一種溝槽式分柵功率器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體功率器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體功率器件以其輸入阻抗高、低損耗、開關(guān)速度快、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬、動態(tài)性能好、易與前極耦合實(shí)現(xiàn)大電流化、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代雙極型器件成為當(dāng)今功率器件發(fā)展的主流?，F(xiàn)在的半導(dǎo)體功率器件主要有平面型功率器件和溝槽式功率器件等類型。
[0003]溝槽式功率器件因?yàn)椴捎昧舜怪钡臏系?，溝道的?cè)壁可以制作控制柵，其所占用面積比平面型功率器件小，可以進(jìn)一步提高器件的面積，并有效減少導(dǎo)通電阻、降低驅(qū)動電壓，因此溝槽式功率器件成為追求超低通態(tài)漏源電阻性能的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。但是溝槽式功率器件的缺點(diǎn)是其柵極和漏極的重合面積比較大，導(dǎo)致柵極寄生電容增大，這使得溝槽式功率器件在導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)的功耗上升。為了降低溝槽式功率器件柵極與漏極之間的寄生電容，專利號為6，882，004 B2的美國專利提出了一種溝槽式分柵功率器件的制造方法，其工藝過程為:
首先，如圖1a所示，在半導(dǎo)體襯底101內(nèi)形成器件的凹槽區(qū)域103，接著在凹槽區(qū)域103內(nèi)形成場氧化層104，場氧化層104比如為二氧化娃。再淀積氮化娃105作為填充介質(zhì)，并對氮化硅105進(jìn)行刻蝕，使得氮化硅105的表面低于半導(dǎo)體襯底101的硅層102的表面。然后對場氧化層104進(jìn)行刻蝕。
[0004]接下來，如圖1b所示，在暴露的凹槽區(qū)域103的表面形成柵氧化層106，柵氧化層106比如為氧化硅。接著，在凹槽區(qū)域103內(nèi)填充多晶硅材料107，并對多晶硅材料107進(jìn)行回刻。然后，對柵氧化層106進(jìn)行刻蝕。
[0005]接下來，如圖1c所示，剝除剩余的氮化硅105，然后形成一層絕緣氧化物108，絕緣氧化物108覆蓋柵氧化層106和場氧化層104。
[0006]接下來，如圖1d所示，淀積一層多晶硅材料109，然后對多晶硅材料109和絕緣氧化物108進(jìn)行刻蝕，然后再進(jìn)行多晶硅材料110的淀積和刻蝕。
[0007]最后，形成器件的源區(qū)，并形成金屬接觸和鈍化結(jié)構(gòu)，該工藝是業(yè)界所熟知的。
[0008]美國專利6，882，004 B2中提出的溝槽式分柵功率器件可以使得柵極與漏極之間的寄生電容得到降低。但是其制造工藝過程復(fù)雜，而且分柵凹槽所占的截面面積較大，增加了器件的導(dǎo)通電阻和功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種溝槽式分柵功率器件的制造方法及溝槽式分柵功率器件，以降低溝槽式分柵功率器件的制造工藝，并降低溝槽式功率器件的導(dǎo)通電阻和功耗。
[0010]為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種溝槽式功率器件的制造方法，包括:
步驟一:在第一種摻雜類型的漏區(qū)之上形成第一種摻雜類型的襯底外延層，之后在所述襯底外延層之上形成硬掩膜層；
步驟二:進(jìn)行第一道光刻工藝，之后進(jìn)行刻蝕并在所述襯底外延層內(nèi)形成控制柵凹槽，所述控制柵凹槽包括三部分:芯片中心區(qū)控制柵及分柵部分、芯片邊緣區(qū)控制柵接觸部分和芯片邊緣區(qū)分柵接觸部分，所述芯片邊緣區(qū)控制柵接觸部分和所述芯片邊緣區(qū)分柵接觸部分的凹槽寬度大于所述芯片中心區(qū)控制柵及分柵部分的凹槽寬度，所述芯片邊緣區(qū)控制柵接觸部分的凹槽長度小于所述芯片邊緣區(qū)分柵接觸部分的凹槽長度；
步驟三:覆蓋所述控制柵凹槽的表面依次形成第一層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜并對所述第一層導(dǎo)電薄膜和所述第一層絕緣薄膜進(jìn)行刻蝕，在所述控制柵凹槽的兩側(cè)形成控制柵；
