屏蔽栅场效应晶体管及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种屏蔽栅场效应晶体管及其形成方法。在形成屏蔽电极之后，在栅极沟槽高于屏蔽电极的侧壁上形成由下至上厚度依次减小的隔离侧墙，以利用隔离侧墙修饰位于屏蔽电极上方的上沟槽的形貌，如此即能够降低绝缘填充层的填充难度，提高绝缘填充层在上沟槽中填充性能避免出现空隙，进而在后续刻蚀绝缘填充层以形成隔离层时，可以形成无缺口的隔离层，保障栅电极和屏蔽电极之间的相互隔离。

Shielded gate FET and its formation method

【技术实现步骤摘要】
屏蔽栅场效应晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种屏蔽栅场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
屏蔽栅场效应晶体管(ShieldedGateTrench，SGT)，由于其具有较低的栅漏电容Cgd、很低的导通电阻、以及较高的耐压性能，进而更有利于半导体集成电路的灵活应用。具体而言，在屏蔽栅场效应晶体管中，通过在栅电极的下方设置屏蔽电极，从而可以大幅降低了栅漏电容，并且屏蔽栅场效应晶体管的漂流区中还具有较高的杂质载流子浓度，能够为器件的击穿电压提供额外的益处，相应的可以降低导通电阻。相比于其他的沟槽型场效应晶体管，屏蔽栅场效应晶体管虽然有着诸多的性能优势，然而其制备工艺也更为复杂。例如，栅电极和屏蔽电极之间的隔离性能是屏蔽栅场效应晶体管的重要指标之一，然而栅电极和屏蔽电极之间的隔离层的制备工艺难以控制，极易使得所形成的隔离层中产生有缺口，进而会导致栅电极和屏蔽电极短接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，以解决现有的屏蔽栅场效应晶体管中栅电极和屏蔽电极之间容易出现短接的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，包括：提供一衬底，所述衬底中形成有栅极沟槽，并在所述栅极沟槽的底部中形成有屏蔽电极，以及所述屏蔽电极的顶部位置对应于第一高度位置；在所述栅极沟槽高于第一高度位置的侧壁上形成隔离侧墙，并且所述隔离侧墙在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸由下至上依次减小；在所述栅极沟槽中填充绝缘填充层，所述绝缘填充层覆盖所述隔离侧墙；刻蚀所述隔离侧墙和所述绝缘填充层，以去除所述隔离侧墙和所述绝缘填充层中高于第二高度位置的部分，并利用剩余的隔离侧墙和绝缘填充层分别构成第一隔离层和第二隔离层；以及，在所述栅极沟槽中形成栅电极，所述栅电极位于所述第一隔离层和所述第二隔离层上。可选的，所述隔离侧墙的形成方法包括：在所述衬底上沉积隔离材料层，所述隔离材料层覆盖所述栅极沟槽高于第一高度位置的侧壁以及所述屏蔽栅极的顶表面；执行刻蚀工艺，以去除所述隔离材料层中覆盖屏蔽电极顶表面的部分，以及部分去除所述隔离材料层覆盖所述栅极沟槽侧壁的部分，使剩余的隔离材料层覆盖所述栅极沟槽的侧壁，并且剩余的隔离材料层还具有倾斜的外侧壁，以使剩余的隔离材料层的厚度尺寸由下至上依次减小，以构成所述隔离侧墙。可选的，所述隔离侧墙的倾斜的外侧壁与暴露出的屏蔽电极的顶表面的夹角大于等于110°可选的，所述隔离材料层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸大于等于2000埃。可选的，在形成所述屏蔽电极之前，还包括：在所述栅极沟槽中形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅极沟槽的底壁和侧壁。可选的，所述第一隔离层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸大于所述第一介质层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸。可选的，所述第一介质层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸小于2000埃。可选的，所述隔离侧墙的形成方法包括：在所述衬底上沉积隔离材料层，所述隔离材料层覆盖所述第一介质层高于第一高度位置的侧壁以及所述屏蔽栅极的顶表面；执行刻蚀工艺，以去除所述隔离材料层中覆盖屏蔽电极顶表面的部分，以及部分去除所述隔离材料层覆盖所述第一介质层的部分，使剩余的隔离材料层覆盖所述第一介质层并具有倾斜的外侧壁，以使剩余的隔离材料层的厚度尺寸由下至上依次减小，以构成所述隔离侧墙。可选的，所述隔离材料层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度与所述第一介质层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度之和大于等于3000埃。可选的，所述隔离侧墙不高于所述第一介质层；以及，在所述刻蚀工艺中，还包括刻蚀所述第一介质层高于所述隔离侧墙的部分，并使刻蚀后的第一介质层中高于隔离侧墙的部分的厚度尺寸也由下至上依次减小。可选的，所述栅极沟槽高于所述第一高度位置的部分的最大深宽比介于大于等于2。可选的，在形成所述第一隔离层和所述第二隔离层之后，以及形成所述栅电极之前，还包括：在所述栅极沟槽高于第二高度位置的侧壁上形成第二介质层。基于如上所述的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，本专利技术还提供了一种屏蔽栅场效应晶体管，包括：衬底，所述衬底中形成有栅极沟槽；屏蔽电极，形成在所述栅极沟槽的底部中，并且所述屏蔽电极的顶部位置对应于第一高度位置；隔离层，形成在所述屏蔽电极的顶表面上，所述隔离层包括第一隔离层和第二隔离层，所述第一隔离层覆盖所述屏蔽电极中靠近沟槽侧壁的边缘区域并围绕出一凹槽，所述第二隔离层填充在所述凹槽中；以及，栅电极，形成在所述栅极沟槽中并位于所述隔离层的上方。可选的，所述第一隔离层朝向所述第二隔离的侧壁为倾斜侧壁，并且所述第一隔离层的倾斜侧壁以朝向所述栅极沟槽的侧壁的方向倾斜。可选的，所述第二隔离层沿着高度方向的截面形状为倒梯形。可选的，所述屏蔽栅场效应晶体管还包括：第一介质层，覆盖所述栅极沟槽的底壁和侧壁，并且所述第一介质层中覆盖栅极沟槽侧壁的部分还高出于所述第一高度位置，以延伸至所述隔离层的外围。可选的，所述屏蔽栅场效应晶体管的耐压范围小于60V。在本专利技术提供的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法中，在填充绝缘填充层之前，优先在栅极沟槽高于屏蔽电极的上沟槽中形成隔离侧墙，以使所形成的隔离侧墙覆盖上沟槽的侧壁并且由下至上厚度尺寸依次减小，相应的使所述隔离侧墙的外侧壁相对于高度方向具有较大的倾斜角度。如此一来，即能够降低绝缘填充层的填充难度，提高绝缘填充层在上沟槽中的填充性能，避免绝缘填充层中形成有空隙，从而在刻蚀绝缘填充层以形成隔离层时，即可以防止所形成的隔离层中产生有缺口，进而可以有效解决栅电极和屏蔽电极容易出现短接的问题。可见，基于本专利技术提供的形成方法所形成的屏蔽栅场效应晶体管，其隔离层包括横向连接的第一隔离层和第二隔离层，并且第一隔离层和第二隔离层均具有较好的致密性而不存在缺口，因此利用第一隔离层和第二隔离层能够有效保障栅电极和屏蔽电极之间的隔离性能。附图说明图1a～图1c为一种屏蔽栅场效应晶体管在其制备过程中的结构示意图；图2为本专利技术一实施例中的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法的流程示意图；图3a～图3g为本专利技术一实施例中的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法在其制备过程中的结构示意图。其中，附图标记如下：10-衬底；11-栅极沟槽；20-屏蔽电极；31-绝缘填充层；31a-空隙；30-隔离层；30a-缺口；40-栅电极；100-衬底；110-栅极沟槽；200-屏蔽电极；310a-隔离材料层；310-隔离侧墙；320a-绝缘材料层；320-绝缘填充层；300a-第一隔离层；300b-第二隔离层；400-栅电极；500-掩膜层；510-衬氧化层；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：/n提供一衬底，所述衬底中形成有栅极沟槽，并在所述栅极沟槽的底部中形成有屏蔽电极，以及所述屏蔽电极的顶部位置对应于第一高度位置；/n在所述栅极沟槽高于第一高度位置的侧壁上形成隔离侧墙，并且所述隔离侧墙在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸由下至上依次减小；/n在所述栅极沟槽中填充绝缘填充层，所述绝缘填充层覆盖所述隔离侧墙和所述屏蔽电极；/n刻蚀所述隔离侧墙和所述绝缘填充层，以去除所述隔离侧墙和所述绝缘填充层中高于第二高度位置的部分，并利用剩余的隔离侧墙和绝缘填充层分别构成第一隔离层和第二隔离层，所述第二高度位置高于所述第一高度位置；以及，/n在所述栅极沟槽中形成栅电极，所述栅电极位于所述第一隔离层和所述第二隔离层上。/n

