专利名称：一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，属于开关型沟槽栅功率器件的沟槽栅结构。
背景技术：
VDMOS和IGBT是新型的功率器件，分别对应着击穿电压在200V以下以及600V以上的应用。这些开关型功率器件，是电力电子技术的核心元件，具有①耐压高，②导通电阻低、电流密度大，③导通时器件压降低，④开关速度高，⑤驱动功率小等特点，决定着电能转换模块的转换效率，微型化、智能化程度。在快速开关电源、电子整流器、电动汽车助动车、空调机、微波炉、风能转换、太阳能转换等诸多产业有广泛的应用。目前广泛采用的是平面栅和沟槽栅元胞结构，而其中栅氧是通过对平面或沟槽的氧化而形成的。沟槽栅结构主要包括衬底，p-body区，接收区N+区，沟槽区内的栅氧层，以及填充的多晶硅层。当在栅极上加+15V的开启电压时，p-body区和沟槽之间的界面处出现n型反转层，从而实现MOS器件的导通。然而，功率器件的更新换代要求元胞尺寸持续按比例缩减(scale-down)，将会对原有工艺提出挑战。首先，平面栅结构已不再具有竞争力而被淘汰。而对于沟槽栅结构而言，沟槽底角处或曲面处由于炉管氧化而形成的氧化层应力问题及膜厚不均匀性，随着沟槽的纵横比的增加而更加严重，常成为栅氧失效起始之处，进而影响到器件的可靠性。现有沟槽栅工艺限定了元胞尺寸的继续缩减，不利于提高器件的集成度，因而失去了竞争优势。
发明内容为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构。它应是下一代功率器件沟槽栅结构的首选，有利于提高集成度，降低加工成本，提升竞争力。本实用新型采用的技术方案是一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，它包括第一导电类型的衬底，在衬底表面设有沟槽；所述沟槽采用浅沟槽结构，浅沟槽的侧壁和底部均匀
覆盖一层镧系氧化物薄膜。所述衬底采用硅片、碳化硅片或氮化镓外延硅片。所述浅沟槽采用直立边沟槽、倾斜边沟槽或圆底型沟槽。所述浅沟槽的口部形状采用圆形、正方形、长方形或六角形结构。所述镧系氧化物薄膜是由Hf或镧系中任何一种元素与氧生成的氧化物膜，或者是由两种镧系氧化物薄膜叠加而形成的复合薄膜，或者是由镧系中任何一种元素与氮和氧共同生成的复合镧系氮氧化物薄膜。在所述镧系氧化物薄膜与沟槽的侧壁和底部之间设有一层作为界面缓冲层的3 7纳米的氧化层。[0013]所述镧系氧化物薄膜的厚度小于沟槽宽度的一半。所述浅沟槽包括多晶硅填入镧系氧化物栅氧浅沟槽结构。所述浅沟槽包括Al、Ti过渡金属填入镧系氧化物栅氧浅沟槽结构。上述技术方案采用第一导电类型(即N型)的衬底，在衬底表面通过干法刻蚀法制备成各种形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积镧系氧化物，以确保均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部。有利于解决炉管氧化时形成的氧化薄膜内的应カ问题和不均匀问题，而镧系氧化物的高介电特性，有利于在保持薄膜物理厚度的同时，降低等效电学厚度，随之沟槽栅和功率器件整体设计有相应的改进，从而极大地提高功率器件的整体特性。本实用新型的有益效果是这种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构能够有效降低其等效电学厚度，从而增加器件的电流导通能力，有利于提高p-body的浓度和降低p-body的深度而保持器件的阈值电压不变，有利于进ー步减小沟槽的深度而不会影响到击穿电压，有利于进一歩地降低沟槽的纵横比，从而进一歩地减小沟槽的宽度，进ー步实现元胞在尺寸上 的缩减。另外，p-body的浓度的提高以及深度的降低,还有利于降低主要由p-body构成的杂散电阻，从而有利于遏制器件的栓锁效应，并从根本上提高器件在高于雪崩耐量的冲击下的安全特性。从而整体上有利于元胞在尺寸上的继续缩减，有利于降低器件所占用的晶圆面积，降低器件加工成本。
图I是ー种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构示意图。图中101、衬底，102、氧化物薄膜，103、多晶硅栅极区，104,N+区，105,p-body区。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对具体实施方式
做详细的说明。ー种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构包括第一导电类型的衬底，在衬底表面通过干法刻蚀法制备成各种形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积镧系氧化物，以确保均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部。此结构有利于元胞尺寸上的进ー步缩减，是下一代功率器件的首选沟槽结构。实施例I :600V IGBT Hf02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为600V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Hf02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Hf02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例2 600V IGBT Zr02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为600V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Zr02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Zr02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例3 1200V IGBT Hf02栅氧沟槽结构[0027]用于制备击穿电压为1200V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Hf02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Hf02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例4 1200V IGBT Zr02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为1200V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽102,然后通过ALD等方法沉积Zr02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Zr02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例5 1700V IGBT Hf02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为1700V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通 过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Hf02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Hf02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例6 