步驟四:淀積第二層絕緣薄膜并對所述第二層絕緣膜進(jìn)行刻蝕，形成覆蓋所述控制柵的絕緣薄膜側(cè)墻，并將所述控制柵凹槽底部的所述襯底外延層部分暴露出來；
步驟五:沿著所述絕緣薄膜側(cè)墻對暴露出的所述控制柵凹槽底部的所述襯底外延層部分進(jìn)行刻蝕以形成分柵凹槽；
步驟六:刻蝕掉所述絕緣薄膜側(cè)墻和所述硬掩膜層，之后覆蓋所形成結(jié)構(gòu)的表面形成第三層絕緣薄膜；
步驟七:淀積第二層導(dǎo)電薄膜并回刻，在所述分柵凹槽內(nèi)形成分柵；
步驟八:進(jìn)行第二種摻雜類型的離子注入，在所述襯底外延層內(nèi)形成溝道區(qū)，所述溝道區(qū)的底部位于步驟二所述控制柵凹槽的底部；
步驟九:進(jìn)行第二道光刻工藝，之后進(jìn)行第一種摻雜類型的離子注入，在所述襯底外延層內(nèi)形成源區(qū)；
步驟十:淀積第四層絕緣薄膜，之后進(jìn)行第三道光刻工藝形成接觸孔的圖形，之后進(jìn)行刻蝕形成接觸孔，之后進(jìn)行第二種摻雜類型的離子注入并淀積金屬層形成歐姆接觸；
步驟十一:進(jìn)行第四道光刻工藝，并對步驟十中所述金屬層進(jìn)行刻蝕以形成源電極、控制柵電極和分柵電極，之后進(jìn)行鈍化層的淀積、圖形轉(zhuǎn)移和刻蝕。
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述第一層絕緣薄膜的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者高介電常數(shù)的絕緣材質(zhì)。
[0012]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述第二層絕緣薄膜的材質(zhì)為氮化硅。
[0013]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述第三層絕緣薄膜和第四層絕緣薄膜的材質(zhì)分別為氧化硅。
[0014]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述控制柵為多晶硅柵或者金屬柵。
[0015]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述第二層導(dǎo)電薄膜的材質(zhì)為摻雜的多晶硅。
[0016]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述第一種摻雜類型為η型摻雜，所述第二種摻雜類型為P型摻雜；或者所述第一種摻雜類型為P型摻雜，所述第二種摻雜類型為η型摻雜。
[0017]由本發(fā)明的溝槽式功率器件的制造方法制造得到的溝槽式分柵功率器件，包括終端區(qū)和元胞區(qū)，所述元胞區(qū)為多個(gè)分柵功率晶體管的陣列結(jié)構(gòu)；
所述分柵功率晶體管包括在半導(dǎo)體襯底的底部設(shè)有第一種摻雜類型的漏區(qū)，該漏區(qū)上部設(shè)有第一種摻雜類型的襯底外延層； 所述襯底外延層內(nèi)設(shè)有凹陷在所述襯底外延層內(nèi)的分柵凹槽和控制柵凹槽，所述分柵凹槽位于所述控制柵凹槽下部并且所述分柵凹槽的開口寬度小于所述控制柵凹槽的開口寬度；
所述控制柵凹槽的兩側(cè)分別設(shè)有柵介質(zhì)層和控制柵；
覆蓋所述控制柵和分柵凹槽的表面設(shè)有絕緣介質(zhì)層；
覆蓋所述絕緣介質(zhì)層設(shè)有分柵，所述分柵填滿所述分柵凹槽并且在所述控制柵凹槽內(nèi)將所述控制柵隔離；
所述控制柵兩側(cè)的襯底外延層內(nèi)設(shè)有第二種摻雜類型的垂直方向的溝道區(qū)；
所述溝道區(qū)的頂部設(shè)有第一種摻雜類型的源區(qū)；
覆蓋所述源區(qū)、控制柵和分柵設(shè)有層間絕緣介質(zhì)層；
所述元胞區(qū)包括中心區(qū)控制柵及分柵部分、邊緣區(qū)控制柵接觸部分和邊緣區(qū)分柵接觸部分，所述中心區(qū)控制柵及分柵部分的分柵功率晶體管，其控制柵和分柵被所述層間絕緣介質(zhì)層覆蓋，其漏區(qū)位置處的層間絕緣介質(zhì)層中設(shè)有接觸孔，接觸內(nèi)設(shè)有金屬層；
所述邊緣區(qū)控制柵接觸部分的分柵功率晶體管，其漏區(qū)和分柵被所述層間絕緣介質(zhì)層覆蓋，其控制柵位置處的層間絕緣介質(zhì)層中設(shè)有接觸孔，接觸內(nèi)設(shè)有金屬層；
所述邊緣區(qū)分柵接觸部分的分柵功率晶體管，其漏區(qū)和控制柵被所述層間絕緣介質(zhì)層覆蓋，其分柵位置處的層間絕緣介質(zhì)層中設(shè)有接觸孔，接觸內(nèi)設(shè)有金屬層。