一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法技术

一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法，属于功率半导体器件领域，用于解决现有场效应管制造方法无法进一步缩小元胞尺寸的问题，方法包括：衬底上形成第一导电型外延层和沟槽；在沟槽内形成沟槽绝缘层和屏蔽栅电极；在屏蔽栅电极上表面形成极间隔离层；在沟槽侧壁上形成栅氧化层；填充栅电极材料并回刻形成栅电极；在栅电极上方形成热氧化层，并在半导体表面形成第一介质层；进行电型离子注入；形成第二介质层，回刻后形成硬掩模；刻蚀半导体，形成接触孔；形成第二重掺杂导电型掺杂接触区；形成上表面金属，形成器件。本发明专利技术高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造工艺流程，有利于进一步减少器件的元胞尺寸，降低器件导通电阻的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法
本专利技术属于功率半导体器件领域，具体涉及一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法。
技术介绍
以下将对现有的屏蔽栅沟槽型场效应管的相关技术背景进行说明。需指出的是，本文件中所述的对应位置词如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”、“竖直”是对应于参考图示的相对位置。具体实施中并不限制固定方向。需指出，附图中的器件并不一定按具体比例绘画。附图中的掺杂区和沟槽的边界所示的直线，以及由该边界所形成的尖角，在实际应用中一般并非直线和精确的角。屏蔽栅沟槽型场效应管，作为一种新型的功率器件，具有导通电阻低，开关速度快的特点。一种传统的屏蔽栅沟槽型场效应管结构如CN107104149B的横截面结构如图1所示。其中，该器件内有一系列周期性排布的沟槽（102）。在有源区沟槽内填充有上下两个电极，包括上方的栅电极（106），及下方的屏蔽栅电极（104）。所述栅电极（106）和屏蔽栅电极（104）通过隔离介质层（107）隔离。所述栅电极（106）与对应的沟槽侧壁之间通过栅氧化层（103）隔离。所述屏蔽栅电极（104）与对应的沟槽侧壁之间通过沟槽绝缘层（115）隔离。此外，器件结构还包括位于底部的下表面金属（112），位于下表面金属（112）之上的N+型衬底层（100），位于N+型衬底层（100）之上的N型外延层（101），以及位于半导体上表面的P体掺杂区（108），N+源掺杂区（109），和P+接触掺杂区（110）。为了进一步降低屏蔽栅沟槽型场效应管的导通电阻，有需要减少器件的元胞尺寸，提高器件的元胞密度。然而，在传统的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺中，元胞尺寸的减少受到光刻工艺的限制。如图1所示的传统的屏蔽栅沟槽型场效应管中，其中的沟槽（102）和源极接触孔（120）分别通过前后两次光刻形成。然而，受限于光刻工艺的精度限制，两次光刻之间存在对准偏差。该偏差有可能使沟槽（102）和源极接触孔（120）的距离过于接近。当沟槽（102）和源极接触孔（120）的距离过近，位于源极接触孔下方形成的P+接触掺杂区（110）会影响相应沟槽附近的沟道区域的浓度，进而影响器件的导通电阻和开关阈值。因此，在传统结构中，考虑到光刻对准偏差，沟槽（102）和源极接触孔（120）之间通常需要留有适当的安全距离。该安全距离限制了元胞尺寸的进一步缩小。
技术实现思路
针对上文中所提到的现有屏蔽栅沟槽型场效应管器件的问题，有需要提出一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法。本专利技术采用如下技术方案：一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法，所述方法包括如下步骤：第一步，提供第一重掺杂导电型衬底，并在其上形成第一导电型外延层；第二步，在第一导电型外延层上形成沟槽；第三步，在沟槽内形成沟槽绝缘层，再在沟槽内形成屏蔽栅电极；第四步，去除沟槽侧壁上部分沟槽绝缘层并在屏蔽栅电极上表面形成极间隔离层；第五步，在沟槽侧壁上形成栅氧化层；第六步，填充栅电极材料并回刻，形成栅电极；第七步，进行热氧化，在栅电极上方形成热氧化层；第八步，刻蚀半导体表面的热氧化层，并在半导体表面形成第一介质层；第九步，进行第二导电型和第一重掺杂导电型离子注入形成第二导电型掺杂区域和第一重掺杂导电型掺杂源区；第十步，在第一介质层上形成第二介质层，回刻第二介质层和第一介质层到半导体上表面并暴露半导体，回刻后的第二介质层和第一介质层形成硬掩模；第十一步，利用硬掩模刻蚀半导体，形成接触孔；第十二步，在第二导电型掺杂体区中进行第二重掺杂导电型离子注入，形成第二重掺杂导电型掺杂接触区；第十三步，形成上表面金属，形成器件。可选地，所述第四步中，极间隔离层的形成方法包括有以下步骤：首先，用湿法刻蚀去除沟槽侧壁上半部分沟槽绝缘层，在沟槽中淀积氧化物，然后进行化学机械平坦化工艺把氧化物研磨到沟槽上表面，最后对氧化物进行湿法刻蚀，形成极间隔离层。可选地，沟槽绝缘层为氮化物层和氧化物层的组合层，第四步中，极间隔离层的形成方法包括有以下步骤：首先，用湿法刻蚀去除沟槽侧壁上半部分沟槽绝缘层中的氧化层，并留下氮化物层作为热氧化保护层，再对屏蔽栅电极进行热氧化，形成极间隔离层，最后去除沟槽侧壁上的热氧化保护层。可选地，所述第八步中，第一介质层由氧化物组成，且形成方法为：首先使用湿法刻蚀完全除去半导体上表面的热氧化层，然后使用热氧化，在半导体表面形成第一介质层。可选地，所述第八步中，第一介质层由氧化物组成，且形成方法为：使用湿法刻蚀除去半导体上表面的部分热氧化层，刻蚀后剩下的氧化物作为第一介质层。可选地：所述第十步中，第一介质层包括氧化物，所述第二介质层包括：氧化物、氮化物、有机聚合物、硼磷硅玻璃、旋塗式玻璃、苯并环丁烯中的一种或多种组成的组合层。可选地：第二介质层包含一层氮化物层，所述第十步中，第二介质层形成后，进行化学机械平坦化工艺研磨并停留在第二介质层中的氮化物层上，然后分别刻蚀暴露的氮化物层以及其下方的第一介质层至暴露半导体材料。可选地，所述第十二步中，进行第二重掺杂导电型离子注入前预先在接触孔侧壁上形成注入保护层。