绝缘介 质层对应的上表面形成凹陷，栅电极金属层在该凹陷处向下延伸并沉积在凹 陷中。
专利摘要一种改善沟槽功率MOS器件栅电极金属层粘附性的结构，从截面上看，该结构制造层自上而下依次设有栅电极金属层、绝缘介质层、绝缘栅氧化层、第一导电类型掺杂层以及第二导电类型外延层，其特征在于在沟槽型导电多晶硅正上方的绝缘介质层上开有接触孔或设有凹陷，使栅电极金属层从该接触孔或凹陷中向下延伸形成层间楔和。由于栅电极金属层与绝缘介质层层间结合面之间存在楔和，因此提高了栅电极金属层的粘附力，可以有效防止栅电极金属层在铜引线压焊过程中因存在拉拔力而造成的剥落。
文档编号H01L29/66GK201181707SQ20082003318
公开日2009年1月14日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者朱袁正, 秦旭光 申请人:苏州硅能半导体科技股份有限公司