發(fā)布時(shí)間：2024-04-15 | 
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技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種SGT器件的工藝方法及SGT器件。
背景技術(shù)
MOSFET大致可以分為以下幾類：（1）平面型MOSFET；（2）Trench （溝槽型）MOSFET，主要用于低壓領(lǐng)域；（3）SGT（Shielded Gate Transistor，屏蔽柵溝槽）MOSFET，主要用于中壓和低壓領(lǐng)域；（4）SJ-（超結(jié)）MOSFET，主要在高壓領(lǐng)域應(yīng)用。
其中，SGT MOSFET結(jié)構(gòu)具有電荷耦合效應(yīng)，在傳統(tǒng)溝槽型MOSFET器件PN結(jié)垂直耗盡的基礎(chǔ)上引入了水平耗盡，在采用同樣摻雜濃度的外延材料情況下，器件可以獲得更高的擊穿電壓。較深的溝槽深度，可以利用更多的硅體積來(lái)吸收EAS（Energy AvalancheStress，雪崩能量測(cè)試）能量，所以SGT在雪崩時(shí)更能承受雪崩擊穿和浪涌電流。在開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)控制、動(dòng)力電池系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域中，SGT MOSFET配合先進(jìn)封裝，大大提高了系統(tǒng)的效能和功率密度。
在常規(guī)工藝中，SGT的形成是在外延襯底上挖好溝槽后，先通過(guò)熱氧形成側(cè)壁氧化層，然后向溝槽填充多晶硅，將多晶硅往下蝕刻形成屏蔽柵，然后再用濕法蝕刻去除側(cè)壁的氧化層，再通過(guò)氧化生成柵氧后再填充多晶硅形成柵極，這種工藝得到的SGT電場(chǎng)強(qiáng)度的尖峰在阱區(qū)與EPI（通過(guò)外延技術(shù)生長(zhǎng)的硅）形成的PN結(jié)與溝槽底部處。
SGT的耐壓可以用電場(chǎng)強(qiáng)度曲線延溝槽方向的積分面積來(lái)表征，積分面積越大，耐壓越高。傳統(tǒng)的SGT雖然引入了水平耗盡，但是電場(chǎng)強(qiáng)度的尖峰在阱區(qū)與EPI形成的PN結(jié)與溝槽底部處，電場(chǎng)強(qiáng)度分布呈“M”型，中間的部分有凹陷，使得耐壓能力受限。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的目的是提供一種SGT器件的工藝方法及SGT器件，旨在解決上述技術(shù)問(wèn)題。工藝方法包括：
1、提供一N型外延襯底1，并在其上進(jìn)行刻蝕，得到具有第一溝槽的N型外延襯底。第一溝槽的深度為5.5μm~6.5μm。
2、通過(guò)熱氧化的方式，在第一溝槽內(nèi)壁生長(zhǎng)第一氧化層2。在溫度為800℃~1000℃的條件下通入氧氣，生長(zhǎng)厚度為5600?~6500?，作為后續(xù)屏蔽柵與N型外延襯底1的有效隔離。若厚度太薄，則會(huì)導(dǎo)致隔離效果不好，若太厚，則在后續(xù)的多晶硅填充時(shí)，中間會(huì)有空隙產(chǎn)生，影響SGT器件質(zhì)量。
3、在具有第一氧化層的第一溝槽內(nèi)填充N型摻雜的多晶硅，并采用CMP技術(shù)磨平后回刻，以在第一溝槽內(nèi)形成屏蔽柵3。屏蔽柵表面與N型外延襯底表面的距離為1.3μm~1.7μm。其中，屏蔽柵可以作為水平方向耗盡的場(chǎng)板。
4、采用濕法刻蝕技術(shù)，將第一溝槽內(nèi)壁的第一氧化層刻蝕預(yù)設(shè)深度2.5μm~3.5μm，以形成用于后續(xù)填充P型摻雜的多晶硅的第二溝槽。第二溝槽的底部位于第一溝槽深度方向上的中間區(qū)域。
5、通過(guò)熱氧化的方式，在第二溝槽內(nèi)壁生長(zhǎng)預(yù)設(shè)厚度的第二氧化層。第二氧化層即為柵氧化層，厚度為400?~600?。
