沟槽功率器件及其制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种沟槽功率器件及其制作方法，所述制作方法包括：提供包括有源区和终端结构区的半导体衬底；在有源区形成第一沟槽，在终端结构区形成第二沟槽；在第一沟槽中形成沟槽功率器件的栅极，同时在第二沟槽中靠近有源区的侧壁与底部沉积多晶硅，所述多晶硅在远离有源区的一侧呈弧形；在半导体衬底上沉积介质层，填充第二沟槽；在有源区的介质层上形成通孔，并进行两次离子注入，在通孔暴露出的半导体衬底中形成第一掺杂区和第二掺杂区；进行后续的半导体工艺。避免在终端结构中形成通孔，从而省略现有技术中在通孔中沉积硼磷硅玻璃，并进行回流与刻蚀的步骤，降低了工艺的复杂程度，提高了沟槽功率器件的再现性。
【专利说明】沟槽功率器件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术制造领域，特别涉及一种沟槽功率器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]为了缩小功率器件的尺寸，改善功率器件的性能，沟槽结构被引入到功率器件中，形成沟槽功率器件。沟槽功率器件是电子电路的重要组成部分，在截止状态时击穿电压高、漏电流小；在导通状态时，导通电阻低、导通管压降低；在开关转换时，开关速度快，并且具有通态损耗、断态损耗和开关损耗小等显著优点，已经成为集成电路等领域的主要功率器件。
[0003]沟槽功率器件具有终端结构，包围在沟槽功率器件的有源区的周围，来避免沟槽功率器件边缘部分的早期击穿。
[0004]图1是现有技术中沟槽功率器件的结构示意图。如图1所示，传统沟槽功率器件的制作方法包括:提供包含有源区I与终端结构区2的半导体衬底10 ;通过曝光与刻蚀在半导体衬底10的有源区I上形成沟槽；在所述沟槽内形成栅极结构，栅极结构包括形成在沟槽侧壁及底部上的栅极氧化物层11以及填充满沟槽的栅极多晶硅12 ;在半导体衬底10上沉积层间介质层13，通过曝光与刻蚀在层间介质层13上形成通孔，所述通孔包括有源区I内的通孔以及终端结构区2内的通孔；然后以层间介质层13为掩膜进行第一次离子注入，在有源区通孔暴露出的半导体衬底中形成P阱，在终端结构区通孔暴露出的半导体衬底中形成保护环；然后在有源区通孔与终端结构区的通孔中填充硼磷硅玻璃15 (BPSG)，回流之后并进行刻蚀；进行第二次离子注入在有源区通孔的P阱中形成η型掺杂区；最后进行金属钨的沉积与刻蚀，以及金属铝的沉积与刻蚀(图中未显示)。
[0005]在有源区通孔与终端结构区通孔中填充硼磷硅玻璃15以及回流的步骤中，需要有源区通孔仅侧壁和底部被硼磷硅玻璃覆盖，而终端结构区通孔则被硼磷硅玻璃封闭，要达到上述的要求，需要严格控制硼磷硅玻璃的厚度、回流温度与时间、硼磷硅玻璃的刻蚀、不同通孔的尺寸大小以及通孔拐角的设计等工艺参数以及达到各工艺参数之间的平衡，由此会增加工艺的复杂程度，而且终端结构区通孔中硼磷硅玻璃的填充效果会对后续的离子注入造成影响，直接影响最终的沟槽功率器件的电压参数。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种沟槽功率器件及其制作方法，以解决现有技术中有源区与终端结构区的通孔中填充硼磷硅玻璃要达到的不同效果，从而增加工艺的复杂程度的问题。
[0007]本发明提供的沟槽功率器件的制作方法，包括:
[0008]提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括有源区和终端结构区；
[0009]在所述半导体衬底的有源区形成第一沟槽，在终端结构区形成第二沟槽；
[0010]在所述第一沟槽中形成沟槽功率器件的栅极，同时在所述第二沟槽中靠近所述有源区的侧壁与底部沉积多晶硅，所述多晶硅在远离所述有源区的一侧呈弧形；[0011]在所述半导体衬底上沉积介质层，所述介质层填充所述第二沟槽；
[0012]通过曝光与刻蚀在所述有源区的介质层上形成通孔，并进行两次离子注入，在所述通孔暴露出的半导体衬底中形成第一掺杂区，在所述第一掺杂区中形成第二掺杂区；
[0013]进行后续的半导体工艺，完成所述沟槽功率器件的制作。
[0014]进一步的，所述后续的半导体工艺包括:对所述通孔暴露出的半导体衬底进行刻蚀，并填充第一金属层；在所述介质层上沉积第二金属层。
[0015]进一步的，所述第二沟槽中多晶硅上方的介质层呈弧形。
[0016]进一步的，在所述终端结构区边缘的所述第二金属层呈弧形。
