專利名稱：一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，屬于開關(guān)型溝槽柵功率器件的溝槽柵結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
VDMOS和IGBT是新型的功率器件，分別對應(yīng)著擊穿電壓在200V以下以及600V以上的應(yīng)用。這些開關(guān)型功率器件，是電力電子技術(shù)的核心元件，具有①耐壓高，②導(dǎo)通電阻低、電流密度大，③導(dǎo)通時(shí)器件壓降低，④開關(guān)速度高，⑤驅(qū)動(dòng)功率小等特點(diǎn)，決定著電能轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換效率，微型化、智能化程度。在快速開關(guān)電源、電子整流器、電動(dòng)汽車助動(dòng)車、空調(diào)機(jī)、微波爐、風(fēng)能轉(zhuǎn)換、太陽能轉(zhuǎn)換等諸多產(chǎn)業(yè)有廣泛的應(yīng)用。目前廣泛采用的是平面柵和溝槽柵元胞結(jié)構(gòu)，而其中柵氧是通過對平面或溝槽的氧化而形成的。溝槽柵結(jié)構(gòu)主要包括襯底，p-body區(qū)，接收區(qū)N+區(qū)，溝槽區(qū)內(nèi)的柵氧層，以及填充的多晶硅層。當(dāng)在柵極上加+15V的開啟電壓時(shí)，p-body區(qū)和溝槽之間的界面處出現(xiàn)n型反轉(zhuǎn)層，從而實(shí)現(xiàn)MOS器件的導(dǎo)通。然而，功率器件的更新?lián)Q代要求元胞尺寸持續(xù)按比例縮減(scale-down)，將會(huì)對原有工藝提出挑戰(zhàn)。首先，平面柵結(jié)構(gòu)已不再具有競爭力而被淘汰。而對于溝槽柵結(jié)構(gòu)而言，溝槽底角處或曲面處由于爐管氧化而形成的氧化層應(yīng)力問題及膜厚不均勻性，隨著溝槽的縱橫比的增加而更加嚴(yán)重，常成為柵氧失效起始之處，進(jìn)而影響到器件的可靠性。現(xiàn)有溝槽柵工藝限定了元胞尺寸的繼續(xù)縮減，不利于提高器件的集成度，因而失去了競爭優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)。它應(yīng)是下一代功率器件溝槽柵結(jié)構(gòu)的首選，有利于提高集成度，降低加工成本，提升競爭力。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，它包括第一導(dǎo)電類型的襯底，在襯底表面設(shè)有溝槽；所述溝槽采用淺溝槽結(jié)構(gòu)，淺溝槽的側(cè)壁和底部均勻
覆蓋一層鑭系氧化物薄膜。所述襯底采用硅片、碳化硅片或氮化鎵外延硅片。所述淺溝槽采用直立邊溝槽、傾斜邊溝槽或圓底型溝槽。所述淺溝槽的口部形狀采用圓形、正方形、長方形或六角形結(jié)構(gòu)。所述鑭系氧化物薄膜是由Hf或鑭系中任何一種元素與氧生成的氧化物膜，或者是由兩種鑭系氧化物薄膜疊加而形成的復(fù)合薄膜，或者是由鑭系中任何一種元素與氮和氧共同生成的復(fù)合鑭系氮氧化物薄膜。在所述鑭系氧化物薄膜與溝槽的側(cè)壁和底部之間設(shè)有一層作為界面緩沖層的3 7納米的氧化層。[0013]所述鑭系氧化物薄膜的厚度小于溝槽寬度的一半。所述淺溝槽包括多晶硅填入鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)。所述淺溝槽包括Al、Ti過渡金屬填入鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)。上述技術(shù)方案采用第一導(dǎo)電類型(即N型)的襯底，在襯底表面通過干法刻蝕法制備成各種形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積鑭系氧化物，以確保均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部。有利于解決爐管氧化時(shí)形成的氧化薄膜內(nèi)的應(yīng)カ問題和不均勻問題，而鑭系氧化物的高介電特性，有利于在保持薄膜物理厚度的同時(shí)，降低等效電學(xué)厚度，隨之溝槽柵和功率器件整體設(shè)計(jì)有相應(yīng)的改進(jìn)，從而極大地提高功率器件的整體特性。本實(shí)用新型的有益效果是這種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)能夠有效降低其等效電學(xué)厚度，從而增加器件的電流導(dǎo)通能力，有利于提高p-body的濃度和降低p-body的深度而保持器件的閾值電壓不變，有利于進(jìn)ー步減小溝槽的深度而不會(huì)影響到擊穿電壓，有利于進(jìn)一歩地降低溝槽的縱橫比，從而進(jìn)一歩地減小溝槽的寬度，進(jìn)ー步實(shí)現(xiàn)元胞在尺寸上 的縮減。另外，p-body的濃度的提高以及深度的降低,還有利于降低主要由p-body構(gòu)成的雜散電阻，從而有利于遏制器件的栓鎖效應(yīng)，并從根本上提高器件在高于雪崩耐量的沖擊下的安全特性。從而整體上有利于元胞在尺寸上的繼續(xù)縮減，有利于降低器件所占用的晶圓面積，降低器件加工成本。

圖I是ー種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖中101、襯底，102、氧化物薄膜，103、多晶硅柵極區(qū)，104,N+區(qū)，105,p-body區(qū)。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。ー種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型的襯底，在襯底表面通過干法刻蝕法制備成各種形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積鑭系氧化物，以確保均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部。此結(jié)構(gòu)有利于元胞尺寸上的進(jìn)ー步縮減，是下一代功率器件的首選溝槽結(jié)構(gòu)。實(shí)施例I :600V IGBT Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為600V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Hf02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例2 600V IGBT Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為600V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Zr02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例3 1200V IGBT Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)[0027]用于制備擊穿電壓為1200V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Hf02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例4 1200V IGBT Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為1200V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽102,然后通過ALD等方法沉積Zr02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例5 