本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種具有雙向開關(guān)能力的橫向功率半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：
由于橫向功率半導(dǎo)體器件的易集成特性，使其成為功率集成電路中的核心電子器件之一,在中小功率領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。電能變換是功率集成電路的基本功能之一，根據(jù)負(fù)載要求的不同，功率集成電路可以完成交流到直流(AC-DC)，直流到交流(DC-AC)，直流到直流(DC-DC)和交流到交流(AC-AC)的變換。AC-AC的變換可以采用間接變換即AC-DC-AC方式，也可以采用直接變換即AC-AC的方式。在傳統(tǒng)的AC-DC-AC間接變換系統(tǒng)中，需要有大容值的連接電容(電壓型變換)或大感值的連接電感(電流型變換)將兩部分相對獨(dú)立的變換系統(tǒng)相連，而大容值的電容和大感值的電感在集成電路中的實(shí)現(xiàn)是一大難以解決的問題，不僅需要占用較大的芯片面積而且獲得的品質(zhì)因素并不高；而通過外接大容值電容或大感值電感的方式則使功率集成電路的外部連接變的復(fù)雜，增加了電路的元器件數(shù)量及元器件之間的連線數(shù)量，增大了系統(tǒng)的體積和寄生效應(yīng)，降低了系統(tǒng)的可靠性。AC-AC直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)AC-DC-AC系統(tǒng)中大容值連接電容或大感值連接電感的使用，使得系統(tǒng)的單芯片集成成為可能，減小了系統(tǒng)的成本、體積和寄生效應(yīng)，并提高了系統(tǒng)的可靠性。AC-AC直接轉(zhuǎn)換的交流特性要求功率開關(guān)具有雙向?qū)半p向阻斷的能力，就目前來說，主流的功率開關(guān)器件大多數(shù)是單向型器件，而雙向型器件較少。傳統(tǒng)上雙向晶閘管或兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管可作為雙向開關(guān)應(yīng)用于AC-AC直接轉(zhuǎn)換，但這兩種器件是靠電流控制，驅(qū)動電路復(fù)雜。為了獲得易驅(qū)動的MOS型雙向開關(guān)，可采用以下技術(shù)方案：1)兩個(gè)MOS型開關(guān)的背對背串聯(lián)：將兩個(gè)相同的MOSFET的漏極和漏極或兩個(gè)相同的逆導(dǎo)型IGBT(RC-IGBT)的集電極和集電極背對背串連在一起使用以獲得雙向開關(guān)的功能；2)將兩個(gè)相同的逆阻型IGBT(RB-IGBT)反并聯(lián)連接以獲得雙向開關(guān)的功能；3)將常規(guī)IGBT與二極管串聯(lián)使用以確保雙向阻斷功能，將兩組上述IGBT與二極管串聯(lián)的結(jié)構(gòu)反向并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)雙向?qū)p向阻斷功能。以上的三種技術(shù)方案需要使用多個(gè)功率器件的組合，增加了功率集成電路中芯片的面積和成本，并增大了器件的損耗，減低了器件的性能。為了進(jìn)一步減小集成電路中橫向MOS型雙向功率開關(guān)的面積，減小器件的損耗，提高器件的性能，文獻(xiàn)(D.H.Lu,N.Fujishima,A.Sugi,etc.IntegratedBi-directionalTrenchLateralPowerMOSFETsforOneChipLithium-ionBatteryProtectionICs,ISPSD’05,2005,pp.355-358)和文獻(xiàn)(Y.Fu,X.Cheng,Y.Chen,etc.A20-VCMOS-BasedMonolithicBidirectionalPowerSwitch,IEEEElectronDevicesLetters,2007,pp.174-176)分別通過將兩個(gè)共用漂移區(qū)(阱區(qū))的溝槽柵MOS結(jié)構(gòu)和平面柵MOS結(jié)構(gòu)背對背集成在一起在單一芯片中實(shí)現(xiàn)了具有雙向?qū)半p向阻斷功能的雙向MOS型功率開關(guān)，分別如圖1(溝槽柵結(jié)構(gòu))和如圖2(平面柵結(jié)構(gòu))所示。圖1和圖2結(jié)構(gòu)都是一種四端器件，通過分別控制兩個(gè)MOS結(jié)構(gòu)的柵電壓，可實(shí)現(xiàn)對稱的導(dǎo)通與關(guān)斷特性。