专利名称：降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法及结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种功率场效应晶体管的方法及结构。
背景技术：
在功率场效应晶体管发明之前，只有功率双极型晶体管可以在高速、中等功率范 围内应用。功率双极型晶体管发明于20世纪50年代初期，随着工艺技术的不断完善，人们 可以制造出工作电流上百安培、耐压高达600伏的双极功率晶体管。但是，双极型功率晶体管工作性能存在一些本质上的缺陷。首先，双极功率晶体管 是电流控制器件，需要一个很大的基极电流来保证其稳定在某一工作状态，通常为集电极 电流的1/5 1/10。因而，为了获得高速关断速度就需要一个更大的反向基极驱动电流。 这些特性使得其基极驱动电路异常复杂和昂贵。其次，在同时加上大电流和高电压的情况 下，在双极型晶体管还容易产生二次击穿失效现象。加之，在设计上很难将双极型功率器件 单元并联起来，加载于双极晶体管上的正向压降随着温度的升高而下降，造成电流分流到 某个器件上，导致该器件的损坏。为了解决上述双极型功率器件性能上的局限性，人们在1970年开发了功率场效 应晶体管(功率M0S)。在功率场效应晶体管中，控制信号加到栅电极上，而栅电极与半导体 表面被一层绝缘介质(通常为二氧化硅)隔离开来。所需的控制信号仅仅是一个偏压，工 作或者关闭时没有恒定的电流流动。甚至IOOKHz工作条件下，当器件状态发生改变时，栅 极电流仅提供一个很小的栅电容充电和放电的电流。同时，功率MOS的极高输入阻抗也大 大简化了其栅驱动电路。与双极型功率器件相反，功率MOS是单极型器件。电流是由多数载流子传输形成 的，没有电子注入现象，因而在器件关断时，没有电子的储存和电子复合造成的时间延迟现 象。功率MOS所具有的开关速度比双极晶体管的速度要高几个数量级。这种特性在高频 功率电路尤为引人注目，因为在这种工作条件下，开关的功率损耗是最重要的。功率MOS 在同时加上大电流和高电压的条件下，表现出优越的安全工作性能，即在一定时期内能承 受大电流和高电压的冲击而不发生由于二次击穿带来的毁灭性失效。更为重要的是，功率 MOS单元可以很容易地并联排列设计，这是因为功率MOS上的正向压降随着温度的升高而 增加。这种特性使得电流在并联的器件之间均勻分配。正是由于功率MOS的这些优点，使得其广泛应用于计算机、移动电话、音响、汽车 电路、射频电路，以及高频切换功率电源之中。而由功率MOS充放电时间的计算公式τ =I可知，对于沟道功率MOS器件，影响器 工作频率有两个关键因素，一是栅极电阻，二是栅氧电容。减小电容或电阻，都能使器件的 充放电时间越短，器件的工作频率也就越高。如图1所示，对于栅极电阻的调整，通常方法 只是改变其掺杂浓度。改变其掺杂浓度这种方法提高工作频率的效果并不理想，无法大幅 度减小栅极电阻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法， 可以在原有功率MOS器件的工艺基础上，不增加额外的光罩，增加不多的成本，降低功率场 效应晶体管栅极电阻，从而提高功率场效应晶体管的工作频率，得到响应速度更快的功率 场效应晶体管，使功率场效应晶体管性能大幅提升。为了解决以上技术问题，本发明提供了一种降低功率场效应晶体管栅极电阻的方 法；包括以下步骤步骤一、刻蚀多晶硅栅极凹槽；步骤二、生长一层二氧化硅层；步骤三、 回刻所述二氧化硅层，在栅极凹槽顶部栅极氧化物处形成间隙保护；步骤四、生长一层钛金 属层；步骤五、进行快速热退火，形成钛金属硅化物。本发明的有益效果在于在原有功率MOS器件的工艺基础上，不增加额外的光罩， 增加不多的成本，通过形成钛金属硅化物，使得栅极电阻仅为金属的电阻量级，降低功率场 效应晶体管栅极电阻，从而提高功率场效应晶体管的工作频率，得到响应速度更快的功率 场效应晶体管，使功率场效应晶体管性能大幅提升。本发明还提供了一种降低功率场效应晶体管栅极电阻的结构；包括源极、阱和漏 极；在源极和漏极之间有栅极；有栅极氧化物部分包围所述栅极；在所述栅极的顶部有钛 硅化物；所述钛硅化物与所述栅极氧化物之间有二氧化硅间隙保护。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是现有沟槽型功率场效应晶体管结构剖面示意图；图2是本发明实施例所述的功率场效应晶体管结构剖面示意图；图3是本发明实施例所述方法的流程图。
