溝槽功率器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溝槽功率器件及其制作方法，所述制作方法包括：提供包括有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)的半導(dǎo)體襯底；在有源區(qū)形成第一溝槽，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)形成第二溝槽；在第一溝槽中形成溝槽功率器件的柵極，同時在第二溝槽中靠近有源區(qū)的側(cè)壁與底部沉積多晶硅，所述多晶硅在遠離有源區(qū)的一側(cè)呈弧形；在半導(dǎo)體襯底上沉積介質(zhì)層，填充第二溝槽；在有源區(qū)的介質(zhì)層上形成通孔，并進行兩次離子注入，在通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)；進行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝。避免在終端結(jié)構(gòu)中形成通孔，從而省略現(xiàn)有技術(shù)中在通孔中沉積硼磷硅玻璃，并進行回流與刻蝕的步驟，降低了工藝的復(fù)雜程度，提高了溝槽功率器件的再現(xiàn)性。
【專利說明】溝槽功率器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)制造領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽功率器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了縮小功率器件的尺寸，改善功率器件的性能，溝槽結(jié)構(gòu)被引入到功率器件中，形成溝槽功率器件。溝槽功率器件是電子電路的重要組成部分，在截止?fàn)顟B(tài)時擊穿電壓高、漏電流小；在導(dǎo)通狀態(tài)時，導(dǎo)通電阻低、導(dǎo)通管壓降低；在開關(guān)轉(zhuǎn)換時，開關(guān)速度快，并且具有通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關(guān)損耗小等顯著優(yōu)點，已經(jīng)成為集成電路等領(lǐng)域的主要功率器件。
[0003]溝槽功率器件具有終端結(jié)構(gòu)，包圍在溝槽功率器件的有源區(qū)的周圍，來避免溝槽功率器件邊緣部分的早期擊穿。
[0004]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中溝槽功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，傳統(tǒng)溝槽功率器件的制作方法包括:提供包含有源區(qū)I與終端結(jié)構(gòu)區(qū)2的半導(dǎo)體襯底10 ;通過曝光與刻蝕在半導(dǎo)體襯底10的有源區(qū)I上形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)形成柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包括形成在溝槽側(cè)壁及底部上的柵極氧化物層11以及填充滿溝槽的柵極多晶硅12 ;在半導(dǎo)體襯底10上沉積層間介質(zhì)層13，通過曝光與刻蝕在層間介質(zhì)層13上形成通孔，所述通孔包括有源區(qū)I內(nèi)的通孔以及終端結(jié)構(gòu)區(qū)2內(nèi)的通孔；然后以層間介質(zhì)層13為掩膜進行第一次離子注入，在有源區(qū)通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成P阱，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成保護環(huán)；然后在有源區(qū)通孔與終端結(jié)構(gòu)區(qū)的通孔中填充硼磷硅玻璃15 (BPSG)，回流之后并進行刻蝕；進行第二次離子注入在有源區(qū)通孔的P阱中形成η型摻雜區(qū)；最后進行金屬鎢的沉積與刻蝕，以及金屬鋁的沉積與刻蝕(圖中未顯示)。
[0005]在有源區(qū)通孔與終端結(jié)構(gòu)區(qū)通孔中填充硼磷硅玻璃15以及回流的步驟中，需要有源區(qū)通孔僅側(cè)壁和底部被硼磷硅玻璃覆蓋，而終端結(jié)構(gòu)區(qū)通孔則被硼磷硅玻璃封閉，要達到上述的要求，需要嚴(yán)格控制硼磷硅玻璃的厚度、回流溫度與時間、硼磷硅玻璃的刻蝕、不同通孔的尺寸大小以及通孔拐角的設(shè)計等工藝參數(shù)以及達到各工藝參數(shù)之間的平衡，由此會增加工藝的復(fù)雜程度，而且終端結(jié)構(gòu)區(qū)通孔中硼磷硅玻璃的填充效果會對后續(xù)的離子注入造成影響，直接影響最終的溝槽功率器件的電壓參數(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明提供了一種溝槽功率器件及其制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中有源區(qū)與終端結(jié)構(gòu)區(qū)的通孔中填充硼磷硅玻璃要達到的不同效果，從而增加工藝的復(fù)雜程度的問題。
