專利名稱：功率場效應(yīng)管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其是功率場效應(yīng)晶體管及其制作方法。
背景技術(shù)：
對于功率場效應(yīng)管來說，擊穿電壓、開關(guān)速度是影響器件性能的重要因素，其中開 關(guān)速度受寄生電容影響，寄生電容越小時開關(guān)速度越快。一款常見的N型功率場效應(yīng)管，如附圖1所示，在N+摻雜的襯底10上形成P摻雜 的反型襯底11，反型襯底11上形成柵極溝槽12，柵極溝槽12的側(cè)壁和底部填充有溝槽氧 化物13，柵極溝槽12的頂部形成有多晶硅柵極14 (多晶硅柵極14與溝槽氧化物13之間還 有柵氧化物，柵氧化物未示出)，柵極溝槽12開口側(cè)部的反型襯底11上形成N+摻雜的源極 15，漏極形成在襯底10上(圖中未表示)。為了同時提高器件的擊穿電壓、減小寄生電容，本領(lǐng)域慣用的手段是提高柵極溝 槽12的深寬比，在某些場合下，柵極溝槽12的深寬比已經(jīng)被提高到8 1。如何填充高深 寬比的柵極溝槽12是業(yè)界的難題，雖然高密度等離子體(highdensity plasma)化學(xué)氣相 淀積具有很強的深溝槽填充能力，但實際應(yīng)用時，溝槽氧化物13中還是會形成圖2中所示 的空隙16?？障兜拇嬖趯乐赜绊懫骷男阅堋⒃斐僧a(chǎn)品的報廢。為了保證產(chǎn)品的良率，柵 極溝槽12的深寬比受到限制，功率場效應(yīng)管的性能也因而受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過對功率場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)以及制作方法進行改進，提供一種易于填充的 柵極溝槽，以提高器件的性能。本發(fā)明首先提出一種功率場效應(yīng)管，包括襯底、形成在襯底上的反型襯底、淀積在 所述柵極溝槽內(nèi)的溝槽氧化物、形成在反型襯底內(nèi)的柵極溝槽、形成在柵極溝槽內(nèi)的多晶 硅柵極、形成在反型襯底內(nèi)且位于柵極溝槽開口側(cè)部的源極，其中所述柵極溝槽由第一溝 槽以及位于第一溝槽下方并與之連通的第二溝槽組成，第二溝槽的寬度小于第一溝槽。優(yōu)選的，第二溝槽與第一溝槽的寬度比為1 (1. 2 2)，例如為1 1. 5。優(yōu)選的，所述多晶硅柵極形成在第一溝槽內(nèi)。本發(fā)明還提出一種功率場效應(yīng)管的制作方法，包括如下步驟(a)提供襯底，襯底 上形成反型襯底，反型襯底上形成具有第一開口的第一掩膜層；(b)以第一掩膜層為掩模， 刻蝕反型襯底的一部分，形成第一溝槽；(c)在第一溝槽內(nèi)以及第一開口側(cè)壁淀積第二掩 膜層，回刻第二掩膜層，使得第二掩膜層具有第二開口，第二開口的寬度小于第一開口 ；(d) 以第二掩膜層為掩模，刻蝕反型襯底，在反型襯底內(nèi)形成第二溝槽，去除第一掩膜層以及第 二掩膜層，所述第一溝槽以及第二溝槽形成柵極溝槽。優(yōu)選的，去除第一掩膜層以及第二掩膜層之后還包括襯底晶格修復(fù)工藝，所述襯 底晶格修復(fù)工藝包括通過熱氧化工藝，在柵極溝槽的底部以及側(cè)壁、反型襯底的表面生長 犧牲氧化層，然后采用濕法刻蝕去除犧牲氧化層。
優(yōu)選的，所述襯底晶格修復(fù)工藝之后還包括在柵極溝槽內(nèi)淀積溝槽氧化物的工 藝，所述淀積溝槽氧化物包括三個步驟，其中，第一步的淀積速率高于第二步與第三步，第 一步的0/5值高于第二步與第三步，第一步的腔室氣體為02、5讓4、徹；第二步以及第三步的 腔室氣體為02、SiH4、Ar。由于上述技術(shù)方案的采用，使得往柵極溝槽內(nèi)淀積溝槽氧化物時比較容易，避免 出現(xiàn)夾斷現(xiàn)象(夾斷是指柵極溝槽的槽口提前封閉，導(dǎo)致柵極溝槽內(nèi)出現(xiàn)空隙)，因此工程 師在設(shè)計時可以增大柵極溝槽的深寬比，使得功率場效應(yīng)管具有更大的擊穿電壓與更快的 開關(guān)速度。