[发明专利]一种功率器件结构及其制作方法

说明书

本发明提供一种功率器件结构及其制作方法，该方法包括以下步骤：提供一具有栅极沟槽的衬底，形成栅介质层于栅极沟槽的侧壁与底面；形成栅极材料侧墙于栅极沟槽中；形成牺牲层于所述栅极沟槽中，牺牲层的顶面低于衬底上表面；形成隔绝层于牺牲层上方；形成至少一个通孔于隔绝层中；去除牺牲层；形成封闭层于通孔中；形成栅极材料填充层于栅极沟槽中，栅极材料填充层位于隔绝层上方，并与栅极材料侧墙连接。本发明的功率器件结构的制作方法将栅极材料下部掏空，使得沟槽栅结构的靠下部分具有一空腔，由于空腔具有很低的介电常数，可以明显降低功率器件结构的栅极材料与漏极之间的电容，进而降低功率器件的功耗，有利于提高电能利用率、节约能源。

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，涉及一种功率器件结构及其制作方法。

背景技术

功率半导体器件是电力电子技术的核心元件。功率器件可分为功率IC(集成电路)器件和功率分立器件两类，功率分立器件又包括功率MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、大功率晶体管和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等器件。早期功率器件均是基于平面工艺生产，但随着半导体技术的发展，小尺寸、大功率、高性能成为了主要的发展趋势。以平面工艺MOSFET器件为例，由于其本身体内JFET(结型场效应晶体管)寄生电阻的限制，单个原胞的面积减小有限，这样就使增加原胞密度变得很困难，很难使平面工艺MOSFET的导通电阻(RDSON)进一步减小。沟槽工艺由于将沟道从水平变成垂直，消除了平面结构寄生JFET电阻的影响，使元胞尺寸大大缩小，在此基础上可增加原胞密度，提高单位面积芯片内沟道的总宽度，就可以使得器件在单位硅片上的沟道宽长比增大从而使电流增大、导通电阻下降以及相关参数得到优化，实现了更小尺寸的管芯拥有更大功率和高性能的目标，因此沟槽工艺越来越多运用于新型功率器件中。

沟槽(Trench)结构的功率器件采用在沟槽侧壁生长栅氧化层并填充多晶硅形成栅极，这种沟槽栅结构大大提高了功率器件平面面积的利用效率，使得单位面积可获得更大的器件单元沟道宽度和电流密度，从而使器件获得更大的电流导通能力。然而，当前采用沟槽栅结构的功率器件仍然存在栅漏电容C_gd较高的问题，导致垂直功率器件的功耗较高，在当前能源和环境问题日益突出的背景下，不利于提高电能利用率、节约能源和缓解能源危机。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种功率器件结构及其制作方法，用于解决现有技术中沟槽型功率器件栅漏电容C_gd较高、寄生电阻较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功率器件结构的制作方法，包括以下步骤：

提供一设有栅极沟槽的衬底，形成栅介质层于所述栅极沟槽的侧壁与底面；

形成栅极材料侧墙于所述栅极沟槽中，所述栅极材料侧墙覆盖所述栅介质层位于所述栅极沟槽侧壁的部分的表面；

形成牺牲层于所述栅极沟槽中，所述牺牲层的顶面低于所述衬底上表面；

形成隔绝层于所述栅极沟槽中，所述隔绝层位于所述牺牲层上方，且所述隔绝层的顶面低于所述衬底上表面；

形成至少一个通孔于所述隔绝层中，所述通孔上下贯穿所述隔绝层；

去除所述牺牲层；

形成封闭层于所述通孔中以封闭所述通孔；

形成栅极材料填充层于所述栅极沟槽中，所述栅极材料填充层位于所述隔绝层上方，并与所述栅极材料侧墙连接。

可选地，所述牺牲层的材质包括光刻胶及无定形碳中的至少一种。

可选地，通过提供氧气，使氧气经由所述通孔与所述牺牲层反应来去除所述牺牲层。

可选地，在通过提供氧气去除掉大部分所述牺牲层之后，采用湿法清洗去除剩余的所述牺牲层。