[0007]本發(fā)明提供的溝槽功率器件的制作方法，包括:
[0008]提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)；
[0009]在所述半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)形成第一溝槽，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)形成第二溝槽；
[0010]在所述第一溝槽中形成溝槽功率器件的柵極，同時在所述第二溝槽中靠近所述有源區(qū)的側(cè)壁與底部沉積多晶硅，所述多晶硅在遠離所述有源區(qū)的一側(cè)呈弧形；[0011]在所述半導(dǎo)體襯底上沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充所述第二溝槽；
[0012]通過曝光與刻蝕在所述有源區(qū)的介質(zhì)層上形成通孔，并進行兩次離子注入，在所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成第一摻雜區(qū)，在所述第一摻雜區(qū)中形成第二摻雜區(qū)；
[0013]進行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成所述溝槽功率器件的制作。
[0014]進一步的，所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝包括:對所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底進行刻蝕，并填充第一金屬層；在所述介質(zhì)層上沉積第二金屬層。
[0015]進一步的，所述第二溝槽中多晶硅上方的介質(zhì)層呈弧形。
[0016]進一步的，在所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)邊緣的所述第二金屬層呈弧形。
[0017]進一步的，所述第二溝槽中沉積的介質(zhì)層的厚度為3000A?6000A。
[0018]進一步的，所述終端結(jié)構(gòu)中第二溝槽靠近有源區(qū)的一側(cè)到所述第二金屬層外邊緣的距離為Oum?3.7um。
[0019]進一步的，提供給溝槽功率器件電壓不小于25V。
[0020]進一步的，在所述通孔中填充的第一金屬層延伸至所述第一摻雜區(qū)中。
[0021]進一步的，所述第一金屬層的材質(zhì)為鎢，所述第二金屬層的材質(zhì)為鋁。
[0022]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種使用上述的溝槽功率器件的制作方法制作的溝槽功率器件，包括:
[0023]包含有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)的半導(dǎo)體襯底；
[0024]所述有源區(qū)中形成有第一溝槽，所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)中形成有第二溝槽；
[0025]所述第一溝槽內(nèi)形成有柵極，所述第二溝槽內(nèi)靠近所述有源區(qū)的側(cè)壁與底部形成有多晶硅，所述多晶硅在遠離所述有源區(qū)的一側(cè)呈弧形；
[0026]所述半導(dǎo)體襯底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充所述第二溝槽；
[0027]所述有源區(qū)的介質(zhì)層上形成有通孔，所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成有第一摻雜區(qū)以及位于第一摻雜區(qū)中的第二摻雜區(qū)。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0029]本發(fā)明提供的溝槽功率器件的制作方法中，通過在終端結(jié)構(gòu)區(qū)中形成第二溝槽，在第二溝槽中靠近有源區(qū)的側(cè)壁和底部沉積多晶硅，將多晶硅在遠離有源區(qū)的一面設(shè)置為弧形，然后在第二溝槽的其余位置沉積介質(zhì)層，避免在終端結(jié)構(gòu)中形成通孔，從而省略現(xiàn)有技術(shù)中在通孔中沉積硼磷硅玻璃，并進行回流與刻蝕的步驟，降低了工藝的復(fù)雜程度，提高了溝槽功率器件的再現(xiàn)性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中溝槽功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明一實施例中溝槽功率器件的制作方法的流程示意圖。
