[发明专利]使用氧化物填充沟槽的双氧化物沟槽栅极功率MOSFET

说明书

技术领域

本发明涉及功率MOSFET的沟槽栅极结构制造方法，具体涉及使用氧化物填充沟槽的双氧化物沟槽栅极功率MOSFET。

背景技术

功率金属-氧化物-硅场效应晶体管（MOSFET）用于需要高电压和高电流的应用中。一种类型的功率MOSFET使用沟槽栅极结构，晶体管栅极位于形成在衬底表面的垂直沟槽中。通过内衬在沟槽侧壁和基极的栅极氧化层，使沟槽栅极与衬底绝缘。源极和本体区形成在衬底表面的沟槽附近，漏极区形成在衬底的对面。因此，晶体管的通道沿沟槽的垂直侧壁形成在本体区中。使用沟槽栅极的功率MOSFET有时称为沟槽MOSFET或沟槽栅极功率MOSFET，或者沟槽栅极垂直功率MOSFET。

在一些应用中，使用双氧化物厚度的沟槽栅极结构，对于沟槽栅极功率MOSFET器件十分有益。在双氧化物厚度的沟槽栅极结构中，沟槽栅极形成在内衬衬里氧化层的沟槽中，沟槽底部的衬里氧化层比沟槽顶部的薄栅极氧化层厚。图1摘自共同受让的美国专利申请案编号13/776,523中图3N，表示沟槽栅极功率MOSFET器件1的双氧化物厚度的沟槽栅极结构的一个示例。美国专利申请案编号13/776,523是于2013年2月25日存档的题为《用于功率MOSFET应用的端接沟槽》的专利，特此引用，以作参考。用于制备双氧化物厚度的沟槽栅极结构的传统制备工艺包括，在硅衬底中制备沟槽到第一深度，在沟槽的侧壁上制备一个氮化物垫片，然后利用氮化物垫片作为自对准掩膜，将沟槽中的硅衬底进一步刻蚀到第二深度。传统的工艺是通过热氧化，在沟槽底部生长衬里氧化层。除去氮化物垫片，进行热氧化，在沟槽顶部生长栅极氧化层。

在制备双氧化物厚度的沟槽栅极结构中仍然存在许多挑战。例如，在第二次沟槽刻蚀过程中，粒子的碎片会嵌入在沟槽底部。粒子碎片会抑制衬里氧化，造成沟槽栅极和硅衬底之间短路。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备功率MOSFET双氧化物厚度的沟槽栅极结构的方法，包括制备一个用氧化层部分填充的沟槽，在沟槽中的氧化层上方制备一个氮化物垫片，利用氮化物垫片作为自对准掩膜，刻蚀部分填充的氧化层。未被刻蚀的剩余部分氧化层，成为沟槽底部的衬里氧化层。从而利用硅衬底中独立的沟槽刻蚀，制备沟槽结构。另外，通过掩膜和刻蚀代替热氧化，制备衬里氧化物，可以更好地控制衬里氧化物的厚度。而且，氧化层填充了沟槽底部，保护沟槽不受后续的刻蚀工艺所带来的污染碎片的影响。最终，取消了衬里氧化物的热氧化过程，使功率MOSFET制备工艺的整体热积聚有所降低。因此，无需改变整个过程的热积聚，就可以改变衬里氧化层的厚度。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种制备功率MOSFET双氧化物厚度的沟槽栅极结构的方法，包括：

制备一个半导体衬底；

在衬底顶面制备一个第一沟槽；

在第一沟槽中制备第一氧化层，第一氧化层的第一深度从第一沟槽底部开始；

沿第一沟槽的侧壁和第一氧化层上，制备一个电介质垫片；

使用电介质垫片作为掩膜，刻蚀裸露在电介质垫片之外的第一氧化层到第二深度，第二深度从第一沟槽底部开始低于第一深度；

除去电介质垫片；并且

沿第一氧化层上方的第一沟槽侧壁，制备第二氧化层，第二氧化层的厚度比第一氧化层的厚度薄。

优选地，还包括：

在第一沟槽中制备一个多晶硅层，多晶硅层为功率MOSFET制备一个沟槽栅极，第二氧化层包括一个栅极氧化层，第一氧化层包括一个衬里氧化层。

优选地，其中在第一沟槽中制备一个第一氧化层，包括在第一沟槽中沉积第一氧化层；沿第一沟槽的侧壁制备一个第二氧化层，包括利用热氧化沿第一沟槽的侧壁制备第二氧化层。

优选地，其中在第一沟槽中制备第一氧化层包括：

在第一沟槽中沉积一个氧化层；并且

向下刻蚀第一沟槽中的氧化层到第一深度。

优选地，其中在第一沟槽中沉积氧化层包括：

在第一沟槽中沉积一个高密度等离子氧化层。

优选地，其中沿第一沟槽的侧壁和第一氧化层上制备电介质垫片，包括：

沿第一沟槽的侧壁和第一氧化层上制备一个氮化硅垫片。

优选地，还包括：

在半导体衬底中制备第二沟槽，所形成的第二沟槽沿半导体衬底的边缘，其宽度大于第一沟槽的宽度；

在第二沟槽中制备第一氧化层，第一氧化层具有侧壁部分在第二沟槽的外边缘，以及底部具有从第二沟槽底部开始的第三深度；