[发明专利]沟槽型功率器件的沟槽栅结构及其制造方法

说明书

一种沟槽型功率器件的沟槽栅结构及其制造方法，在半导体基底的沟槽内底部的设有厚氧化层，沟槽侧壁形成沟槽型功率器件的栅氧化层，及在沟槽内沉积形成一个塞状多晶硅栅极，且在厚氧化层上方及多晶硅栅极下方设有第一限制部，及包覆第一限制部的第二限制部。透过第一限制部及第二限制部的存在，在后续工序中将保留第二限制部下方的厚氧化层，从而能降低工艺成本；能在更小深宽比的沟槽中形成良好的TBO(Thick Bottom Oxide)，从而能适用于各种深宽比的沟槽的TBO形成，从而具有较大的使用范围。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种沟槽型功率器件的沟槽栅结构及其制造方法。

背景技术

半导体功率器件已经被广泛应用于汽车电子、开关电源以及工业控制器件等领域。特别是沟槽型功率器件，在制作沟槽型功率器件是，在沟槽底部需制作厚氧化层，目的是用来减小栅极底部的寄生电容，降低栅极漏极电荷(Qgd)，以提高开关特性和电学性能。现有技术中通常采用高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)法制造沟槽底部厚氧化层，其步骤如下：形成沟槽，在沟槽底部沉积一定厚度的厚氧化层，把硅表面的厚氧化层磨掉，去掉沟槽侧壁的氧化层，留下底部氧化层，形成厚氧化层。

又，半导体功率器件MOS晶体管中，栅结构包括栅氧化层和形成于栅氧化层表面的多晶硅栅，多晶硅栅通常覆盖沟道区并用于在沟道区表面形成连接源漏的沟道，为了提供栅的高控制性，一般要求较薄的栅氧化层；但是为了高的栅可靠性，以及小的米勒电容，又需要厚的栅氧化层。也即较薄的栅氧化层有利于对沟道开启的控制，但是较薄的栅氧化层的刻蚀性又会降低同时会增加米勒电容。

栅结构包括平面栅和沟槽栅两种，沟槽栅能够得到更大的电流密度和更小的导通电阻而经常应用于功率器件中。对于沟槽栅，通常包括沟槽，形成于沟槽内侧表面包括底部表面和侧面的栅氧化层以及将所述沟槽完全填充的多晶硅栅。沟槽栅需要穿过沟道区，从而能使得多晶硅栅从侧面覆盖沟道区从而能在栅开启时在被多晶硅栅侧面覆盖的沟道区表面形成沟道。

由于上面描述可知，栅氧化层的厚度对于栅控制性和可靠性以及米勒电容的要求之间存在矛盾，对于沟槽栅来说，为了在这一矛盾中折衷。通常需要在沟槽栅中采用沟槽底部厚氧化层(Thick Bottom Oxide，TBO)工艺，其中将TBO称为栅极底部厚氧化层，沟槽底部厚氧化层中的“厚”的意思是和栅氧化层相比沟槽底部厚氧化层的厚度更厚。

这样，在沟槽栅中就存在两种后的氧化层，一种为TBO，一种为栅氧化层。多晶硅栅和沟道区之间的氧化层为较薄的栅氧化层，这样能保证高的栅控制力。而在在容易出现可靠性问题的底部及底部角落(Corner)采用厚的氧化层即TBO来保证器件的高可靠性。

但是，现有已知的TBO工艺会增加工艺流程，也就致使制造成本的增加。如何低成本地实现这一结构就显得非常重要。现有技术中有两个主流的实现TBO的方法。

现有第一种方法为：利用高密度等离子体(HDP)氧化层(Oxide)填充沟槽，之后再通过化学机械研磨(CMP)平坦化和回刻技术实现，成本非常高昂。

第二种方法为：先形成较厚的TBO层，TBO层形成后会位于沟槽的整个内侧表面和沟槽外表面；这时需要涂布光刻胶将整个沟槽完全填充，光刻胶同时会填充到沟槽外的表面；通过光刻胶在沟槽外表面和沟槽内部的厚度差，调节曝光量，保证表面完全曝光，沟槽内曝光不足，这样在显影后会在沟槽内部保留需要厚度的光刻胶；通过保留于沟槽内部的光刻胶，保护事先成膜的厚栅氧即TBO层，利用湿法工艺去除其他区域的厚栅氧；之后，通过再次成膜实现沟道区的薄栅氧即上面所述的栅氧化层。

由上可知，现有第二种方法需要增加一次光刻，成本也比较高。而且由于光刻胶的涂布特性，对于低深宽比的沟槽结构，此方法也难以实现。

发明内容