[0032]圖3?9為本發(fā)明一實施例中的溝槽功率器件的制作方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的溝槽功率器件及其制作方法做進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚，需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0034]圖2為本發(fā)明一實施例中溝槽功率器件的制作方法的流程示意圖，如圖2所示，本發(fā)明提出的一種溝槽功率器件的制作方法，包括以下步驟:
[0035]步驟SOl:提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)；
[0036]步驟S02:在所述半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)形成第一溝槽，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)形成第二溝槽；
[0037]步驟S03:在所述第一溝槽中形成溝槽功率器件的柵極，同時在所述第二溝槽中靠近所述有源區(qū)的側(cè)壁與底部沉積多晶硅，所述多晶硅在遠離所述有源區(qū)的一側(cè)呈弧形；
[0038]步驟S04:在所述半導(dǎo)體襯底上沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充所述第二溝槽；
[0039]步驟S05:通過曝光與刻蝕在所述有源區(qū)的介質(zhì)層上形成通孔，并進行兩次離子注入，在所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成第一摻雜區(qū)，在所述第一摻雜區(qū)中形成第二慘雜區(qū)；
[0040]步驟S06:進行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成所述溝槽功率器件的制作。
[0041]圖3?9為本發(fā)明一實施例中溝槽功率器件的制作方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖，請參考圖2所示，并結(jié)合圖3?圖9，詳細說明本發(fā)明提出溝槽功率器件的制作方法:
[0042]在步驟SOl中，提供一半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括有源區(qū)10和終端結(jié)構(gòu)區(qū)20，如圖3所示。
[0043]在本實施例中所述半導(dǎo)體襯底100可以是硅襯底、鍺硅襯底或絕緣體上硅(S0I)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體襯底。
[0044]在步驟S02中，在所述半導(dǎo)體襯底100的有源區(qū)10形成第一溝槽101，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)20形成第二溝槽102，如圖4所示。
[0045]在所述半導(dǎo)體襯底100上涂覆光刻膠層，通過曝光與顯影在有源區(qū)10的半導(dǎo)體襯底上形成第一溝槽101，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)20的半導(dǎo)體襯底上形成第二溝槽102。所述第一溝槽101與溝槽功率器件柵極的位置相對應(yīng)。
[0046]在步驟S03中，在所述第一溝槽101中形成溝槽功率器件的柵極103，同時在所述第二溝槽102中靠近所述有源區(qū)10的側(cè)壁與底部沉積多晶硅104，所述多晶硅104在遠離所述有源區(qū)10的一側(cè)呈弧形，如圖5所示。
[0047]利用熱氧化或者沉積工藝在所述第一溝槽101的側(cè)壁與底部形成柵氧化層，然后利用沉積工藝在所述第一溝槽101內(nèi)填充滿柵極多晶硅，以形成所述溝槽功率器件的柵極103(圖中未區(qū)分柵氧化層與柵極多晶硅)。本實施例中，在所述第一溝槽101中填充多晶硅的同時，在所述第二溝槽102中也填充多晶硅104，所述多晶硅104填充所述第二溝槽102中靠近所述有源區(qū)10的側(cè)壁與底部，其遠離所述有源區(qū)10的一側(cè)呈弧形。
[0048]在步驟S04中，在所述半導(dǎo)體襯底100上沉積介質(zhì)層105，所述介質(zhì)層105填充所述第二溝槽102，如圖6所示。
[0049]本實施例中，所述介質(zhì)層105可以是二氧化硅、磷硅玻璃層或低K介質(zhì)層，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他材料。所述介質(zhì)層105覆蓋所述半導(dǎo)體襯底100，并且填充所述第二溝槽102中沒有多晶硅104的地方，所述第二溝槽102中沉積的介質(zhì)層105的厚度為
3000A?6000A，例如 3000 A、4000 A、5000 A、6000 A;由于在步驟 S03 中，所述第二溝槽102中形成的多晶硅104在遠離有源區(qū)的一側(cè)呈弧形，在其上沉積的介質(zhì)層105也呈弧形。