具体实施例方式本发明所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；包括以下步骤步骤一、在栅极多晶硅刻蚀时，刻出相对普通功率场效应管更深的凹槽，所述凹槽 的深度大约为1500 3000埃；这一步骤在阱(Well)离子注入及源(Source)离子注入之 前进行；然后按正常工艺做阱(Well)离子注入及源(Source)离子注入。与目前公知的多晶硅栅极凹槽相比，结构基本一样，但本发明所述的多晶硅栅极 凹槽比目前公知的功率MOS器件的多晶硅栅极凹槽更深，这样做是为了预留一些空间给下 面要形成的钛金属硅化物。步骤二、按照步骤一所述完成阱(Well)离子注入及源(Source)离子注入后，用 化学气相淀积的方法生长一层一定厚度的二氧化硅。这层二氧化硅的厚度可以为1500 2500 埃。步骤三、用干法刻蚀回刻所述二氧化硅层，在栅极凹槽顶部栅极氧化物处形成间 隙保护；步骤四、用物理气相淀积的方法生长一层钛金属层；该钛金属层的厚度可以为 300 500 埃。步骤五、进行两次快速热退火，形成钛金属硅化物。
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本发明的一个变形是可以先进行源离子注入，在源离子注入后增加一步栅极多晶 硅刻蚀来刻出一个较深的凹槽本发明同时还提供了一种降低功率场效应晶体管栅极电阻的结构；包括源极、阱 和漏极；在源极和漏极之间有栅极；有栅极氧化物部分包围所述栅极；在所述栅极的顶部 有钛硅化物；所述钛硅化物与所述栅极氧化物之间有二氧化硅间隙保护。本发明的要点在于在栅极多晶硅上长一层金属硅化物层，使得栅极电阻仅为金属 的电阻量级，而根据功率MOS充放电时间的计算公式τ=·可知，减小栅极电阻后，都能使 器件的充放电时间越短，器件的工作频率也就越高。本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式
的描述旨在于为了描 述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为 落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式
用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本 领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的 目的。
权利要求
一种降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，包括以下步骤步骤一、刻蚀多晶硅栅极凹槽；步骤二、生长一层二氧化硅层；步骤三、回刻所述二氧化硅层，在栅极凹槽顶部栅极氧化物处形成间隙保护；步骤四、生长一层钛金属层；步骤五、进行快速热退火，形成钛金属硅化物。
2.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，在所述 步骤二中用化学气相淀积的方法生长二氧化硅层。
3.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，在所述 步骤三中用干法刻蚀进行二氧化硅层的回刻。
4.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，在所述 步骤四中用物理气相淀积的方法生长金属钛层。
5.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，在所述 步骤五中，进行两次快速热退火。
6.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，在所述 步骤一中，刻蚀多晶硅栅极凹槽的厚度为1500 3000埃。
7.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；其特征在于，在所述 步骤二中，所述二氧化硅层的厚度为1500 2500埃。
8.如权利要求1所述的降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法；特征在于，在所述步 骤四中，钛金属层的厚度为300 500埃。
9.降低功率场效应晶体管栅极电阻的结构；包括源极、阱和漏极；在源极和漏极之间有栅极；有栅极氧化物部分包围所述栅极；其特征在于，在所述栅极的顶部有钛硅化物；所述钛硅化物与所述栅极氧化物之间有二氧化硅间隙保护。
全文摘要
本发明公开了一种降低功率场效应晶体管栅极电阻的方法及结构；包括以下步骤步骤一、刻蚀多晶硅栅极凹槽；步骤二、生长一层二氧化硅层；步骤三、回刻所述二氧化硅层，在栅极凹槽顶部栅极氧化物处形成间隙保护；步骤四、生长一层钛金属层；步骤五、进行快速热退火，形成钛金属硅化物。本发明在原有功率MOS器件的工艺基础上，不增加额外的光罩，增加不多的成本，通过形成钛金属硅化物，使得栅极电阻仅为金属的电阻量级，降低功率场效应晶体管栅极电阻，从而提高功率场效应晶体管的工作频率，得到响应速度更快的功率场效应晶体管，使功率场效应晶体管性能大幅提升。
文档编号H01L29/78GK101937841SQ20091005753
公开日2011年1月5日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者严玮彪, 王凡, 魏炜 申请人:上海华虹Nec电子有限公司