【技术特征摘要】
1.一种屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，所述衬底中形成有栅极沟槽，并在所述栅极沟槽的底部中形成有屏蔽电极，以及所述屏蔽电极的顶部位置对应于第一高度位置；
在所述栅极沟槽高于第一高度位置的侧壁上形成隔离侧墙，并且所述隔离侧墙在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸由下至上依次减小；
在所述栅极沟槽中填充绝缘填充层，所述绝缘填充层覆盖所述隔离侧墙和所述屏蔽电极；
刻蚀所述隔离侧墙和所述绝缘填充层，以去除所述隔离侧墙和所述绝缘填充层中高于第二高度位置的部分，并利用剩余的隔离侧墙和绝缘填充层分别构成第一隔离层和第二隔离层，所述第二高度位置高于所述第一高度位置；以及，
在所述栅极沟槽中形成栅电极，所述栅电极位于所述第一隔离层和所述第二隔离层上。


2.如权利要求1所述的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述隔离侧墙的形成方法包括：
在所述衬底上沉积隔离材料层，所述隔离材料层覆盖所述栅极沟槽高于第一高度位置的侧壁以及所述屏蔽栅极的顶表面；
执行刻蚀工艺，以去除所述隔离材料层中覆盖屏蔽电极顶表面的部分，以及部分去除所述隔离材料层覆盖所述栅极沟槽侧壁的部分，使剩余的隔离材料层覆盖所述栅极沟槽的侧壁，并且剩余的隔离材料层还具有倾斜的外侧壁，以使剩余的隔离材料层的厚度尺寸由下至上依次减小，以构成所述隔离侧墙。


3.如权利要求2所述的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述隔离侧墙的倾斜的外侧壁与暴露出的屏蔽电极的顶表面之间的夹角大于等于110°。


4.如权利要求2所述的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述隔离材料层在垂直于沟槽侧壁方向上的厚度尺寸大于等于2000埃。


5.如权利要求1所述的屏蔽栅场效应晶体管的形成方法，其特征在于，在形成所述屏蔽电极之前，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志平，丛茂杰，唐昊，李枭，
申请(专利权)人：中芯集成电路制造绍兴有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33