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按 實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一款η型功率場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)圖；圖2顯示了現(xiàn)有技術(shù)中形成在溝槽氧化物中的空隙；圖3a至3j為本發(fā)明的制作方法原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明旨在提供一種改進的功率場效應(yīng)管及其制作方法，以使得柵極溝槽更易填 充，柵極溝槽的深寬比能夠做大、器件的性能能夠得到提高。一種功率場效應(yīng)管的制作方法，包括如下步驟(a)提供襯底，襯底上形成反型襯 底，反型襯底上形成具有第一開口的第一掩膜層；(b)以第一掩膜層為掩模，刻蝕反型襯底 的一部分，形成第一溝槽；(c)在第一溝槽內(nèi)以及第一開口側(cè)壁淀積第二掩膜層，回刻第二 掩膜層，使得第二掩膜層具有第二開口，第二開口的寬度小于第一開口 ；(d)以第二掩膜層 為掩模，刻蝕反型襯底，在反型襯底內(nèi)形成第二溝槽，去除第一掩膜層以及第二掩膜層，所 述第一溝槽以及第二溝槽形成柵極溝槽；(e)襯底晶格修復(fù)；(f)淀積溝槽氧化物。下面，以形成N型的功率場效應(yīng)管為例，參照附圖對上述制作方法進行詳細描述。(a)提供襯底，襯底上形成反型襯底，反型襯底上形成具有第一開口的第一掩膜 層； 參見圖3a，提供具有N型重摻雜的襯底20，在襯底20上形成P型摻雜的反型襯底 21，在反型襯底21上形成第一掩膜層22，在第一掩膜層22上旋涂光刻膠層23并圖案化該 光刻膠層W。參見圖3b，以光刻膠層23為掩模干法刻蝕第一掩膜層22，在第一掩膜層22上形 成第一開口 220，灰化法去除光刻膠層23，最終形成圖北所示的結(jié)構(gòu)。該第一開口 220可 以為寬度為1. 5um的長方體形，圖北中僅顯示出長方體的寬度以及高度，長度方向為與紙 面垂直的方向，長度尺寸大于寬度尺寸。其中，第一掩膜層22的材質(zhì)可以是氮化硅。(b)以第一掩膜層為掩模，刻蝕反型襯底的一部分，形成第一溝槽；參見圖3c，以第一掩膜層22為掩模，干法刻蝕反型襯底21的一部分，形成第一溝槽211，第一溝槽211并未穿透反型襯底21。該第一溝槽211可以為寬度為1. 5um、深度為 Ium的長方體形。(c)在第一溝槽內(nèi)以及第一開口側(cè)壁淀積第二掩膜層，回刻第二掩膜層，使得第二 掩膜層具有第二開口，第二開口的寬度小于第一開口 ；參見圖3d，在第一溝槽211內(nèi)以及第一開口 220側(cè)壁淀積第二掩膜層M，所述第 二掩膜層M還淀積在第一掩膜層22表面。所述第二掩膜層M優(yōu)選與第一掩膜層具有不 同材質(zhì)，例如可以為二氧化硅，可以以TEOS(正硅酸乙酯)為原料，采用化學(xué)氣相淀積工藝 形成第二掩膜層對。所述第二掩膜層M沒必要填滿第一開口 220，只要在第一開口 220的 側(cè)壁附著足夠厚度即可。參見圖!Be，對第二掩膜層對采用回刻(etch back)工藝，使得第二掩膜層M具有 第二開口 M0，第二開口 240的寬度小于第一開口 220，例如為寬度lum，第二開口 240的長 度等于第一開口 220。此時第一開口 220側(cè)壁上的第二掩膜層對的厚度為0.25um，相應(yīng)來 說，圖3d中第二掩膜層M的厚度需大于0. 25um,以使得第二掩膜層M回刻之后還有足夠 的厚度剩余。(d)以第二掩膜層為掩模，刻蝕反型襯底，在反型襯底內(nèi)形成第二溝槽，去除第一 掩膜層以及第二掩膜層，所述第一溝槽以及第二溝槽形成柵極溝槽；參見圖3f，以第二掩膜層M為掩模，繼續(xù)干法刻蝕反型襯底21，直至出露襯底20， 形成第二溝槽212，第二溝槽可以具有7um的深度。