與兩個(gè)獨(dú)立的背對背連接的MOS結(jié)構(gòu)相比，圖1和圖2雙向功率開關(guān)通過兩個(gè)MOS結(jié)構(gòu)共用輕摻雜漂移區(qū)(n型阱區(qū))可實(shí)現(xiàn)在一定的阻斷電壓下減小一半的漂移區(qū)長度，因此減小了芯片的面積、成本并降低了器件的損耗。然而對于上述兩種結(jié)構(gòu)，當(dāng)器件任一方向阻斷時(shí)，當(dāng)輕摻雜漂移區(qū)(n型阱區(qū))中的耗盡層從一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)的p型體區(qū)擴(kuò)展到另一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)的p型體區(qū)時(shí)，器件發(fā)生橫向穿通擊穿；同時(shí)，當(dāng)n型漂移區(qū)(n型阱區(qū))與背部p型襯底形成的反偏pn結(jié)的耗盡層擴(kuò)展到高壓端MOS結(jié)構(gòu)的p型體區(qū)時(shí)，器件發(fā)生縱向穿通擊穿。因此上述兩種結(jié)構(gòu)均是漂移區(qū)(橫向和縱向)的非穿通型結(jié)構(gòu)。對于上述兩種結(jié)構(gòu)，為了防止器件漂移區(qū)的橫向穿通擊穿，在一定的器件耐壓下不得不采用較長的漂移區(qū)長度，這增大了器件的面積和漂移區(qū)電阻；同時(shí)為了防止器件漂移區(qū)的縱向穿通擊穿，不得不使用較大的漂移區(qū)摻雜劑量，這減弱了p型襯底對n型漂移區(qū)的襯底輔助耗盡效應(yīng)(降低表面電場作用)，使器件的橫向和縱向雪崩擊穿電壓降低。因此，上述兩種結(jié)構(gòu)僅適用于阻斷電壓較低的情形，主要工作于雙向MOS模式，并且在一定的器件耐壓下具有大的器件面積和漂移區(qū)電阻，器件的性能不夠優(yōu)化。此外，圖1和圖2結(jié)構(gòu)均采用CMOS工藝在n型阱區(qū)中制備MOS結(jié)構(gòu)，考慮到n型阱區(qū)注入對器件的縱向穿通和雪崩擊穿電壓的限制，該工藝也僅適用于實(shí)現(xiàn)較低電壓器件的情形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對功率集成電路中現(xiàn)有雙向MOS型器件存在的阻斷電壓低，在一定的阻斷電壓下器件面積和漂移區(qū)電阻大的技術(shù)問題，提供一種雙向MOS型器件，并提供所述器件的制造方法。為了簡化描述，下面僅以n溝道雙向MOS型器件為例來說明，但本發(fā)明同樣適用于p溝道雙向MOS型器件。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種雙向MOS型器件，元胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括P型襯底101和設(shè)置在P型襯底101上的有源區(qū)；所述有源區(qū)包括漂移區(qū)和對稱設(shè)置在漂移區(qū)上層兩端的第一MOS結(jié)構(gòu)和第二MOS結(jié)構(gòu)；所述第一MOS結(jié)構(gòu)包括第一P型體區(qū)209，設(shè)置于第一P型體區(qū)209中的第一P+體接觸區(qū)207，設(shè)置于第一P型體區(qū)209中的第一N+源區(qū)211，設(shè)置在第一P型體區(qū)209上表面的第一金屬電極203和第一柵結(jié)構(gòu)；所述第一P+體接觸區(qū)207與第一N+源區(qū)211相互獨(dú)立，且上表面均與第一金屬電極203相連；所述第一柵結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，由第一平面柵介質(zhì)213與設(shè)置在第一平面柵介質(zhì)213上表面的第一柵電極205構(gòu)成；所述第二MOS結(jié)構(gòu)包括第二P型體區(qū)210，設(shè)置于第二P型體區(qū)210中的第二P+體接觸區(qū)208，設(shè)置于第二P型體區(qū)210中的第二N+源區(qū)212，設(shè)置在第二P型體區(qū)210上表面的第二金屬電極204和第二柵結(jié)構(gòu)；所述第二P+體接觸區(qū)208與第二N+源區(qū)212相互獨(dú)立，且上表面均與第二金屬電極204相連；所述第二柵結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，由第二平面柵介質(zhì)214與設(shè)置在第二平面柵介質(zhì)214上表面的第二柵電極206構(gòu)成；所述漂移區(qū)包括介質(zhì)深槽215，對稱設(shè)置在介質(zhì)深槽215兩側(cè)的第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218，設(shè)置在介質(zhì)深槽215下方的N型區(qū)201