使用氧化物填充溝槽的雙氧化物溝槽柵極功率mosfet的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率MOSFET的溝槽柵極結(jié)構(gòu)制造方法，具體涉及使用氧化物填充溝 槽的雙氧化物溝槽柵極功率M0SFET。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率金屬-氧化物-硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET)用于需要高電壓和高電流的應(yīng)用 中。一種類型的功率MOSFET使用溝槽柵極結(jié)構(gòu)，晶體管柵極位于形成在襯底表面的垂直溝 槽中。通過內(nèi)襯在溝槽側(cè)壁和基極的柵極氧化層，使溝槽柵極與襯底絕緣。源極和本體區(qū) 形成在襯底表面的溝槽附近，漏極區(qū)形成在襯底的對(duì)面。因此，晶體管的通道沿溝槽的垂直 側(cè)壁形成在本體區(qū)中。使用溝槽柵極的功率MOSFET有時(shí)稱為溝槽MOSFET或溝槽柵極功率 M0SFET，或者溝槽柵極垂直功率MOSFET。
[0003]在一些應(yīng)用中，使用雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)，對(duì)于溝槽柵極功率MOSFET器 件十分有益。在雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)中，溝槽柵極形成在內(nèi)襯襯里氧化層的溝槽 中，溝槽底部的襯里氧化層比溝槽頂部的薄柵極氧化層厚。圖1摘自共同受讓的美國(guó)專利 申請(qǐng)案編號(hào)13/776, 523中圖3N，表示溝槽柵極功率MOSFET器件的雙氧化物厚度的溝槽柵 極結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。美國(guó)專利申請(qǐng)案編號(hào)13/776, 523是于2013年2月25日存檔的題為 《用于功率MOSFET應(yīng)用的端接溝槽》的專利，特此引用，以作參考。用于制備雙氧化物厚度 的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)制備工藝包括，在硅襯底中制備溝槽到第一深度，在溝槽的側(cè)壁上 制備一個(gè)氮化物墊片，然后利用氮化物墊片作為自對(duì)準(zhǔn)掩膜，將溝槽中的硅襯底進(jìn)一步刻 蝕到第二深度。傳統(tǒng)的工藝是通過熱氧化，在溝槽底部生長(zhǎng)襯里氧化層。除去氮化物墊片， 進(jìn)行熱氧化，在溝槽頂部生長(zhǎng)柵極氧化層。
[0004]在制備雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)中仍然存在許多挑戰(zhàn)。例如，在第二次溝槽 刻蝕過程中，粒子的碎片會(huì)嵌入在溝槽底部。粒子碎片會(huì)抑制襯里氧化，造成溝槽柵極和硅 襯底之間短路。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備功率MOSFET雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的方 法，包括制備一個(gè)用氧化層部分填充的溝槽，在溝槽中的氧化層上方制備一個(gè)氮化物墊片， 利用氮化物墊片作為自對(duì)準(zhǔn)掩膜，刻蝕部分填充的氧化層。未被刻蝕的剩余部分氧化層，成 為溝槽底部的襯里氧化層。從而利用硅襯底中獨(dú)立的溝槽刻蝕，制備溝槽結(jié)構(gòu)。另外，通過 掩膜和刻蝕代替熱氧化，制備襯里氧化物，可以更好地控制襯里氧化物的厚度。而且，氧化 層填充了溝槽底部，保護(hù)溝槽不受后續(xù)的刻蝕工藝所帶來的污染碎片的影響。最終，取消了 襯里氧化物的熱氧化過程，使功率MOSFET制備工藝的整體熱積聚有所降低。因此，無需改 變整個(gè)過程的熱積聚，就可以改變襯里氧化層的厚度。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種制備功率MOSFET雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的方法，包括： 制備一個(gè)半導(dǎo)體襯底； 在襯底頂面制備一個(gè)第一溝槽； 在第一溝槽中制備第一氧化層，第一氧化層的第一深度從第一溝槽底部開始； 沿第一溝槽的側(cè)壁和第一氧化層上，制備一個(gè)電介質(zhì)墊片； 使用電介質(zhì)墊片作為掩膜，刻蝕裸露在電介質(zhì)墊片之外的第一氧化層到第二深度，第 二深度從第一溝槽底部開始低于第一深度； 除去電介質(zhì)墊片；并且 沿第一氧化層上方的第一溝槽側(cè)壁，制備第二氧化層，第二氧化層的厚度比第一氧化 層的厚度薄。
[0007] 優(yōu)選地，還包括： 在第一溝槽中制備一個(gè)多晶硅層，多晶硅層為功率M0SFET制備一個(gè)溝槽柵極，第二氧 化層包括一個(gè)柵極氧化層，第一氧化層包括一個(gè)襯里氧化層。
[0008] 優(yōu)選地，其中在第一溝槽中制備一個(gè)第一氧化層，包括在第一溝槽中沉積第一氧 化層；沿第一溝槽的側(cè)壁制備一個(gè)第二氧化層，包括利用熱氧化沿第一溝槽的側(cè)壁制備第 二氧化層。