參見圖3g，用兩次濕法刻蝕去除第二掩膜層M、第一掩膜層22，所述第一溝槽211 以及第二溝槽212即形成柵極溝槽210。所述柵極溝槽210具有Sum的深度，位于下方的第 二溝槽212具有7um深度、Ium寬度，位于上方的第一溝槽211具有Ium深度、1. 5um寬度。(e)襯底晶格修復(fù)；參見圖池，采用熱氧化工藝，在柵極溝槽210的底部以及側(cè)壁、反型襯底21的表面 生長犧牲氧化層25，此犧牲氧化層25的成分為二氧化硅。參見圖3i，采用濕法刻蝕去除犧牲氧化層25。此處進行襯底晶格修復(fù)的目的是彌 補之前的干法刻蝕對反型襯底、襯底造成的晶格損傷。在除去犧牲氧化層25之后，柵極溝 槽210的寬度會增大，在生產(chǎn)工藝中需要綜合考慮。(f)淀積溝槽氧化物。采用高密度等離子體化學(xué)氣相淀積往柵極溝槽210內(nèi)淀積溝槽氧化物沈，該溝槽 氧化物沈可以為二氧化硅。該淀積過程分為三步第一步，淀積速率高于第二步，例如為20 2 A /min,例如20. 5K人/min ；D/S 值(凈沉積速率與毯覆式濺射速率之和/毯覆式濺射速率)高于第二步，例如為25 35 ； 腔室氣體為02、SiH4、He ；直至反型襯底21上淀積至17 20K A的厚度，此時柵極溝槽210 的側(cè)壁上附著的溝槽氧化物26的厚度低于I A (單側(cè))。這一步主要的目的是確保柵極 溝槽的拐角處被填滿溝槽氧化物。如果一直采用該沉積速率，柵極溝槽開口處容易提前閉 合，進而導(dǎo)致空隙的產(chǎn)生。第二步，淀積速率為10 1 A /min,例如1 A /min ；D/S值為5 15 ；腔室氣 體為02、SiH4、Ar ；直至反型襯底21上又淀積13 17K A的厚度，此時柵極溝槽210的側(cè)壁 上附著的溝槽氧化物的厚度為2. 5 4K .A。這一步的目的是通過提高毯覆式濺射速率，避免柵極溝槽開口提前閉合，確保沒有空隙產(chǎn)生，采用Ar取代He的目的正是為了利用Ar的 濺射能力。第三步，淀積速率與第二步相同或略小，例如lOKA/min ；D/S值為5 15 ；腔室氣 體為02、SiH4、Ar ；直至反型襯底21上又淀積10 15KA的厚度，完成柵極溝槽210的填充。 設(shè)置該第三步的原因是防止產(chǎn)品長期處于反應(yīng)腔中導(dǎo)致溫度過高而失效，產(chǎn)品從第二步的 腔室轉(zhuǎn)移到第三步的腔室，經(jīng)歷了自然冷卻過程，確保整個淀積過程中溫度不超過650°C。在上述淀積過程中，因為第一溝槽211具有較大的開口，使得溝槽氧化物沈的淀 積更加容易，淀積的過程中，柵極溝槽210的開口不易提前閉合，因此，相對現(xiàn)有技術(shù)可以 采用更大的深寬比。之后，還可以包括以下工藝通過CMP去除反型襯底21表面的溝槽氧化物沈、出 露反型襯底21 ；回蝕溝槽氧化物沈、形成凹槽；在凹槽的槽底、槽壁生長柵氧化層(圖3j中 未顯示)；在凹槽中填充多晶硅形成多晶硅柵極27 ；摻雜形成源極觀等步驟，最終形成的 功率場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖3j所示，與現(xiàn)有技術(shù)相比，柵極溝槽210由第一溝槽211、位于第 一溝槽211下方的第二溝槽212組成，第二溝槽212的寬度小于第一溝槽211，作為優(yōu)選的 第二溝槽與第一溝槽的寬度比為1 (1. 2 2)，優(yōu)選為1 1.5。多晶硅柵極27可以形 成在第一溝槽212內(nèi)，如此，多晶硅柵極27相比現(xiàn)有技術(shù)具有更加寬的尺寸，可以減小源漏 之間的開啟電阻、縮短器件的開啟時間。