可选地，所述第十二步中，离子注入前，进行一步垂直方向对半导体的干法刻蚀，使接触孔的深度进一步增加。可选地，所述第十二步中，注入保护层在第二重掺杂导电型离子注入后将被部分或者完全去除。本专利技术的有益效果在于，本专利技术公开的高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造工艺流程，避免了传统器件工艺流程中沟槽102和源极接触孔120之间距离受到光刻限制，减少P+接触区对沟道的影响，有利于进一步减少器件的元胞尺寸，降低器件导通电阻的效果。附图说明图1为一个现有的屏蔽栅沟槽型场效应管器件的剖面示意图；图2为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第三步的剖面示意图；图3为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第四步的剖面示意图；图4为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第五步的剖面示意图；图5为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第六步的剖面示意图；图6为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第七步的剖面示意图；图7为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第八步的剖面示意图；图8为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第九步的剖面示意图；图9为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第十步的剖面示意图；图10为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的制造工艺第十一步的剖面示意图；图11A为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的一个实施例中，第十二步的剖面示意图；图11B,11C为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的一个实施例中，第十二步的一种实现方法的剖面示意图；图12为本专利技术的屏蔽栅沟槽型场效应管的剖面示意图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n第一步，提供第一重掺杂导电型衬底（200），并在其上形成第一导电型外延层（201）；/n第二步，在第一导电型外延层（201）上形成沟槽（250）；/n第三步，在沟槽内形成沟槽绝缘层（202），再在沟槽内形成屏蔽栅电极（203）；/n第四步，去除沟槽侧壁上部分沟槽绝缘层（202）并在屏蔽栅电极（203）上表面形成极间隔离层（204）；/n第五步，在沟槽侧壁上形成栅氧化层（210）；/n第六步，填充栅电极材料并回刻，形成栅电极（205）；/n第七步，进行热氧化，在栅电极（205）上方形成热氧化层（206）；/n第八步，刻蚀半导体表面的热氧化层（206），并在半导体表面形成第一介质层（301）；/n第九步，进行第二导电型和第一重掺杂导电型离子注入形成第二导电型掺杂区域（216）和第一重掺杂导电型掺杂源区（215）；/n第十步，在第一介质层（301）介质层上形成第二介质层（302），回刻第二介质层（302）和第一介质层（301）到半导体上表面并暴露半导体，回刻后的第二介质层（302）和第一介质层（301）形成硬掩模；/n第十一步，利用硬掩模刻蚀半导体，形成接触孔（207）；/n第十二步，在第二导电型掺杂体区（216）中进行第二重掺杂导电型离子注入，形成第二重掺杂导电型掺杂接触区（217）；/n第十三步，形成上表面金属（209），形成器件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
第一步，提供第一重掺杂导电型衬底（200），并在其上形成第一导电型外延层（201）；
第二步，在第一导电型外延层（201）上形成沟槽（250）；
第三步，在沟槽内形成沟槽绝缘层（202），再在沟槽内形成屏蔽栅电极（203）；
第四步，去除沟槽侧壁上部分沟槽绝缘层（202）并在屏蔽栅电极（203）上表面形成极间隔离层（204）；
第五步，在沟槽侧壁上形成栅氧化层（210）；
第六步，填充栅电极材料并回刻，形成栅电极（205）；
第七步，进行热氧化，在栅电极（205）上方形成热氧化层（206）；
第八步，刻蚀半导体表面的热氧化层（206），并在半导体表面形成第一介质层（301）；
第九步，进行第二导电型和第一重掺杂导电型离子注入形成第二导电型掺杂区域（216）和第一重掺杂导电型掺杂源区（215）；
第十步，在第一介质层（301）介质层上形成第二介质层（302），回刻第二介质层（302）和第一介质层（301）到半导体上表面并暴露半导体，回刻后的第二介质层（302）和第一介质层（301）形成硬掩模；
第十一步，利用硬掩模刻蚀半导体，形成接触孔（207）；
第十二步，在第二导电型掺杂体区（216）中进行第二重掺杂导电型离子注入，形成第二重掺杂导电型掺杂接触区（217）；
第十三步，形成上表面金属（209），形成器件。


2.根据权利要求1所述的高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法，其特征在于，所述第四步中，极间隔离层（204）的形成方法包括有以下步骤：首先，用湿法刻蚀去除沟槽侧壁上半部分沟槽绝缘层（202），在沟槽中淀积氧化物，然后进行化学机械平坦化工艺把氧化物研磨到沟槽上表面，最后对氧化物进行湿法刻蚀，形成极间隔离层（204）。


3.根据权利要求1所述的高密度屏蔽栅沟槽型场效应管器件的制造方法，其特征在于，沟槽绝缘层（202）为氮化物层和氧化物层的组合层，第四步中，极间隔离层（204）的形成方法包括有以下步骤：首先，用湿法刻蚀去除沟槽侧壁上半部分沟槽绝缘层（202）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：单建安，伍震威，梁嘉进，丁祎晓，
申请(专利权)人：安建科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44