能實現(xiàn)電流雙向流通的功率mosfet器件的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體器件，尤其是一種能實現(xiàn)電流雙向流通的功率MOSFET器件，屬于功率半導體器件的技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]垂直雙擴散金屬氧化物半導體(VDMOS)是一種公知的半導體功率MOSFET器件，因其易驅(qū)動、低損耗等優(yōu)點被廣泛地應用于各類電子電路當中。VDMOS是一個電壓驅(qū)動型的三端器件，包括柵極、源極和漏極，器件導通工作時，柵極施加一個驅(qū)動電壓，在器件的源漏之間形成溝道，同時漏極施加一個相對于源極的電壓Vds使得載流子在源極與漏極直接流動形成電流；器件耐壓工作時，柵極上的驅(qū)動電壓撤除，源漏間的溝道消失，漏源間的電壓Vds通過漏源間的PN結(jié)來承受。
[0003]VDMOS器件的源極連接于源極區(qū)，漏極連接于漂移區(qū)，其中源極區(qū)和漂移區(qū)具有相同的雜質(zhì)類型，源極區(qū)和漂移區(qū)之間則是被具有相反雜質(zhì)類型的阱區(qū)(Body)所分隔，阱區(qū)的結(jié)深要深于源極區(qū)的結(jié)深，并且它們在柵極表面處的結(jié)深差形成溝道區(qū)，源極區(qū)-阱區(qū)-漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)還會形成一個寄生的雙極型晶體管，源極區(qū)對應為發(fā)射極，阱區(qū)對應為基極，漂移區(qū)對應為集電極，為了避免這個寄生三極管在VDMOS工作時被誤導通，現(xiàn)有的VDMOS器件結(jié)構(gòu)中都會將阱區(qū)與源極區(qū)短接在一起，這樣就確保了寄生三極管的發(fā)射結(jié)不會正向偏置，避免三極管的導通。廣泛使用的將源極區(qū)和阱區(qū)短接在一起的方法是在器件表面設置源極接觸孔，源極接觸孔內(nèi)填充的源極金屬同時與源極區(qū)和阱區(qū)電性接觸，保持它們具有相等電位，如圖43中的溝槽型VDMOS (Trench VDMOS)器件和圖44平面型VDMOS(Planar VDM0S)器件的元胞剖面示意圖。
[0004]圖43中，溝槽型VDMOS包括MOS溝槽103，所述MOS溝槽103位于溝槽P阱104內(nèi)并在所述溝槽P阱104內(nèi)垂直向下延伸，MOS溝槽103的槽底位于溝槽P阱104下方的N型漂移區(qū)11內(nèi)。在MOS溝槽103內(nèi)包括溝槽柵氧化層106以及溝槽導電多晶硅體105，溝槽柵氧化層106生長在MOS溝槽103的內(nèi)壁，溝槽導電多晶體體105填充在生長有溝槽柵氧化層106的MOS溝槽103內(nèi)；在MOS溝槽103的槽口設置溝槽絕緣介質(zhì)體106，在MOS溝槽103外壁的側(cè)上方均設有溝槽N型注入?yún)^(qū)107，溝槽源極金屬層109覆蓋在溝槽絕緣介質(zhì)體106上，并分別與溝槽N型注入?yún)^(qū)107、溝槽P阱104歐姆接觸，從而得到柵極端100、源極端101以及漏極端102，漏極端102與漏極金屬9電連接。