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的 保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種功率場效應(yīng)管，包括襯底、形成在襯底上的反型襯底、形成在反型襯底內(nèi)的柵極 溝槽、淀積在所述柵極溝槽內(nèi)的溝槽氧化物、形成在柵極溝槽內(nèi)的多晶硅柵極、形成在反型 襯底內(nèi)且位于柵極溝槽開口側(cè)部的源極，其特征在于所述柵極溝槽由第一溝槽以及位于 第一溝槽下方并與之連通的第二溝槽組成，第二溝槽的寬度小于第一溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率場效應(yīng)管，其特征在于第二溝槽與第一溝槽的寬度比 為 1 (1. 2 2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率場效應(yīng)管，其特征在于第二溝槽與第一溝槽的寬度比 為 1 1. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率場效應(yīng)管，其特征在于所述多晶硅柵極形成在第一溝 槽內(nèi)。
5.一種功率場效應(yīng)管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟(a)提供襯底，襯底上形成反型襯底，反型襯底上形成具有第一開口的第一掩膜層；(b)以第一掩膜層為掩模，刻蝕反型襯底的一部分，形成第一溝槽；(c)在第一溝槽內(nèi)以及第一開口側(cè)壁淀積第二掩膜層，回刻第二掩膜層，使得第二掩膜 層具有第二開口，第二開口的寬度小于第一開口 ；(d)以第二掩膜層為掩模，刻蝕反型襯底，在反型襯底內(nèi)形成第二溝槽，去除第一掩膜 層以及第二掩膜層，所述第一溝槽以及第二溝槽形成柵極溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于第一掩膜層的材質(zhì)為氮化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于第二掩膜層的材質(zhì)為氧化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于去除第一掩膜層以及第二掩膜層之 后還包括襯底晶格修復(fù)工藝，所述襯底晶格修復(fù)工藝包括通過熱氧化工藝，在柵極溝槽的 底部以及側(cè)壁、反型襯底的表面生長犧牲氧化層，然后采用濕法刻蝕去除犧牲氧化層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于所述襯底晶格修復(fù)工藝之后還包括 在柵極溝槽內(nèi)淀積溝槽氧化物的工藝，所述淀積溝槽氧化物包括三個步驟，其中，第一步的 淀積速率高于第二步與第三步，第一步的D/S值高于第二步與第三步，第一步的腔室氣體 為02、SiH4, He ；第二步以及第三步的腔室氣體為02、SiH4, Ar。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率場效應(yīng)管，包括襯底、形成在襯底上的反型襯底、形成在反型襯底內(nèi)的柵極溝槽、淀積在所述柵極溝槽內(nèi)的溝槽氧化物、形成在柵極溝槽內(nèi)的多晶硅柵極、形成在反型襯底內(nèi)且位于柵極溝槽開口側(cè)部的源極，其中所述柵極溝槽由第一溝槽以及位于第一溝槽下方并與之連通的第二溝槽組成，第二溝槽的寬度小于第一溝槽。采用了上述形狀的柵極溝槽，使得往柵極溝槽內(nèi)淀積溝槽氧化物時比較容易，避免出現(xiàn)夾斷現(xiàn)象，因此工程師在設(shè)計時可以增大柵極溝槽的深寬比，使得功率場效應(yīng)管具有更大的擊穿電壓與更快的開關(guān)速度。
文檔編號H01L29/78GK102130161SQ201010022978
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者于紹欣 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司