沟槽超级势垒整流器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种沟槽超级势皇整流器(Super Barrier Rectifier, SBR)的制造方法。
【背景技术】
[0002]超级势皇整流器正是结合了 PN 二极管和肖特基二极管两者的优势，减小了功耗、减小正向电压并提高该类型器件的可靠性。超级势皇整流器通过MOS沟道建立了一个“超级势皇”，并利用MOS的体效应降低势皇高度，可以使该器件的获得比PN结更小乃至接近肖特基二极管的正向压降，并获得较小的漏电流。超级势皇整流器适合50V至200V范围之内的1A至20A大电流供电设备。
[0003]超级势皇整流器类似于DMOS管结构，将DMOS管的栅极、体区电极和源极连接在一起作为阳极，将漏极作为阴极；；这样当阳极阴极间接正向电压时，超级势皇整流器的工作状态类似于漏极和栅极接正电压、源极接地的MOS管的工作状态，这时超级势皇整流器会导通，且由于体区电极也接了正电压，体区电极作为对应MOS管的背栅电压即Vbs，会降低MOS管的阈值电压，故超级势皇整流器的正向导通的阈值电压会很小，也即超级势皇整流器的正向导通电压VF会降低。而当阳极阴极间接反向电压时，超级势皇整流器的工作状态类似于源极和栅极接负电压、漏极接正电压的MOS管的工作状态，这时超级势皇整流器会截止，类似于DMOS截止状态，故超级势皇整流器具有较高的反向击穿电压，且具有较小的漏电流。故超级势皇整流器同时兼有PN结二极管的稳定性好、能工作于高电压的特性，以及具有肖特基二极管的低正向导通电压的特性。
[0004]如图1A所示，是现有超级势皇整流器的结构示意图；现有超级势皇整流器的单元结构包括:N-区101，一般由N型外延层组成；P阱104 ;穿过P阱104的沟槽，在沟槽的底部和侧壁表面形成有栅氧102并通过多晶硅栅103完全填充；在P阱104的顶部形成有N+区105和P+区106 ;在N-区101的底部表面形成有N+区107 ;正面金属层108将多晶硅栅103,N+区105和P+区106连接在一起形成一个阳极；背面金属层109和N+区107接触形成阴极。以上即现有超级势皇整流器的一个单元的结构，也能由多个单元结构并联形成一个更大的超级势皇整流器。图1所示的现有超级势皇整流器的栅极结构为沟槽栅，实际工艺中也能采用平面栅结构，原理类似。
[0005]如图1B所示是图1A的原理图；M0S管110是由栅极为多晶硅栅103、源区为N+区107、漏区为N+区105组成的结构，其中P+区106用于引出P阱104即体区。可知，当正面金属层108接正电压、背面金属层109接负电压或地时，MOS管110导通，且由于正电压同时加到了 P阱104上，即Vbs为正，所以MOS管110的阈值电压较小，使得MOS管110的正向导通电压也较小。
[0006]而当正面金属层108接负电压或地、背面金属层109接正电压时，这时N+区105相当于MOS管110的源区，源区和栅极都接负电压或地，则MOS管110截止。这时背面金属层109所加的正电压将会承担在P阱104和N-区101形成的PN结111上，N-区101在DMOS器件中用于做漂移区，能承受较大的电压，也即PN结111所能承受的反向电压较大，故现有超级势皇整流器的反向击穿电压较大，能工作于高电压，且MOS管110截止后，漏电流很小。
[0007]在实际应用中需要在超级势皇整流器中增加深沟槽，由深沟槽中填充的氧化物和多晶硅来提供器件的耐压能力，这种带有深沟槽的超级势皇整流器称为沟槽超级势皇整流器，如图2所示，是现有沟槽超级势皇整流器的立体结构图；在硅基片如一硅外延层301形成有多个沟槽，在沟槽中填充用沟槽氧化层303和沟槽多晶硅304。图2中势皇整流器为平面栅结构，在硅基片301的表面形成栅氧306和多晶硅栅305，P阱302形成于硅基片301中，器件的其它结构省略，可以参考图1A所示结构。现有沟槽超级势皇整流器中的沟槽多晶硅304和多晶硅栅305连接，用于实现电位平衡。图2所示结构主要示意出了器件的单元区的结构，为了提高器件的耐压，在单元区的周侧还需要设置有比单元区的沟槽更宽的沟槽，这些宽沟槽中仅填充氧化硅，没有和多晶硅栅305相连的沟槽多晶硅，宽沟槽组成围绕在单元区的周侧组成终端区。