[0017]进一步的，所述第二沟槽中沉积的介质层的厚度为3000A?6000A。
[0018]进一步的，所述终端结构中第二沟槽靠近有源区的一侧到所述第二金属层外边缘的距离为Oum?3.7um。
[0019]进一步的，提供给沟槽功率器件电压不小于25V。
[0020]进一步的，在所述通孔中填充的第一金属层延伸至所述第一掺杂区中。
[0021]进一步的，所述第一金属层的材质为钨，所述第二金属层的材质为铝。
[0022]相应的，本发明还提供一种使用上述的沟槽功率器件的制作方法制作的沟槽功率器件，包括:
[0023]包含有源区和终端结构区的半导体衬底；
[0024]所述有源区中形成有第一沟槽，所述终端结构区中形成有第二沟槽；
[0025]所述第一沟槽内形成有栅极，所述第二沟槽内靠近所述有源区的侧壁与底部形成有多晶硅，所述多晶硅在远离所述有源区的一侧呈弧形；
[0026]所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层填充所述第二沟槽；
[0027]所述有源区的介质层上形成有通孔，所述通孔暴露出的半导体衬底中形成有第一掺杂区以及位于第一掺杂区中的第二掺杂区。
[0028]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0029]本发明提供的沟槽功率器件的制作方法中，通过在终端结构区中形成第二沟槽，在第二沟槽中靠近有源区的侧壁和底部沉积多晶硅，将多晶硅在远离有源区的一面设置为弧形，然后在第二沟槽的其余位置沉积介质层，避免在终端结构中形成通孔，从而省略现有技术中在通孔中沉积硼磷硅玻璃，并进行回流与刻蚀的步骤，降低了工艺的复杂程度，提高了沟槽功率器件的再现性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为现有技术中沟槽功率器件的结构示意图。
[0031]图2为本发明一实施例中沟槽功率器件的制作方法的流程示意图。
[0032]图3?9为本发明一实施例中的沟槽功率器件的制作方法的各步骤的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的沟槽功率器件及其制作方法做进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚，需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0034]图2为本发明一实施例中沟槽功率器件的制作方法的流程示意图，如图2所示，本发明提出的一种沟槽功率器件的制作方法，包括以下步骤:
[0035]步骤SOl:提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括有源区和终端结构区；
[0036]步骤S02:在所述半导体衬底的有源区形成第一沟槽，在终端结构区形成第二沟槽；
[0037]步骤S03:在所述第一沟槽中形成沟槽功率器件的栅极，同时在所述第二沟槽中靠近所述有源区的侧壁与底部沉积多晶硅，所述多晶硅在远离所述有源区的一侧呈弧形；
[0038]步骤S04:在所述半导体衬底上沉积介质层，所述介质层填充所述第二沟槽；
[0039]步骤S05:通过曝光与刻蚀在所述有源区的介质层上形成通孔，并进行两次离子注入，在所述通孔暴露出的半导体衬底中形成第一掺杂区，在所述第一掺杂区中形成第二惨杂区；
[0040]步骤S06:进行后续的半导体工艺，完成所述沟槽功率器件的制作。
[0041]图3?9为本发明一实施例中沟槽功率器件的制作方法的各步骤的结构示意图，请参考图2所示，并结合图3?图9，详细说明本发明提出沟槽功率器件的制作方法:
[0042]在步骤SOl中，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100包括有源区10和终端结构区20，如图3所示。
[0043]在本实施例中所述半导体衬底100可以是硅衬底、锗硅衬底或绝缘体上硅(S0I)，或本领域技术人员公知的其他半导体衬底。
[0044]在步骤S02中，在所述半导体衬底100的有源区10形成第一沟槽101，在终端结构区20形成第二沟槽102，如图4所示。
[0045]在所述半导体衬底100上涂覆光刻胶层，通过曝光与显影在有源区10的半导体衬底上形成第一沟槽101，在终端结构区20的半导体衬底上形成第二沟槽102。所述第一沟槽101与沟槽功率器件栅极的位置相对应。