；所述第一P型體區(qū)209的下表面和側(cè)面與第一高摻雜N型層217連接；所述第二P型體區(qū)210的下表面和側(cè)面與第二高摻雜N型層218連接；所述第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218分別與介質(zhì)深槽215上端的側(cè)面連接；所述介質(zhì)深槽215下端嵌入N型區(qū)201,所述介質(zhì)深槽215的中線、所述N型區(qū)201的中線與器件元胞中線重合；所述N型區(qū)201的上表面分別與第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218連接，其下表面與P型襯底101連接；所述介質(zhì)深槽215的寬度和深度大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的寬度和深度；所述介質(zhì)深槽215嵌入N型區(qū)201中部分的深度大于介質(zhì)深槽215的寬度，其嵌入N型區(qū)201中部分的深度還大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的深度，其嵌入N型區(qū)201中部分的深度還大于介質(zhì)深槽215底部與P襯底101之間的N型區(qū)201的深度；所述第一高摻雜N型層217與P型襯底101之間具有第一P型區(qū)219；所述第二高摻雜N型層218與P型襯底101之間具有第二P型區(qū)220；所述第一P型區(qū)219和第二P型區(qū)220對稱設(shè)置在N型區(qū)201兩側(cè)并與N型區(qū)201的側(cè)面連接；所述介質(zhì)深槽215中靠近第一高摻雜N型層217的一側(cè)設(shè)置有用于填充柵導(dǎo)電材料的第一填充槽221，靠近第二高摻雜N型層218的一側(cè)設(shè)置有用于填充柵導(dǎo)電材料的第二填充槽222；所述第一填充槽221和第二填充槽222位置對稱，且深度與寬度均小于介質(zhì)深槽215的深度和寬度；所述第一填充槽221和第二填充槽222的深度均大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的深度；所述第一填充槽221與第一柵電極205連接，所述第二填充槽222與第二柵電極連接。一種雙向MOS型器件，元胞結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括P型襯底101、設(shè)置在P型襯底101上表面的介質(zhì)埋層102和設(shè)置在介質(zhì)埋層102上表面的有源區(qū)；所述有源區(qū)包括漂移區(qū)和對稱設(shè)置在漂移區(qū)上層兩端的第一MOS結(jié)構(gòu)和第二MOS結(jié)構(gòu)；所述第一MOS結(jié)構(gòu)包括第一P型體區(qū)209，設(shè)置于第一P型體區(qū)209中的第一P+體接觸區(qū)207，設(shè)置于第一P型體區(qū)209中的第一N+源區(qū)211，設(shè)置在第一P型體區(qū)209上表面的第一金屬電極203和第一柵結(jié)構(gòu)；所述第一P+體接觸區(qū)207與第一N+源區(qū)211相互獨(dú)立，且上表面均與第一金屬電極203相連；所述第一柵結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，由第一平面柵介質(zhì)213與設(shè)置在第一平面柵介質(zhì)213上表面的第一柵電極205構(gòu)成；所述第二MOS結(jié)構(gòu)包括第二P型體區(qū)210，設(shè)置于第二P型體區(qū)210中的第二P+體接觸區(qū)208，設(shè)置于第二P型體區(qū)210中的第二N+源區(qū)212，設(shè)置在第二P型體區(qū)210上表面的第二金屬電極204和第二柵結(jié)構(gòu)；所述第二P+體接觸區(qū)208與第二N+源區(qū)212相互獨(dú)立，且上表面均與第二金屬電極204相連；所述第二柵結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，由第二平面柵介質(zhì)214與設(shè)置在第二平面柵介質(zhì)214上表面的第二柵電極206構(gòu)成；所述漂移區(qū)包括介質(zhì)深槽215，對稱設(shè)置在介質(zhì)深槽215兩側(cè)的第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218，設(shè)置在介質(zhì)深槽215下方的N型區(qū)201；所述第一P型體區(qū)209的下表面和側(cè)面與第一高摻雜N型層217連接；所述第二P型體區(qū)210的下表面和側(cè)