1700V IGBT Zr02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为1700V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Zr02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Zr02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例7 3000V IGBT Hf02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为3000V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽102,然后通过ALD等方法沉积Hf02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Hf02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例8 3000V IGBT Zr02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为3000V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Zr02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Zr02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例9 5000V IGBT Hf02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为5000V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Hf02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Hf02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例10 5000V IGBT Zr02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为5000V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Zr02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Zr02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。[0042]实施例11 10000V IGBT Hf02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为10000V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积Hf02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Hf02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。实施例12 10000V IGBT Zr02栅氧沟槽结构用于制备击穿电压为10000V的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽102,然后通过ALD等方法沉积Zr02氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此Zr02栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。—般地，用于制备击穿电压为600-10000V之间任意击穿电压的IGBT所用的第一导电类型衬底101，在衬底表面通过干法刻蚀法制备剖面为直立沟槽或者倾斜沟槽或者圆底沟槽或者其他形状的沟槽，然后通过ALD等方法沉积任意镧系金属和氧形成的氧化物薄膜102，均匀一致覆盖于沟槽的侧壁和底部而形成此栅氧沟槽结构，多晶硅栅极区103。沟槽外围是N+区104和p-body区105。权利要求1.一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，它包括第一导电类型的衬底(101)，在衬底(101)表面设有沟槽；其特征是所述沟槽采用浅沟槽结构，浅沟槽的侧壁和底部均匀覆盖一层镧系氧化物薄膜(102)。
2.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述衬底(101)采用硅片、碳化硅片或氮化镓外延硅片。
3.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述浅沟槽采用直立边沟槽、倾斜边沟槽或圆底型沟槽。
4.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述浅沟槽的口部形状采用圆形、正方形、长方形或六角形结构。
5.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述镧系氧化物薄膜(102)是由Hf或镧系中任何一种元素与氧生成的氧化物膜，或者是由两种镧系氧化物薄膜叠加而形成的复合薄膜，或者是由镧系中任何一种元素与氮和氧共同生成的复合镧系氮氧化物薄膜。
6.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是在所述镧系氧化物薄膜(102)与沟槽的侧壁和底部之间设有一层作为界面缓冲层的3 7纳米的氧化层。
7.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述镧系氧化物薄膜(102)的厚度小于沟槽宽度的一半。
8.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述浅沟槽包括多晶硅填入镧系氧化物栅氧浅沟槽结构。
9.根据权利要求I所述的一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，其特征是所述浅沟槽包括Al、Ti过渡金属填入镧系氧化物栅氧浅沟槽结构。
专利摘要本实用新型涉及一种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构，属于开关型沟槽栅功率器件的沟槽栅结构。这种镧系氧化物栅氧浅沟槽结构能够有效降低其等效电学厚度，从而增加器件的电流导通能力，有利于提高p-body的浓度和降低p-body的深度而保持器件的阈值电压不变，有利于进一步减小沟槽的深度而不会影响到击穿电压，有利于进一步地降低沟槽的纵横比，从而进一步地减小沟槽的宽度，进一步实现元胞在尺寸上的缩减。另外，p-body的浓度的提高以及深度的降低，还有利于降低主要由p-body构成的杂散电阻，从而有利于遏制器件的栓锁效应，并从根本上提高器件在高于雪崩耐量的冲击下的安全特性。从而整体上有利于元胞在尺寸上的继续缩减，有利于降低器件所占用的晶圆面积，降低器件加工成本。
文档编号H01L29/423GK202523716SQ20122008365
公开日2012年11月7日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者唐祯安, 瞿学选, 金秀梅 申请人:大连理工大学