[0005]如圖44中，平面型VDMOS包括位于N型漂移區(qū)11上方的平面P阱110，在平面P阱110內(nèi)的上方設有平面N型注入?yún)^(qū)111，所述平面N型注入?yún)^(qū)111與上方的柵結(jié)構(gòu)部分交疊，柵結(jié)構(gòu)包括平面柵氧化層115以及覆蓋在所述平面柵氧化層115上的平面導電多晶硅體114，所述平面導電多晶硅體114以及平面柵氧化層115均被平面絕緣介質(zhì)體112所包尾覆蓋。在平面絕緣介質(zhì)體112上設置有平面源極金屬層113，所述平面源極金屬層113與平面N型注入?yún)^(qū)111以及平面P阱110歐姆接觸。平面導電多晶硅體114通過平面柵氧化層115還與平面P阱110以及N型漂移區(qū)11相交疊。
[0006]傳統(tǒng)的VDMOS器件在導通工作時，載流子的移動都是單向的，即都是由器件的源極向漏極移動，因此，對于給定類型的VDMOS器件，導通工作時的電流流通也是單向的，然而在一些特定電路中，電路設計者希望MOSFET器件能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的電流流通，并且電流都是流經(jīng)溝道，那么現(xiàn)有的VDMOS器件就無法實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種能實現(xiàn)電流雙向流通的功率MOSFET器件，其可以實現(xiàn)電流在源極與漏極之間的雙向流通，流通路徑均是通過溝道，并且其制造工藝簡單，成本低廉，宜于批量生產(chǎn)。
[0008]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述能實現(xiàn)電流雙向流通的功率MOSFET器件，在所述MOSFET器件的俯視平面上，包括位于半導體基板上的元件區(qū)以及終端保護區(qū)，所述終端保護區(qū)位于元件區(qū)的外圈，且終端保護區(qū)環(huán)繞包圍元件區(qū)；在所述MOSFET器件的截面，所述半導體基板包括位于上部的第一導電類型漂移區(qū)以及位于下部的第一導電類型襯底層，所述第一導電類型襯底層鄰接第一導電類型漂移區(qū)；第一導電類型漂移區(qū)的上表面形成半導體基板的第一主面，第一導電類型襯底層的下表面形成半導體基板的第二主面；其創(chuàng)新在于:
[0009]在所述MOSFET器件的俯視平面上，元件區(qū)包括相互絕緣隔離的柵極金屬區(qū)、源極金屬區(qū)以及體極金屬區(qū)，在所述源極金屬區(qū)內(nèi)包括用于形成源極的源極金屬以及位于所述源極金屬下方的多個呈平行分布的元胞；
[0010]在所述MOSFET器件的截面上，元胞包括位于第一導電類型漂移區(qū)內(nèi)上方的第二導電類型第一阱區(qū)、位于所述第二導電類型第一阱區(qū)內(nèi)上方的第一導電類型注入?yún)^(qū)以及MOS柵結(jié)構(gòu)；源極金屬與第一導電類型注入?yún)^(qū)電連接，且第一導電類型注入?yún)^(qū)將源極金屬與第二導電類型第一阱區(qū)隔離；
[0011]在所述MOSFET器件的截面上，體極金屬區(qū)包括位于第一導電類型漂移區(qū)內(nèi)上方的第二導電類型第二阱區(qū)以及位于所述第二導電類型第二阱區(qū)上方的體極金屬，第二導電類型第二阱區(qū)與第二導電類型第一阱區(qū)等電位，且第二導電類型第二阱區(qū)與體極金屬電連接。
[0012]在所述半導體基板的第二主面設置漏極金屬，所述漏極金屬與第一導電類型襯底層歐姆接觸。
[0013]源極金屬區(qū)內(nèi)的元胞呈條形，所述MOS柵結(jié)構(gòu)為溝槽型柵結(jié)構(gòu)或平面型柵結(jié)構(gòu)。
