專利名稱：溝槽型功率晶體管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種溝槽型功率晶體管及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，功率器件(Power Device)作為一種新型器件，被廣泛應(yīng)用于如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)、汽車電子等領(lǐng)域。功率器件需要能夠承受較大的電壓、電流以及功率負(fù)載。而現(xiàn)有的MOS晶體管等器件無(wú)法滿足上述需求，因此，為了滿足應(yīng)用的需要，各種功率器件成為關(guān)注的焦點(diǎn)。在公開(kāi)號(hào)CN 102244100A的中國(guó)專利公開(kāi)文獻(xiàn)中詳細(xì)介紹了一種溝槽型功率晶體管及其制作方法。以下結(jié)合圖1至圖4對(duì)該制作方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。參照?qǐng)D1，提供重?fù)诫s的半導(dǎo)體襯底10，在所述半導(dǎo)體襯底10表面形成η型外延層11，所述η型外延層11內(nèi)形成有功率晶體管溝槽12 ；參考圖2，在所述功率晶體管溝槽12內(nèi)和η型外延層11的表面形成一層?xùn)艠O氧化層13 ；參考圖3，在所述柵極氧化層13上形成填充滿所述功率晶體管溝槽12的多晶硅14 ;然后對(duì)所述功率晶體管溝槽12外的多晶硅14和柵極氧化層13進(jìn)行平坦化處理，直至暴露所述η型外延層11表面的柵極氧化層13。之后進(jìn)行摻雜工藝，形成體區(qū)15與源區(qū)16。重?fù)诫s的半導(dǎo)體襯底10作為功率晶體管的漏區(qū)。實(shí)際中，上述工藝制作的溝槽型功率晶體管存在漏電流過(guò)大的問(wèn)題。由于漏電流過(guò)大會(huì)造成器件性能不穩(wěn)定，有鑒于此，本發(fā)明提供一種新的溝槽型功率晶體管及其制作方法，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提出一種新的溝槽型功率晶體管及其制作方法，以避免漏電流過(guò)大問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種溝槽型功率晶體管的制作方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層；在所述外延層上自下而上形成遮蔽氧化層與研磨終止層；采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層內(nèi)形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)側(cè)壁形成柵極氧化層；在所述溝槽內(nèi)填入柵極材料層，并研磨去除所述溝槽外的多余柵極材料層，所述研磨工藝以研磨終止層為研磨終點(diǎn)?？蛇x地，采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層內(nèi)形成溝槽前，所述研磨終止層上還形成有硬掩膜層?？蛇x地，所述柵極材料層的材質(zhì)為多晶硅，所述研磨終止層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或上述材質(zhì)的組合。
可選地，所述半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)為硅，所述硬掩膜層的材質(zhì)為無(wú)定形碳、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅?？蛇x地，所述遮蔽氧化層的材質(zhì)與柵極氧化層的材質(zhì)相同。可選地，在所述溝槽內(nèi)側(cè)壁形成柵極氧化層是通過(guò)熱氧化法制作的?；谏鲜鰷喜坌凸β示w管的制作方法，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述制作方法形成的溝槽型功率晶體管與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):I)本發(fā)明人通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)漏電流過(guò)大的一個(gè)原因?yàn)?如圖4所示，對(duì)功率晶體管溝槽12 (參見(jiàn)圖2所示)外的多晶硅14和柵極氧化層13進(jìn)行平坦化處理時(shí)，上述平坦化處理一般采用研磨法，例如化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，由于柵極氧化層13 —般較薄，上述研磨會(huì)由于終點(diǎn)難以檢測(cè)，造成功率晶體管溝槽12開(kāi)口處的多晶硅14及周圍外延層11出現(xiàn)過(guò)度研磨，從而造成功率晶體管的溝道過(guò)短，出現(xiàn)短溝道效應(yīng)，如漏電流過(guò)大問(wèn)題；上述過(guò)度研磨問(wèn)題對(duì)于位于晶元中心區(qū)域的功率晶體管更為嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明在外延層上至少形成研磨終止層，利于研磨過(guò)程中的終點(diǎn)檢測(cè)，避免過(guò)度研磨問(wèn)題，從而避免制作的功率晶體管的短溝道效應(yīng)，減小了源-漏漏電流。2)可選方案中，功率晶體管溝槽采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層內(nèi)形成，對(duì)應(yīng)溝槽的掩膜版圖形可以a)直接通過(guò)圖形化光刻膠轉(zhuǎn)移至外延層內(nèi)，也可以b)通過(guò)將掩膜版圖形通過(guò)圖形化光刻膠轉(zhuǎn)移至硬掩膜層上，后以圖形化的硬掩膜層為掩膜刻蝕外延層形成該溝槽。


圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型功率晶體管的制作過(guò)程結(jié)構(gòu)示意圖；圖5至圖8是本發(fā)明實(shí)施例的溝槽型功率晶體管的制作過(guò)程結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有的制作工藝形成的功率晶體管易出現(xiàn)漏電流過(guò)大問(wèn)題。本發(fā)明人通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)漏電流過(guò)大的一個(gè)原因?yàn)?如圖4所示，對(duì)功率晶體管溝槽12 (參見(jiàn)圖2所示)外的多晶硅14和柵極氧化層13進(jìn)行平坦化處理時(shí)，上述平坦化處理一般采用研磨法，例如化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，對(duì)于柵極氧化層13較薄的情況，上述研磨會(huì)由于終點(diǎn)難以檢測(cè)，造成功率晶體管溝槽12開(kāi)口處的多晶硅14及周圍外延層11出現(xiàn)過(guò)度研磨，從而造成功率晶體管的溝道過(guò)短，出現(xiàn)短溝道效應(yīng)，如漏電流過(guò)大問(wèn)題；上述過(guò)度研磨問(wèn)題對(duì)于位于晶元中心區(qū)域的功率晶體管更為嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明在外延層上至少形成研磨終止層，利于研磨過(guò)程中的終點(diǎn)檢測(cè)，避免過(guò)度研磨問(wèn)題，從而避免制作的功率晶體管的短溝道效應(yīng)，減小了源-漏漏電流。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。由于本發(fā)明重在解釋原理，因此，未按比例制圖。參照?qǐng)D5至圖8所示，以下詳細(xì)介紹本發(fā)明提供的功率晶體管的制作方法。參照?qǐng)D5，提供半導(dǎo)體襯底20，在所述半導(dǎo)體襯底20表面形成外延層21。本實(shí)施例中，該半導(dǎo)體襯底20材質(zhì)可以硅，絕緣體上硅(SOI)，鍺等現(xiàn)有的半導(dǎo)體材質(zhì)。本實(shí)施例以η型功率晶體管的制作方法為例，硅襯底為η型重?fù)诫s襯底。硅襯底上形成的外延層21 (EPI)可以采用分子束外延法形成。所述外延層21為η型。仍參照?qǐng)D5，在所述外延層21上至少形成研磨終止層23。優(yōu)選地，在所述外延層21自下而上形成有遮蔽氧化層22、研磨終止層23、硬掩膜層24。以下分別對(duì)各層進(jìn)行介紹。遮蔽氧化層22在后續(xù)離子注入形成功率晶體管的體區(qū)與源區(qū)過(guò)程中，可以減少隧穿效應(yīng)；此外，遮蔽氧化層22還能起到緩沖作用，減小研磨終止層23與外延層21之間的應(yīng)力。遮蔽氧化層22材質(zhì)可以選擇現(xiàn)有的氧化層材質(zhì)。本實(shí)施例中，遮蔽氧化層22的材質(zhì)為二氧化硅，形成方法可以為熱氧化法、物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積法。研磨終止層23與柵極材料層多晶硅相比，優(yōu)選去除溝槽外的多晶硅的研磨工藝中所用研磨液對(duì)于前者的選擇比低于后者。一個(gè)實(shí)施例中，研磨終止層23的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或上述材質(zhì)的組合。硬掩膜層24用于后續(xù)將掩膜版圖案轉(zhuǎn)移至外延層21內(nèi)形成功率晶體管溝槽。一個(gè)實(shí)施例中，硬掩膜層24的材質(zhì)為無(wú)定形碳、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。參照?qǐng)D6，采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層21內(nèi)形成溝槽25。功率晶體管溝槽25采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層21內(nèi)形成，對(duì)應(yīng)溝槽25的掩膜版圖形可以a)以圖形化光刻膠為掩膜，刻蝕外延層21形成該溝槽25，即直接通過(guò)圖形化光刻膠轉(zhuǎn)移至外延層21內(nèi)，也可以b)通過(guò)將掩膜版圖形通過(guò)圖形化光刻膠轉(zhuǎn)移至硬掩膜層24上，后以圖形化的硬掩膜層為掩膜刻蝕外延層21形成該溝槽25。參照?qǐng)D7，在所述溝槽25內(nèi)側(cè)壁形成柵極氧化層26。本步驟形成柵極氧化層26的方法具有多種，優(yōu)選采用對(duì)硅襯底進(jìn)行熱氧化形成。結(jié)合圖7與圖8所示，在所述溝槽25內(nèi)填入柵極材料層27，并研磨去除所述溝槽25外的多余柵極材料層27，所述研磨工藝以研磨終止層23為研磨終點(diǎn)。本步驟中，若有多余研磨終止層23，則采用針對(duì)去除溶液進(jìn)行去除。