面與第二高摻雜N型層218連接；所述第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218分別與介質(zhì)深槽215上端的側(cè)面連接；所述介質(zhì)深槽215下端嵌入N型區(qū)201,所述介質(zhì)深槽215的中線、所述N型區(qū)201的中線與器件元胞中線重合；所述N型區(qū)201的上表面分別與第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218連接，其下表面與P型襯底101連接；所述介質(zhì)深槽215的寬度和深度大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的寬度和深度；所述介質(zhì)深槽215嵌入N型區(qū)201中部分的深度大于介質(zhì)深槽215的寬度，其嵌入N型區(qū)201中部分的深度還大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的深度，其嵌入N型區(qū)201中部分的深度還大于介質(zhì)深槽215底部與P襯底101之間的N型區(qū)201的深度；所述第一高摻雜N型層217與介質(zhì)埋層102之間具有第一P型區(qū)219；所述第二高摻雜N型層218與介質(zhì)埋層102之間具有第二P型區(qū)220；所述第一P型區(qū)219和第二P型區(qū)220對稱設(shè)置在N型區(qū)201兩側(cè)并與N型區(qū)201的側(cè)面連接；所述介質(zhì)深槽215中靠近第一高摻雜N型層217的一側(cè)設(shè)置有用于填充柵導(dǎo)電材料的第一填充槽221，靠近第二高摻雜N型層218的一側(cè)設(shè)置有用于填充柵導(dǎo)電材料的第二填充槽222；所述第一填充槽221和第二填充槽222位置對稱，且深度與寬度均小于介質(zhì)深槽215的深度和寬度；所述第一填充槽221和第二填充槽222的深度均大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的深度；所述第一填充槽221與第一柵電極205連接，所述第二填充槽222與第二柵電極連接。進(jìn)一步的，所述介質(zhì)深槽215的底部與N型區(qū)201之間具有P型區(qū)225；或者，所述介質(zhì)深槽215與N型區(qū)201之間具有P型區(qū)225；所述P型區(qū)225的頂部分別與第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的底部連接。進(jìn)一步的，所述P型襯底101與N型區(qū)201、第一P型區(qū)219以及第二P型區(qū)220之間具有N型層103。進(jìn)一步的，所述介質(zhì)埋層102與N型區(qū)201、第一P型區(qū)219以及第二P型區(qū)220之間具有N型層103。一種雙向MOS型器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步：在P型襯底101上表面外延生長P型外延層；第二步：采用光刻和刻蝕工藝，在P型外延層中部刻蝕出深槽，并在深槽內(nèi)通過離子注入工藝多角度旋轉(zhuǎn)注入N型雜質(zhì)并推結(jié)在深槽側(cè)面和底部形成N型區(qū)201，所述N型區(qū)201的底部與P型襯底101的上表面連接；P型外延層兩側(cè)未注入N型雜質(zhì)的區(qū)域，形成位于N型區(qū)201兩側(cè)相對稱的第一P型區(qū)219和第二P型區(qū)220；第三步：通過氧化或淀積方式在第二步中形成的深槽內(nèi)填充介質(zhì)形成介質(zhì)深槽215；第四步：采用光刻和離子注入工藝，分別在N型區(qū)201和第一P型區(qū)219的上部形成第一高摻雜N型層217，在N型區(qū)201和第二P型區(qū)220的上部形成第二高摻雜N型層218；所述第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218分別與介質(zhì)深槽215的側(cè)面連接；第五步：采用光刻和刻蝕工藝，在介質(zhì)深槽215中靠近第一高摻雜N型層217一側(cè)刻蝕出第一填充槽221，在靠近第二高摻雜N型層218一側(cè)刻蝕出第二填充槽222；所述第一填充槽221和第二填充槽222位置對稱，且第一填充槽221和第二填充槽222的深度和寬度均小于所述介質(zhì)深槽215的深度和寬度，所述第一填充槽221和第二填充槽222的深度大于第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218的深度；第六步：對器件進(jìn)行熱氧處理，并淀積柵導(dǎo)電材料；采用光刻工藝刻蝕掉不需要的柵導(dǎo)電材料和氧化層后，在第一高摻雜N型