6、將P型摻雜的多晶硅和N型摻雜的多晶硅依次沉積于第二溝槽內(nèi)。P型摻雜的多晶硅為摻雜硼的多晶硅，硼的摻雜濃度為1017atoms/cm3~1021atoms/ cm3。N型摻雜的多晶硅沉積的厚度為1.2μm~1.4μm。P型摻雜的多晶硅4作為后續(xù)雜質(zhì)的擴(kuò)散源，通過(guò)其側(cè)壁的柵氧化層，即第二氧化層，擴(kuò)散到旁邊的EPI（采用外延生長(zhǎng)的硅）襯底中，即N型外延襯底1?；乜毯?，在上方沉積 1.2μm~1.4μm的N型摻雜的多晶硅5，形成柵極。采用CMP技術(shù)磨平。
7、阱摻雜后，在溫度為800℃~1000℃進(jìn)行退火，此時(shí)，之前沉積的P型摻雜的多晶硅中的硼，會(huì)通過(guò)側(cè)壁的柵氧化層擴(kuò)散到旁邊的N型外延襯底中，以此形成PN結(jié)， SGT溝槽中部區(qū)域水平方向的耗盡增強(qiáng)，具有高擊穿電壓的SGT器件產(chǎn)生。
發(fā)明效果
通過(guò)形成第二溝槽，并增強(qiáng)第二溝槽中部位置側(cè)面的mesa（溝槽旁邊的襯底）耗盡，在阱區(qū)與N型外延襯底形成的PN結(jié)與溝槽底部?jī)蓚€(gè)位置的中間再增加一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度尖峰，來(lái)提高電場(chǎng)強(qiáng)度曲線延溝槽方向的積分面積，從而達(dá)到提高SGT擊穿電壓的效果。
實(shí)施案例
第一溝槽深度（μm） | 第一氧化層生長(zhǎng)厚度（?） | 第一氧化層生長(zhǎng)溫度（℃） | 表面距離（μm） | 第二氧化層刻蝕深度（μm） | 第二氧化層生長(zhǎng)厚度（?） | 硼的摻雜濃度（atoms/ cm3） | P型摻雜的多晶硅沉積厚度（μm） | 退火溫度（℃） | 擊穿電壓（V） | |
實(shí)施例1 | 5.5 | 5600 | 800 | 1.3 | 2.5 | 400 | 1017 | 1.2 | 800 | 113 |
實(shí)施例2 | 5.5 | 5600 | 800 | 1.3 | 3 | 400 | 1017 | 1.2 | 800 | 114 |
實(shí)施例3 | 5.5 | 5600 | 800 | 1.3 | 3.5 | 400 | 1017 | 1.2 | 800 | 114 |
實(shí)施例4 | 6 | 5900 | 900 | 1.5 | 3 | 500 | 1018 | 1.3 | 900 | 114 |
實(shí)施例5 | 6.5 | 6200 | 1000 | 1.7 | 3 | 600 | 1019 | 1.4 | 1000 | 114 |
實(shí)施例6 | 5.5 | 5600 | 800 | 1.3 | 3 | 400 | 1021 | 1.2 | 800 | 112 |
對(duì)比例1 | / | / | / | / | / | / | / | / | / | 110 |
對(duì)比例2 | 6.5 | 5600 | 800 | 1.3 | 2 | 400 | 1017 | 1.2 | 800 | 106 |
對(duì)比例1提供一種SGT器件，通過(guò)傳統(tǒng)工藝制備得到。對(duì)比例2與實(shí)施例1的區(qū)別在于，步驟4中，采用濕法刻蝕技術(shù)，將第一溝槽內(nèi)壁的第一氧化層刻蝕2μm，以形成用于后續(xù)填充P型摻雜的多晶硅的第二溝槽。
經(jīng)過(guò)100V的擊穿電壓測(cè)試，有結(jié)論：采用本發(fā)明實(shí)施例中的方法制備得到的SGT器件的擊穿電壓得到明顯改善，最高擊穿電壓可達(dá)114V，而對(duì)比例1和對(duì)比例2中制備得到的SGT器件的擊穿電壓僅分別為110V和106V。
具體的，第一氧化層刻蝕深度3μm時(shí)的擊穿電壓，比2.5μm時(shí)要高。而當(dāng)超過(guò)3μm時(shí)，擊穿電壓無(wú)進(jìn)一步改善。當(dāng)小于2.5μm時(shí)，擊穿電壓下降。
在對(duì)比例1中，只將N型摻雜的多晶硅沉積于第二溝槽內(nèi)，而未填充P型摻雜的多晶硅時(shí)，SGT器件的擊穿電壓比對(duì)比例1中的稍好。
另外，在實(shí)施例6中，在其它條件不變的情況下，當(dāng)硼的摻雜濃度過(guò)高，SGT器件的擊穿電壓反而會(huì)下降。