[0046]在步骤S03中，在所述第一沟槽101中形成沟槽功率器件的栅极103，同时在所述第二沟槽102中靠近所述有源区10的侧壁与底部沉积多晶硅104，所述多晶硅104在远离所述有源区10的一侧呈弧形，如图5所示。
[0047]利用热氧化或者沉积工艺在所述第一沟槽101的侧壁与底部形成栅氧化层，然后利用沉积工艺在所述第一沟槽101内填充满栅极多晶硅，以形成所述沟槽功率器件的栅极103(图中未区分栅氧化层与栅极多晶硅)。本实施例中，在所述第一沟槽101中填充多晶硅的同时，在所述第二沟槽102中也填充多晶硅104，所述多晶硅104填充所述第二沟槽102中靠近所述有源区10的侧壁与底部，其远离所述有源区10的一侧呈弧形。
[0048]在步骤S04中，在所述半导体衬底100上沉积介质层105，所述介质层105填充所述第二沟槽102，如图6所示。
[0049]本实施例中，所述介质层105可以是二氧化硅、磷硅玻璃层或低K介质层，或本领域技术人员公知的其他材料。所述介质层105覆盖所述半导体衬底100，并且填充所述第二沟槽102中没有多晶硅104的地方，所述第二沟槽102中沉积的介质层105的厚度为
3000A?6000A，例如 3000 A、4000 A、5000 A、6000 A;由于在步骤 S03 中，所述第二沟槽102中形成的多晶硅104在远离有源区的一侧呈弧形，在其上沉积的介质层105也呈弧形。
[0050]在步骤S05中，通过曝光与刻蚀在所述有源区10的介质层105上形成通孔106，并进行两次离子注入，在所述通孔106暴露出的半导体衬底100中形成第一掺杂区107，在所述通孔106下方的第一掺杂区107中形成第二掺杂区108，如图7所示。
[0051]在所述介质层105上涂覆光刻胶层，并通过曝光与显影，在所述有源区10的介质层105中形成通孔106，然后进行两次离子注入，第一次离子注入为P型离子，在所述通孔106暴露出的半导体衬底100中形成第一掺杂区107 ;第二次离子注入为N型离子，在所述第一掺杂区107中形成第二掺杂区108，最后进行退火，使得注入的离子具有活性。
[0052]本发明所提供的沟槽功率器件的制作方法，并不需要在终端结构区上形成通孔，从而在形成第一掺杂区之后不需要填充硼磷硅玻璃，同时省去了硼磷硅玻璃回流与刻蚀的工艺步骤，因此无需调整通孔大小、回流的温度及时间等工艺参数来达到硼磷硅玻璃封闭通孔或者填充通孔的底部与侧壁的目的，与现有技术相比，降低了工艺的复杂程度，并且可以提高沟槽功率器件的再现性。
[0053]在步骤S06中，进行后续的半导体工艺，完成所述沟槽功率器件的制作。所述后续的半导体工艺包括:
[0054]对所述通孔106暴露出的半导体衬底100进行刻蚀，并填充第一金属层109，如图8所示。所述刻蚀使得所述通孔106部分深入到第一掺杂区107中，确保后续形成的接触孔能够充分的与第一掺杂区107相接触。然后沉积第一金属层109填充通孔106形成所述沟槽功率器件源区的接触孔。
[0055]然后，在所述介质层105上沉积第二金属层110，如图9所示。由于在第二沟槽中的多晶硅104的一面呈弧形，在其上形成的介质层105也呈弧形，则在所述介质层105上形成的第二金属层110的边缘也呈弧形。本实施例中，所述第一金属层109的材质为金属钨，所述第二金属层110的材质为金属铝，在其他实施例中，也可以是本领域技术人员已知的其他金属。
[0056]在终端结构区20中，第二沟槽靠近有源区10的一侧到所述第二金属层110外边缘的距离为 Oum ?3.7um,例如:0um、0.4um、0.8um、l.2um、l.7um、2.2um、2.7um、3.2um、
3.7um，如图9中所示的宽度W。图9中标示的深度T为在步骤S04中描述的第二沟槽中沉积的介质层105的厚度。根据宽度W、深度T以及提供给沟槽功率器件的电压进行模拟，在宽度W、深度T满足上述的范围条件时，提供给沟槽功率器件的电压不小于25V。
[0057]相应的，本发明还提供一种采用上述沟槽功率器件的制作方法制作的沟槽功率器件，请参照图9所示,包括:
[0058]包含有源区10和终端结构区20的半导体衬底100 ；
[0059]所述有源区10中形成有第一沟槽，所述终端结构区20中形成有第二沟槽；
[0060]所述第一沟槽内形成有栅极103，所述第二沟槽内靠近所述有源区10的侧壁与底部形成有多晶硅104，所述多晶硅104在远离所述有源区10的一侧呈弧形；
[0061]所述半导体衬底100上形成有介质层105,所述介质层105填充所述第二沟槽；