[0008]如图3A至图3D所示，是现有超级势皇整流器的制造方法各步骤中器件结构图；现有超级势皇整流器能够由多个单元结构并联形成，单元结构形成的区域为单元区，在单元区的外侧还形成有终端区，终端区用于提高器件的耐压能力；现有超级势皇整流器的制造方法主要包括如下步骤:
[0009]步骤一、如图3A所示，提供一硅基片201，在硅基片201上形成由氧化层组成的硬掩膜202，采用光刻工艺定义出单元区的第一沟槽203和终端区的第二沟槽204的形成区域，对硬掩膜202和硅基片201依次刻蚀形成第一沟槽203和第二沟槽204。之后需要将硬掩膜202去除。
[0010]步骤二、如图3B所示，接着形成沟槽氧化层，沟槽氧化层由热氧化层205和沉积形成的氧化层206叠加组成。
[0011]步骤三、如图3B所示，形成沟槽多晶硅207，沟槽多晶硅207需要将第一沟槽203完全填充；也即沟槽多晶硅207会从第一沟槽203的底部表面往上生长、侧壁表面往内生长，当两侧面的沟槽多晶硅207在第一沟槽203内部接触时就能将第一沟槽203完全填充。实际情况是沟槽多晶硅207在顶部部分更容易先封口，这时在第一沟槽203的内部就会形成空隙；而在第一沟槽203的顶部会形成V型凹口 208。
[0012]第二沟槽204的宽度大于第一沟槽203的宽度，沟槽多晶硅207不将第二沟槽204
完全填充。
[0013]步骤四、对沟槽多晶硅207进行回刻，回刻需要将第二沟槽204底部表面的沟槽多晶硅207刻蚀干净，位于第一沟槽203和第二沟槽204外部表面的沟槽多晶硅207也刻蚀干净。
[0014]步骤五、如图3C所示，生长厚氧化层209，厚氧化层209用于填充于第二沟槽204中。
[0015]步骤六、如图3D所示，采用化学机械研磨(CMP)工艺去除第二沟槽204区域外的厚氧化层209。特别是单元区的厚氧化层209要求去除干净。如图3C中所示，可知，由于在沟槽多晶硅207的顶部具有V型凹口 208，厚氧化层209会填充于V型凹口 208中，而为了将单元区的厚氧化层209完全去除，需要将厚氧化层209和其底部的沟槽氧化层206和205都研磨掉并需要过研磨；另外，由于因为CMP的工艺对面内氧化层的研磨的选择比并不相同，这也需要进行过研磨；过研磨的CMP工艺势必会对娃基片201的表面产生影响；而且，由于CMP后，沟槽多晶硅207也会随着硅基片201的表面而被过研磨，这样有可能将沟槽多晶硅207顶部封口打开，使得沟槽多晶硅207中间的未闭合的缝隙露出，即从第一沟槽203两侧面向内生长的多晶娃未接触形成的缝隙会露出；如图4所示，是现有超级势皇整流器的制造方法形成的器件的形貌结构；虚线301所示区域处即显示了沟槽多晶硅207顶部封口被打开后将位于第一沟槽203内的缝隙露出。上述影响会带来形貌异常或者产生异常缺陷，并容易导致器件失效以及使器件的可靠性降低。
[0016]最后，如图3D所示，形成栅介质层如栅氧210、多晶硅栅211，以及形成P阱和正面金属层212和背面金属层213。
【发明内容】
[0017]本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽超级势皇整流器的制造方法，能对硅基片表面形成良好保护，能防止填充于单元区的沟槽中沟槽多晶硅的顶部封口打开，还能保证第二沟槽内氧化层得到保留，从而能降低缺陷并防止器件失效以及提高器件的可靠性。
[0018]为解决上述技术问题，本发明提供的沟槽超级势皇整流器的制造方法的沟槽超级势皇整流器包括终端区和单元区，所述终端区环绕在所述单元区的周侧，包括如下制造步骤:
[0019]步骤一、在N型硅基片表面依次形成由第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层组成的ONO层，所述O