層217上表面形成第一平面柵結(jié)構(gòu)，在第二高摻雜N型層218上表面形成第二平面柵結(jié)構(gòu)，并在第一填充槽(221)和第二填充槽(222)中分別填充有柵導(dǎo)電材料；所述第一平面柵結(jié)構(gòu)由位于第一高摻雜N型層217上表面的第一平面柵介質(zhì)213和位于第一平面柵介質(zhì)213上層的第一柵電極205構(gòu)成；所述第二平面柵結(jié)構(gòu)由位于第二高摻雜N型層218上表面的第二平面柵介質(zhì)214和位于第二平面柵介質(zhì)214上層的第二柵電極206構(gòu)成；所述第一柵電極205與第一填充槽221通過柵導(dǎo)電材料連接；所述第二柵電極206與第二填充槽222通過柵導(dǎo)電材料連接；第七步：采用光刻和離子注入工藝，在第一高摻雜N型層217上端的一側(cè)注入P型雜質(zhì)并推結(jié)形成第一P型體區(qū)209，在第二高摻雜N型層218上端的一側(cè)注入P型雜質(zhì)并推結(jié)形成第二P型體區(qū)210；所述第一P型體區(qū)209和第二P型體區(qū)210的位置對稱；第八步：采用光刻和離子注入工藝，在第一P型體區(qū)209中注入N型雜質(zhì)形成第一N+源區(qū)211，注入P型雜質(zhì)形成第一P+體接觸區(qū)207；所述第一N+源區(qū)211和第一P+體接觸區(qū)207相互獨(dú)立；在第二P型體區(qū)210中注入N型雜質(zhì)形成第二N+源區(qū)212，注入P型雜質(zhì)形成第二P+體接觸區(qū)208；所述第二N+源區(qū)212和第二P+體接觸區(qū)208相互獨(dú)立；第九步：淀積并光刻金屬，在第一N+源區(qū)211和第一P+體接觸區(qū)207上表面形成第一金屬電極203，在第二N+源區(qū)212和第二P+體接觸區(qū)208上表面形成第二金屬電極204。具體的，所述第一步還包括，在P型襯底101上表面先外延生長N型外延層103，然后在N型外延層103上表面外延生長P型外延層。具體的，所述第一步還包括，采用絕緣體上硅在P型襯底101與P型外延層之間制作有介質(zhì)埋層102。具體的，所述第一步還包括，在介質(zhì)埋層102與P型外延層之間外延生長有N型外延層103。具體的，所述第二步還包括，形成N型區(qū)201后，在N型區(qū)201中注入P型雜質(zhì)并推結(jié)形成P型區(qū)225；所述P型區(qū)225位于介質(zhì)深槽下方或位于介質(zhì)深槽下方與側(cè)面。本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明提供了一種具有對稱特性的雙向MOS型器件及其制造方法，通過由介質(zhì)深槽215、N型區(qū)201、位置對稱的第一高摻雜N型層217和第二高摻雜N型層218、與位置對稱的第一P型區(qū)219和第二P型區(qū)220形成的具有對稱特性的U型復(fù)合漂移區(qū)以及由位置對稱的第一柵電極205和第二柵電極206、與位置對稱的第一填充槽221和第二填充槽222形成的復(fù)合柵結(jié)構(gòu)，在一定的元胞寬度下可獲得高的器件擊穿電壓和低的導(dǎo)通壓降/電阻特性，是一種雙向?qū)ΨQ的電場截止型器件；在IGBT工作模式時(shí)，是一種具有載流子存儲層和場截止層的IGBT器件，在MOS工作模式時(shí)，是一種具有減小漂移區(qū)電阻高摻雜層和場截止層的MOS型器件；通過所述U型復(fù)合漂移區(qū)和復(fù)合柵結(jié)構(gòu)的復(fù)合作用，本發(fā)明結(jié)構(gòu)不會發(fā)生器件的橫向和縱向穿通擊穿，并具有高的單位漂移區(qū)長度耐壓和低的導(dǎo)通壓降/電阻特性，可顯著的提高器件的性能。附圖說明圖1是傳統(tǒng)的溝槽型雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是傳統(tǒng)的平面型雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例1的雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實(shí)施例2的雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實(shí)施例3的雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是實(shí)施例4的雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是實(shí)施例5的雙向MOS型器件元胞結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是實(shí)施例6的...