例如一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底20材質(zhì)為硅，研磨終止層23材質(zhì)為氮化硅，則對(duì)研磨終止層23采用熱磷酸去除。本步驟完成后,所述遮蔽氧化層22暴露出。之后進(jìn)行摻雜工藝，具體地，參照?qǐng)D8所示，對(duì)所述η型外延層21進(jìn)行P型摻雜，使所述η型外延層21靠近表面的部分厚度反轉(zhuǎn)為P型，形成P型外延層28 ;再對(duì)ρ型外延層28進(jìn)行η型摻雜，使部分ρ型外延層28反轉(zhuǎn)為η型，形成第二 η型外延層29，此時(shí)，重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底20構(gòu)成功率晶體管的漏區(qū)，η型外延層21剩余的部分構(gòu)成功率晶體管的漂移區(qū)，P型外延層28構(gòu)成功率晶體管的體區(qū)，第二 η型外延層29構(gòu)成功率晶體管的源區(qū)。至此，η型溝槽型功率晶體管已制作完成。其它實(shí)施例中，對(duì)于P型功率晶體管的制作方法大致與η型功率晶體管的制作方法相同，區(qū)別在于:構(gòu)成功率晶體管漏區(qū)的為P型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底20，功率晶體管的漂移區(qū)由P型外延層21剩余的部分構(gòu)成，功率晶體管的體區(qū)由η型外延層28構(gòu)成，功率晶體管源區(qū)由第二 P型外延層29構(gòu)成?？梢钥闯?，本發(fā)明在外延層21上至少形成研磨終止層24，利于研磨過(guò)程中的終點(diǎn)檢測(cè)，避免過(guò)度研磨問(wèn)題，從而避免制作的功率晶體管的短溝道效應(yīng)，提高了器件的穩(wěn)定性。
本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種溝槽型功率晶體管的制作方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層； 在所述外延層上自下而上形成遮蔽氧化層與研磨終止層； 采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層內(nèi)形成溝槽； 在所述溝槽內(nèi)側(cè)壁形成柵極氧化層； 在所述溝槽內(nèi)填入柵極材料層，并研磨去除所述溝槽外的多余柵極材料層，所述研磨工藝以研磨終止層為研磨終點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，采用光刻、刻蝕工藝在所述外延層內(nèi)形成溝槽前，所述研磨終止層上還形成有硬掩膜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述柵極材料層的材質(zhì)為多晶硅，所述研磨終止層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或上述材質(zhì)的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)為硅，所述硬掩膜層的材質(zhì)為無(wú)定形碳、二氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或碳化娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述遮蔽氧化層的材質(zhì)與柵極氧化層的材質(zhì)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述溝槽內(nèi)側(cè)壁形成柵極氧化層是通過(guò)熱氧化法制作的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的制作方法形成的溝槽型功率晶體管。
全文摘要
針對(duì)現(xiàn)有的制作工藝形成的溝槽型功率晶體管易出現(xiàn)漏電流過(guò)大問(wèn)題，本發(fā)明人對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)原因?yàn)閷?duì)功率晶體管溝槽外的多晶硅和柵極氧化層進(jìn)行平坦化處理時(shí)，上述平坦化處理一般采用研磨法，例如化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，對(duì)于柵極氧化層較薄的情況，上述研磨會(huì)由于終點(diǎn)難以檢測(cè)，造成功率晶體管溝槽開(kāi)口處的多晶硅及周圍外延層出現(xiàn)過(guò)度研磨，從而造成功率晶體管的溝道過(guò)短，出現(xiàn)短溝道效應(yīng)。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新的溝槽型功率晶體管及其制作方法，其制作方法在外延層上至少形成研磨終止層，利用其對(duì)研磨過(guò)程進(jìn)行終點(diǎn)檢測(cè)，從而避免過(guò)度研磨問(wèn)題，也避免了制作的功率晶體管的短溝道效應(yīng)，減小了源-漏漏電流。
文檔編號(hào)H01L29/78GK103208426SQ20131009566
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者李儒興, 賈璐, 李志國(guó), 張磊, 秦海燕 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司