[0050]在步驟S05中，通過曝光與刻蝕在所述有源區(qū)10的介質(zhì)層105上形成通孔106，并進行兩次離子注入，在所述通孔106暴露出的半導(dǎo)體襯底100中形成第一摻雜區(qū)107，在所述通孔106下方的第一摻雜區(qū)107中形成第二摻雜區(qū)108，如圖7所示。
[0051]在所述介質(zhì)層105上涂覆光刻膠層，并通過曝光與顯影，在所述有源區(qū)10的介質(zhì)層105中形成通孔106，然后進行兩次離子注入，第一次離子注入為P型離子，在所述通孔106暴露出的半導(dǎo)體襯底100中形成第一摻雜區(qū)107 ;第二次離子注入為N型離子，在所述第一摻雜區(qū)107中形成第二摻雜區(qū)108，最后進行退火，使得注入的離子具有活性。
[0052]本發(fā)明所提供的溝槽功率器件的制作方法，并不需要在終端結(jié)構(gòu)區(qū)上形成通孔，從而在形成第一摻雜區(qū)之后不需要填充硼磷硅玻璃，同時省去了硼磷硅玻璃回流與刻蝕的工藝步驟，因此無需調(diào)整通孔大小、回流的溫度及時間等工藝參數(shù)來達到硼磷硅玻璃封閉通孔或者填充通孔的底部與側(cè)壁的目的，與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低了工藝的復(fù)雜程度，并且可以提高溝槽功率器件的再現(xiàn)性。
[0053]在步驟S06中，進行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成所述溝槽功率器件的制作。所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝包括:
[0054]對所述通孔106暴露出的半導(dǎo)體襯底100進行刻蝕，并填充第一金屬層109，如圖8所示。所述刻蝕使得所述通孔106部分深入到第一摻雜區(qū)107中，確保后續(xù)形成的接觸孔能夠充分的與第一摻雜區(qū)107相接觸。然后沉積第一金屬層109填充通孔106形成所述溝槽功率器件源區(qū)的接觸孔。
[0055]然后，在所述介質(zhì)層105上沉積第二金屬層110，如圖9所示。由于在第二溝槽中的多晶硅104的一面呈弧形，在其上形成的介質(zhì)層105也呈弧形，則在所述介質(zhì)層105上形成的第二金屬層110的邊緣也呈弧形。本實施例中，所述第一金屬層109的材質(zhì)為金屬鎢，所述第二金屬層110的材質(zhì)為金屬鋁，在其他實施例中，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他金屬。
[0056]在終端結(jié)構(gòu)區(qū)20中，第二溝槽靠近有源區(qū)10的一側(cè)到所述第二金屬層110外邊緣的距離為 Oum ?3.7um,例如:0um、0.4um、0.8um、l.2um、l.7um、2.2um、2.7um、3.2um、
3.7um，如圖9中所示的寬度W。圖9中標(biāo)示的深度T為在步驟S04中描述的第二溝槽中沉積的介質(zhì)層105的厚度。根據(jù)寬度W、深度T以及提供給溝槽功率器件的電壓進行模擬，在寬度W、深度T滿足上述的范圍條件時，提供給溝槽功率器件的電壓不小于25V。
[0057]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種采用上述溝槽功率器件的制作方法制作的溝槽功率器件，請參照圖9所示,包括:
[0058]包含有源區(qū)10和終端結(jié)構(gòu)區(qū)20的半導(dǎo)體襯底100 ；
[0059]所述有源區(qū)10中形成有第一溝槽，所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)20中形成有第二溝槽；
[0060]所述第一溝槽內(nèi)形成有柵極103，所述第二溝槽內(nèi)靠近所述有源區(qū)10的側(cè)壁與底部形成有多晶硅104，所述多晶硅104在遠離所述有源區(qū)10的一側(cè)呈弧形；
[0061]所述半導(dǎo)體襯底100上形成有介質(zhì)層105,所述介質(zhì)層105填充所述第二溝槽；
[0062]所述有源區(qū)10的介質(zhì)層105上形成有通孔，所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底100中形成有第一摻雜區(qū)107以及位于第一摻雜區(qū)107中的第二摻雜區(qū)108 ；[0063]所述通孔延伸至所述第一摻雜區(qū)107中，其中填充有第一金屬層109 ;在所述介質(zhì)層105上沉積有第二金屬層110。
[0064]所述多晶硅104在遠離所述有源區(qū)10的一側(cè)呈弧形，在其上形成的介質(zhì)層105也呈弧形，在所述介質(zhì)層105上形成的第二金屬層110的邊緣也呈弧形。
