[发明专利]沟槽功率MOSFET器件制造方法

说明书

技术领域

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功率MOSFET器件制造方法。

背景技术

沟槽结构，被广泛用于功率电子器件，如金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。由于其将导通通道从硅片的表面转移到了硅片的垂直方向，沟槽型器件比平面型器件能在单位面积上集成更多的单元，从而使导通电阻大大得到减低，减小了功耗。因此在功率器件中，沟槽型MOSFET器件和沟槽型IGBT器件已经被越来越广泛的采用。如图1所示，为现有的沟槽功率MOSFET器件的单元示意图，N型外延层生长在重掺杂N型衬底上，外延层中注入P型离子并退火形成P阱，利用刻蚀工艺在P阱中形成沟槽，利用高温氧化形成沟槽侧壁栅氧层，同时也形成沟槽底部氧化层，沟槽中填充多晶硅作为栅极，在沟槽上部附近的P阱中进行N型重掺杂形成源极，重掺杂N型衬底接电极作为漏极。栅极加上一定正电压时，将会在沟槽两侧的源极和漏极之间形成导电沟道。在上述结构中，沟槽底部氧化层厚度和沟槽侧壁栅氧层厚度基本一致，即沟槽底部氧化层为一薄氧化层，栅极和漏极通过所述沟槽底部氧化层进行隔离，由于栅极与漏极有很大的叠加面积，再加上沟槽底部氧化层为一薄氧化层，这就使得器件栅极和漏极的寄生电容很大，影响器件的开关速度和动态功耗。

有一种改进工艺方法是使用氮化硅作掩模对沟槽底部进行局部氧化，形成一较厚的沟槽底部氧化层，但该工艺中氮化硅应力导致的缺陷和局部氧化时氮化硅的白色会标效应(白色会标效应是由氮化硅与周围高温高湿环境相互作用引起的，两者相互作用的结果是生成氨气并扩散到硅和二氧化硅的界面并形成白色的条带状，白色会标会引起二氧化硅氧化层的击穿电压下降)会导致沟槽侧壁栅氧层的击穿电压下降，甚至漏电，使该工艺有很大的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽功率MOSFET器件制造方法，能形成比沟槽侧壁栅氧层要厚的沟槽底部氧化层，减少器件的栅极和漏极间的寄生电容，从而提高器件的开关速度以及减少动态功耗。

为解决上述技术问题，本发明提供的沟槽功率MOSFET器件制造方法，首先是在第一导电类型的重掺杂衬底上生长第一导电类型的外延层、制作第二导电类型的阱区、生长氧化硅硬掩模、光刻形成沟槽图形、刻蚀形成沟槽；其次是制作比沟槽侧壁栅氧层要厚的沟槽底部氧化层，包括如下步骤：

步骤一、在沟槽侧壁及底部制作介质层；

步骤二、利用各向异性刻蚀方法去除所述沟槽底部介质层，保留所述沟槽侧壁介质层；

步骤三、利用离子注入在所述沟槽底部进行硅离子注入；

步骤四、去除所述沟槽侧壁介质层以及所述氧化硅硬掩模；

步骤五、采用高温氧化形成沟槽侧壁栅氧层以及沟槽底部氧化层；

步骤六、形成栅极、源极以及漏极。

本发明的沟槽功率MOSFET器件由于在沟槽底部注入了硅离子，增加了沟槽底部硅密度同时使沟槽底部表面非晶化，在高温氧化时提高了沟槽底部硅的氧化速率，从而能形成比沟槽侧壁栅氧层要厚的沟槽底部氧化层，减少器件的栅极和漏极间的寄生电容，从而提高器件的开关速度以及减少动态功耗。同时本发明工艺比较简单，易于集成，能用于批量生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的沟槽功率MOSFET器件的单元示意图；

图2是本发明沟槽功率MOSFET器件制造方法的流程图；

图3是本发明沟槽功率MOSFET器件制造方法的在各步骤中的沟槽示意图；

图4是使用本发明实施例制作的沟槽功率MOSFET器件的单元示意图。

具体实施方式

如图2所示，为本发明沟槽功率MOSFET器件制造方法的流程图。

首先是形成带有硬掩模的沟槽。如图3A所示，所述沟槽是形成在一硅基板上，硅基板是在第一导电类型的重掺杂衬底上生长了第一导电类型的外延层并在外延层上制作了第二导电类型的阱区的结构，其中所述第一导电类型可以为N型或P型，第二导电类型则对应为P型或N型；在本发明实施例中所述第一导电类型可以为N型，第二导电类型则对应为P型。所述硬掩模是氧化硅硬掩模；形成氧化硅硬掩模后利用光刻工艺形成沟槽图形即在需要制作沟槽的地方形成氧化硅硬掩模开口；再以所述氧化硅硬掩模为刻蚀掩模刻蚀形成沟槽。

接着制作比沟槽侧壁栅氧层要厚的沟槽底部氧化层，包括如下步骤：