[0009]優(yōu)選地，其中在第一溝槽中制備第一氧化層包括： 在第一溝槽中沉積一個(gè)氧化層；并且 向下刻蝕第一溝槽中的氧化層到第一深度。
[0010] 權(quán)利要求4所述的方法，其中在第一溝槽中沉積氧化層包括： 在第一溝槽中沉積一個(gè)高密度等離子氧化層。
[0011] 優(yōu)選地，其中沿第一溝槽的側(cè)壁和第一氧化層上制備電介質(zhì)墊片，包括： 沿第一溝槽的側(cè)壁和第一氧化層上制備一個(gè)氮化硅墊片。
[0012] 優(yōu)選地，還包括： 在半導(dǎo)體襯底中制備第二溝槽，所形成的第二溝槽沿半導(dǎo)體襯底的邊緣，其寬度大于 第一溝槽的寬度； 在第二溝槽中制備第一氧化層，第一氧化層具有側(cè)壁部分在第二溝槽的外邊緣，以及 底部具有從第二溝槽底部開始的第三深度； 沿第二溝槽的側(cè)壁和第一氧化層的側(cè)壁部分，制備一個(gè)電介質(zhì)墊片，電介質(zhì)墊片形成 在第一氧化層的底部上方； 利用電介質(zhì)墊片作為掩膜，刻蝕第一氧化層到第四深度，第四深度從第二溝槽的底部 開始低于第三深度； 除去電介質(zhì)墊片；并且 沿第一氧化層上方的第二溝槽側(cè)壁，制備第二氧化層，第二氧化層的厚度小于第一氧 化層的厚度。
[0013] 優(yōu)選地，其中在第二溝槽中制備第一氧化層包括： 在第二溝槽中沉積一個(gè)氧化層； 在第二溝槽的外邊緣，掩膜一部分氧化層；并且 向下刻蝕第二溝槽中裸露的氧化層到第三深度，從而在第二溝槽的外邊緣形成側(cè)壁部 分。
[0014] 優(yōu)選地，其中在第二溝槽的外邊緣掩膜一部分氧化層，包括： 在第二溝槽中沉積的氧化層上制備一個(gè)氮化硅層；并且 形成氮化硅層的圖案，覆蓋第二溝槽外邊緣處的那部分氧化層。
[0015] 優(yōu)選地，其中在第二溝槽中沉積一個(gè)氧化層，包括： 在第二溝槽中沉積一個(gè)高密度等離子氧化層。
[0016] 優(yōu)選地，還包括： 在靠近第一溝槽的硅襯底中制備一個(gè)本體區(qū)； 在本體區(qū)中制備一個(gè)源極區(qū)；并且 制備一個(gè)到本體區(qū)和源極區(qū)的接頭。
[0017] 優(yōu)選地，其中在襯底的頂面上制備一個(gè)第一溝槽，包括： 在襯底的頂面上制備一個(gè)硬掩膜層； 在硬掩膜層的頂面上制備一個(gè)電介質(zhì)保護(hù)層； 形成電介質(zhì)保護(hù)層和硬掩膜層的圖案，使要制備第一溝槽的區(qū)域裸露出來；并且 利用帶圖案的電介質(zhì)保護(hù)層和硬掩膜層作為掩膜，刻蝕半導(dǎo)體襯底，形成第一溝槽。
[0018] 優(yōu)選地，其中在襯底的頂面上制備一個(gè)硬掩膜層，包括制備一個(gè)氮化硅層，夾在兩 個(gè)氧化層之間，作為硬掩膜層；并且在硬掩膜層的頂面上制備一個(gè)電介質(zhì)保護(hù)層，包括在硬 掩膜層的頂面上制備一個(gè)氮化硅層。
[0019] 優(yōu)選地，其中在第一溝槽中制備一個(gè)第一氧化層，包括： 在第一溝槽中和氮化物保護(hù)層上方沉積一個(gè)氧化層；并且 在第一溝槽中，向下刻蝕氧化層到第一深度，以及向下刻蝕到氮化物保護(hù)層。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明所述的溝槽氧化物刻蝕方法具有多種優(yōu)勢(shì)。首先，由于使用掩膜和刻蝕代替熱 氧化，制備襯里氧化物，因此本方法可以更好地控制襯里氧化物的厚度。通過氮化物墊片層 的厚度控制襯里氧化物的厚度。第二，利用刻蝕工藝，制備襯里氧化物，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的 氧化工藝，降低了整個(gè)器件的熱積聚。第三，邊緣溝槽結(jié)構(gòu)為自端接。利用掩膜，在邊緣端 接晶胞處自動(dòng)形成厚氧化物。邊緣端接無需額外的處理步驟。
【附圖說明】
[0021] 以下的詳細(xì)說明及【附圖說明】了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。
[0022] 圖1摘自共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)案編號(hào)13/776, 523中圖3N，表示溝槽柵極功率 M0SFET器件的雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。
[0023] 圖2表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在功率M0SFET中雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié) 構(gòu)制備方法的流程圖。
[0024] 圖3 (a)至3 (m)為溝槽柵極功率M0SFET器件的剖面圖，表示依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例，用于制備雙氧化物厚度的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的處理步驟。
[0025] 圖4表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，利用溝槽氧化物刻蝕方法，制備的獨(dú)立 氧化物厚度溝槽結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0026] 圖5表示依