[0014]所述MOS柵結(jié)構(gòu)為溝槽型柵結(jié)構(gòu)時,所述MOS柵結(jié)構(gòu)包括元胞溝槽,所述元胞溝槽由第一主面垂直向下延伸，且元胞溝槽的槽底位于第二導電類型第一阱區(qū)的下方；在元胞溝槽的內(nèi)壁覆蓋有溝槽絕緣柵氧化層，并在覆蓋有溝槽絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有溝槽導電多晶硅，在所述元胞溝槽的槽口覆蓋有溝槽絕緣介質(zhì)層，絕緣柵氧化層以及導電多晶硅通過溝槽絕緣介質(zhì)層與源極金屬相絕緣隔離。
[0015]所述MOS柵結(jié)構(gòu)為平面型柵結(jié)構(gòu)時，所述MOS柵結(jié)構(gòu)包括位于第一主面上的平面絕緣柵氧化層，在所述平面絕緣柵氧化層上覆蓋有平面導電多晶硅，所述平面絕緣柵氧化層以及平面導電多晶硅均包覆在平面絕緣介質(zhì)層內(nèi)，平面絕緣介質(zhì)層支撐在第一主面上；平面絕緣柵氧化層與第一導電類型注入?yún)^(qū)、第一導電類型漂移區(qū)以及第二導電類型第一阱區(qū)相交疊。
[0016]所述第二導電類型第一阱區(qū)與第二導電類型第二阱區(qū)屬于同一制造層，源極金屬與體極金屬間相互不接觸。
[0017]所述“第一導電類型”和“第二導電類型”兩者中，對于N型MOSFET器件，第一導電類型指N型，第二導電類型為P型；對于P型MOSFET器件，第一導電類型與第二導電類型所指的類型與N型半導體器件正好相反。
[0018]本實用新型的優(yōu)點:
[0019]對比傳統(tǒng)的具有三個引出電極(柵電極、源電極、漏電極)的MOSFET器件，本實用新型的MOSFET器件增加了一個引出電極:體電極。本實用新型通過將源極金屬區(qū)內(nèi)的第二導電類型第一阱區(qū)通過第二導電類型第二阱區(qū)等電位連接后引至體極金屬區(qū)，并通過體極金屬引出；體區(qū)金屬、源極金屬、漏極金屬兩兩互不相連，從而確保體極金屬、源極金屬、漏極金屬可以各自具有獨立的電位。
[0020]對于N型MOSFET器件和P型MOSFET器件，柵極與第二導電類型阱區(qū)在導通工作時會保持一個電位差，該電位差可以確保位于第二導電類型阱區(qū)內(nèi)的溝道導通，從而保證無論是源電極對漏電極高電位，或是漏電極對源電極高電位兩種情況下柵極都可以控制溝道的導通與關(guān)斷，這樣就可以通過設置不同的源電極、漏電極電位來實現(xiàn)電流的雙向流通。而現(xiàn)有電路設計中，若要希望實現(xiàn)電流的雙向流通，通常需要提供至少兩顆獨立的MOSFET器件，或是將兩顆MOSFET芯片封裝于一個封裝體當中，使用本實用新型的MOSFET器件，一顆MOSFET器件就可以實現(xiàn)電流的雙向流通，降低了電路的制造成本，并且一顆MOSFET芯片的封裝，其對封裝基島面積、封裝鍵合引線等工藝選擇的余地會更多，封裝成本也會降低。
[0021]本實用新型的MOSFET器件，通過改變元件區(qū)內(nèi)的元胞結(jié)構(gòu)并將元件區(qū)內(nèi)的第二導電類型阱區(qū)單獨引出作為一個獨立的電極，而上述結(jié)構(gòu)上的變動并未涉及器件的終端保護區(qū)，因此，本實用新型MOSFET器件的元件區(qū)可以和已有MOSFET器件的多種終端保護區(qū)組合而不需要額外增加光刻板，從而降低了器件的設計難度與制造成本。
[0022]本實用新型的MOSFET器件，其只是通過改變版圖設計來實現(xiàn)上述功能，可以很好地與現(xiàn)有MOSFET器件的制造工藝相結(jié)合，并未增加額外的工藝步驟，因此，制造難度和成本并未增加，適宜于批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型實施例1的俯視圖。
[0024]圖2為圖1