[0065]綜上所述，本發(fā)明提供的溝槽功率器件的制作方法中，通過在終端結(jié)構(gòu)區(qū)中形成第二溝槽，在第二溝槽中靠近有源區(qū)的側(cè)壁和底部沉積多晶硅，將多晶硅在遠離有源區(qū)的一面設(shè)置為弧形，然后在第二溝槽的其余位置沉積介質(zhì)層，避免在終端結(jié)構(gòu)中形成通孔，從而省略現(xiàn)有技術(shù)中在通孔中沉積硼磷硅玻璃，并進行回流與刻蝕的步驟，降低了工藝的復(fù)雜程度，提高了溝槽功率器件的再現(xiàn)性。
[0066]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，包括: 提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)； 在所述半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)形成第一溝槽，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)形成第二溝槽； 在所述第一溝槽中形成溝槽功率器件的柵極，同時在所述第二溝槽中靠近所述有源區(qū)的側(cè)壁與底部沉積多晶硅，所述多晶硅在遠離所述有源區(qū)的一側(cè)呈弧形； 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充所述第二溝槽； 通過曝光與刻蝕在所述有源區(qū)的介質(zhì)層上形成通孔，并進行兩次離子注入，在所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成第一摻雜區(qū)，在所述第一摻雜區(qū)中形成第二摻雜區(qū)； 進行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成所述溝槽功率器件的制作。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝包括: 對所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底進行刻蝕，并填充第一金屬層； 在所述介質(zhì)層上沉積第二金屬層。
3.如權(quán)利要求2所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述第二溝槽中多晶硅上方的介質(zhì)層呈弧形。
4.如權(quán)利要求3所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，在所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)邊緣的所述第二金屬層呈弧形。
5.如權(quán)利要求1所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述第二溝槽中沉積的介質(zhì)層的厚度為3000A?6000A。
6.如權(quán)利要求5所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述終端結(jié)構(gòu)中第二溝槽靠近有源區(qū)的一側(cè)到所述第二金屬層外邊緣的距離為Oum?3.7um。
7.如權(quán)利要求6所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，提供給溝槽功率器件的電壓不小于25V。
8.如權(quán)利要求2所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，在所述通孔中填充的第一金屬層延伸至所述第一摻雜區(qū)中。
9.如權(quán)利要求8所述的溝槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述第一金屬層的材質(zhì)為鎢，所述第二金屬層的材質(zhì)為鋁。
10.一種使用權(quán)利要求1?9所述的溝槽功率器件的制作方法制作的溝槽功率器件，其特征在于，包括: 包含有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)的半導(dǎo)體襯底； 所述有源區(qū)中形成有第一溝槽，所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)中形成有第二溝槽； 所述第一溝槽內(nèi)形成有柵極，所述第二溝槽內(nèi)靠近所述有源區(qū)的側(cè)壁與底部形成有多晶硅，所述多晶硅在遠離所述有源區(qū)的一側(cè)呈弧形； 所述半導(dǎo)體襯底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充所述第二溝槽； 所述有源區(qū)的介質(zhì)層上形成有通孔，所述通孔暴露出的半導(dǎo)體襯底中形成有第一摻雜區(qū)以及位于第一摻雜區(qū)中的第二摻雜區(qū)。
【文檔編號】H01L21/02GK103839780SQ201410098298
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】劉憲周 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司