[0062]所述有源区10的介质层105上形成有通孔，所述通孔暴露出的半导体衬底100中形成有第一掺杂区107以及位于第一掺杂区107中的第二掺杂区108 ；[0063]所述通孔延伸至所述第一掺杂区107中，其中填充有第一金属层109 ;在所述介质层105上沉积有第二金属层110。
[0064]所述多晶硅104在远离所述有源区10的一侧呈弧形，在其上形成的介质层105也呈弧形，在所述介质层105上形成的第二金属层110的边缘也呈弧形。
[0065]综上所述，本发明提供的沟槽功率器件的制作方法中，通过在终端结构区中形成第二沟槽，在第二沟槽中靠近有源区的侧壁和底部沉积多晶硅，将多晶硅在远离有源区的一面设置为弧形，然后在第二沟槽的其余位置沉积介质层，避免在终端结构中形成通孔，从而省略现有技术中在通孔中沉积硼磷硅玻璃，并进行回流与刻蚀的步骤，降低了工艺的复杂程度，提高了沟槽功率器件的再现性。
[0066]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.一种沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，包括: 提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括有源区和终端结构区； 在所述半导体衬底的有源区形成第一沟槽，在终端结构区形成第二沟槽； 在所述第一沟槽中形成沟槽功率器件的栅极，同时在所述第二沟槽中靠近所述有源区的侧壁与底部沉积多晶硅，所述多晶硅在远离所述有源区的一侧呈弧形； 在所述半导体衬底上沉积介质层，所述介质层填充所述第二沟槽； 通过曝光与刻蚀在所述有源区的介质层上形成通孔，并进行两次离子注入，在所述通孔暴露出的半导体衬底中形成第一掺杂区，在所述第一掺杂区中形成第二掺杂区； 进行后续的半导体工艺，完成所述沟槽功率器件的制作。
2.如权利要求1所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述后续的半导体工艺包括: 对所述通孔暴露出的半导体衬底进行刻蚀，并填充第一金属层； 在所述介质层上沉积第二金属层。
3.如权利要求2所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述第二沟槽中多晶硅上方的介质层呈弧形。
4.如权利要求3所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，在所述终端结构区边缘的所述第二金属层呈弧形。
5.如权利要求1所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述第二沟槽中沉积的介质层的厚度为3000A?6000A。
6.如权利要求5所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述终端结构中第二沟槽靠近有源区的一侧到所述第二金属层外边缘的距离为Oum?3.7um。
7.如权利要求6所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，提供给沟槽功率器件的电压不小于25V。
8.如权利要求2所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，在所述通孔中填充的第一金属层延伸至所述第一掺杂区中。
9.如权利要求8所述的沟槽功率器件的制作方法，其特征在于，所述第一金属层的材质为钨，所述第二金属层的材质为铝。
10.一种使用权利要求1?9所述的沟槽功率器件的制作方法制作的沟槽功率器件，其特征在于，包括: 包含有源区和终端结构区的半导体衬底； 所述有源区中形成有第一沟槽，所述终端结构区中形成有第二沟槽； 所述第一沟槽内形成有栅极，所述第二沟槽内靠近所述有源区的侧壁与底部形成有多晶硅，所述多晶硅在远离所述有源区的一侧呈弧形； 所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层填充所述第二沟槽； 所述有源区的介质层上形成有通孔，所述通孔暴露出的半导体衬底中形成有第一掺杂区以及位于第一掺杂区中的第二掺杂区。
【文档编号】H01L21/02GK103839780SQ201410098298
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】刘宪周 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司