功率器件的原胞结构及其形成方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，更具体地，涉及一种功率器件的原胞结构及其形成方法。

背景技术：

1、电力电子技术在工业领域占非常重要的地位，功率器件因具有高输入阻抗、低控制功率、驱动电路简单、开关速度快、导通压降低、通态电流大等优点，已渐渐成为电力电子技术的核心器件之一。

2、在功率器件的结构中，多晶硅之间的氧化层对隔离多晶硅至关重要。现在的功率器件的原胞结构的形成工艺中，采用湿法工艺刻蚀场氧化层，受各向同性的刻蚀速率的影响，其表面很不平整，导致后续形成隔离氧化层时，氧气在场氧化层和多晶硅交界位置得不到充分反应，导致此处形成的隔离氧化层很薄。在器件正常工作时，存在耐压不够，从而引发隔离氧化层被击穿的问题。

3、图1示出了现有技术的一种功率器件的原胞结构的剖面结构图，如图1所示，自下而上的屏蔽栅10及控制栅30之间设有隔离氧化层20，现有技术中，所述原胞结构的形成方法包括：先于衬底内形成凹槽，依次于所述凹槽的表面形成场氧化层及填充所述凹槽的多晶硅层，然后，依次去除部分所述多晶硅层及部分所述场氧化层之后，氧化剩余的部分所述多晶硅层以形成所述屏蔽栅及所述隔离氧化层。

4、其中，先采用湿法刻蚀去除部分所述场氧化层，再氧化部分所述多晶硅层形成隔离氧化层，由于湿法刻蚀的各向同性特点，剩余的场氧化层的顶面被刻蚀成弧面，导致氧化过程中的氧气无法均匀且充分地接触所述多晶硅层，如图1所示，屏蔽栅10的顶部附近的隔离氧化层20的厚度远远低于其他地方的厚度。导致功率器件工作时，较薄的隔离氧化层更容易发生击穿，使得器件失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种功率器件的原胞结构及其形成方法。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供一种功率器件的原胞结构，其特征在于，包括：屏蔽栅、控制栅及隔离氧化层；其中，所述控制栅及所述隔离氧化层自外向内包覆所述屏蔽栅的顶部且底面之间相对齐。

3、优选地，所述原胞结构内设于衬底，还包括：设于所述衬底及所述屏蔽栅之间的场氧化层。

4、优选地，所述场氧化层覆盖所述屏蔽栅的剩余表面。

5、优选地，所述隔离氧化层还设于所述衬底及所述控制栅之间。

6、本发明第二方面提供一种应用于功率器件的原胞结构的形成方法，其特征在于，包括：s01：提供具有凹槽的衬底：s02：于所述凹槽的底部依次形成场氧化层及顶部高出于所述场氧化层的初始屏蔽栅；s03：氧化部分所述初始屏蔽栅的顶部，形成屏蔽栅及包覆其顶部的隔离氧化层；s04：于所述场氧化层上形成包覆所述隔离氧化层并底面平齐于所述隔离氧化层的控制栅。

7、优选地，采用热氧化工艺氧化部分所述初始屏蔽栅的顶部形成所述隔离氧化层，所述初始屏蔽栅的剩余部分形成所述屏蔽栅。

8、优选地，所述热氧化工艺还氧化所述凹槽的剩余表面，所述隔离氧化层还形成于所述衬底及所述控制栅之间。

9、优选地，s02包括：s021；形成覆盖所述凹槽的表面的场氧化层及填充所述凹槽的多晶硅层；s022：去除所述凹槽顶部的部分所述场氧化层以暴露第一高度的部分所述多晶硅层；s023：于所述凹槽的顶部及所述第一高度的部分所述多晶硅层之间形成牺牲层；s024：去除第二高度的部分所述多晶硅层以形成所述初始屏蔽栅；s025：去除所述牺牲层。

10、优选地，所述第一高度大于所述第二高度。

11、优选地，采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层。

12、本发明仅通过改变工艺顺序，无需新增光罩成本或更改器件设计，就能改善现有技术中场氧化层被酸液刻蚀后表面不平整的问题，继而改善隔离氧化层的形貌及厚度，由此改善屏蔽栅及隔离栅之间的漏电问题。

13、进一步，于所述凹槽的顶部形成第一高度的牺牲层，再刻蚀第二高度的多晶硅层以形成初始屏蔽栅，所述牺牲层保护所述凹槽的侧壁，避免刻蚀过程中等离子轰击对侧壁的损伤。

14、进一步，去除所述凹槽的顶部的部分场隔离层时，由于所述场隔离层的一侧为衬底，另一侧为多晶硅层，从而避免刻蚀速率差异导致剩余场隔离层的顶面不均的现象，氧气与材料为多晶硅的初始屏蔽栅充分反应，进而确保形成的隔离氧化层的厚度均匀性，提高屏蔽栅及隔离栅之间的耐压。

技术特征：

1.一种功率器件的原胞结构，其特征在于，包括：屏蔽栅、控制栅及隔离氧化层；其中，

2.如权利要求1所述的原胞结构，其特征在于，所述原胞结构内设于衬底，还包括：设于所述衬底及所述屏蔽栅之间的场氧化层。

3.如权利要求2所述的原胞结构，其特征在于，所述场氧化层覆盖所述屏蔽栅的剩余表面。

4.如权利要求2所述的原胞结构，其特征在于，所述隔离氧化层还设于所述衬底及所述控制栅之间。

5.一种应用于功率器件的原胞结构的形成方法，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的形成方法，其特征在于，采用热氧化工艺氧化部分所述初始屏蔽栅的顶部形成所述隔离氧化层，所述初始屏蔽栅的剩余部分形成所述屏蔽栅。

7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述热氧化工艺还氧化所述凹槽的剩余表面，所述隔离氧化层还形成于所述衬底及所述控制栅之间。

8.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，s02包括：

9.如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述第一高度大于所述第二高度。

10.如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层。

技术总结
本发明提供一种功率器件的原胞结构及其形成方法，所述功率器件的原胞结构，包括：屏蔽栅、控制栅及隔离氧化层；其中，所述控制栅及所述隔离氧化层自外向内包覆所述屏蔽栅的顶部且底面之间相对齐。本发明仅通过改变工艺顺序，无需新增光罩成本或更改器件设计，就能改善现有技术中场氧化层被酸液刻蚀后表面不平整的问题，继而改善隔离氧化层的形貌及厚度，由此改善屏蔽栅及隔离栅之间的漏电问题。

技术研发人员：王军,楼颖颖
受保护的技术使用者：旭矽半导体（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11