1700V IGBT Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為1700V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通 過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Hf02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例6 1700V IGBT Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為1700V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Zr02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例7 3000V IGBT Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為3000V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽102,然后通過ALD等方法沉積Hf02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例8 3000V IGBT Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為3000V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Zr02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例9 5000V IGBT Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為5000V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Hf02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例10 5000V IGBT Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為5000V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Zr02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。[0042]實(shí)施例11 10000V IGBT Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為10000V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積Hf02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Hf02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。實(shí)施例12 10000V IGBT Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)用于制備擊穿電壓為10000V的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽102,然后通過ALD等方法沉積Zr02氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此Zr02柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105?！愕?，用于制備擊穿電壓為600-10000V之間任意擊穿電壓的IGBT所用的第一導(dǎo)電類型襯底101，在襯底表面通過干法刻蝕法制備剖面為直立溝槽或者傾斜溝槽或者圓底溝槽或者其他形狀的溝槽，然后通過ALD等方法沉積任意鑭系金屬和氧形成的氧化物薄膜102，均勻一致覆蓋于溝槽的側(cè)壁和底部而形成此柵氧溝槽結(jié)構(gòu)，多晶硅柵極區(qū)103。溝槽外圍是N+區(qū)104和p-body區(qū)105。權(quán)利要求1.一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，它包括第一導(dǎo)電類型的襯底(101)，在襯底(101)表面設(shè)有溝槽；其特征是所述溝槽采用淺溝槽結(jié)構(gòu)，淺溝槽的側(cè)壁和底部均勻覆蓋一層鑭系氧化物薄膜(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述襯底(101)采用硅片、碳化硅片或氮化鎵外延硅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述淺溝槽采用直立邊溝槽、傾斜邊溝槽或圓底型溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述淺溝槽的口部形狀采用圓形、正方形、長方形或六角形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述鑭系氧化物薄膜(102)是由Hf或鑭系中任何一種元素與氧生成的氧化物膜，或者是由兩種鑭系氧化物薄膜疊加而形成的復(fù)合薄膜，或者是由鑭系中任何一種元素與氮和氧共同生成的復(fù)合鑭系氮氧化物薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是在所述鑭系氧化物薄膜(102)與溝槽的側(cè)壁和底部之間設(shè)有一層作為界面緩沖層的3 7納米的氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述鑭系氧化物薄膜(102)的厚度小于溝槽寬度的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述淺溝槽包括多晶硅填入鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，其特征是所述淺溝槽包括Al、Ti過渡金屬填入鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)，屬于開關(guān)型溝槽柵功率器件的溝槽柵結(jié)構(gòu)。這種鑭系氧化物柵氧淺溝槽結(jié)構(gòu)能夠有效降低其等效電學(xué)厚度，從而增加器件的電流導(dǎo)通能力，有利于提高p-body的濃度和降低p-body的深度而保持器件的閾值電壓不變，有利于進(jìn)一步減小溝槽的深度而不會(huì)影響到擊穿電壓，有利于進(jìn)一步地降低溝槽的縱橫比，從而進(jìn)一步地減小溝槽的寬度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)元胞在尺寸上的縮減。另外，p-body的濃度的提高以及深度的降低，還有利于降低主要由p-body構(gòu)成的雜散電阻，從而有利于遏制器件的栓鎖效應(yīng)，并從根本上提高器件在高于雪崩耐量的沖擊下的安全特性。從而整體上有利于元胞在尺寸上的繼續(xù)縮減，有利于降低器件所占用的晶圓面積，降低器件加工成本。
文檔編號H01L29/423GK202523716SQ20122008365
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者唐禎安, 瞿學(xué)選, 金秀梅 申請人:大連理工大學(xué)