分離柵功率器件的柵極結構及工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分離柵功率器件的柵極結構，在硅襯底上具有溝槽，溝槽側壁及底部附著有一層氧化層，溝槽內下部具有分離柵極，分離柵極上部同樣覆蓋有一層氧化硅，與溝槽側壁及底部的氧化硅層一起將分離柵極形成包圍，溝槽上部為柵極，硅襯底表面為絕緣層，金屬引線通過穿通絕緣層的接觸孔將柵極引出。所述的柵極為U型結構的多晶硅薄柵，其內部填充滿金屬鎢，接觸孔與填充的金屬鎢連接，將柵極引出。本發(fā)明還公開了所述分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法。
【專利說明】分離柵功率器件的柵極結構及工藝方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及集成電路設計制造領域，特別是指一種分離柵功率器件的柵極結構， 本發(fā)明還設及所述柵極結構的工藝方法。

【背景技術】
[0002] 目前采用分離柵極結構的功率半導體器件，其柵極采用多晶娃材料，如圖1所示， 為一分離柵極結構的剖面示意圖，該柵極為溝槽型，溝槽內壁淀積有柵氧化層，然后填充多 晶娃，下部具有分離柵5,上部具有多晶娃柵極6。
[0003] 多晶娃需要填入孔（或溝槽）中，而眾所周知多晶娃的填孔能力是比較差的，當孔 比較細長（或溝槽深寬比大），或者周圍的氧化物比較厚的時候，就會形成孔洞，如圖2 (為 溝槽型多晶娃柵極的剖面顯微圖片）中圓圈處。即使沒有孔洞，在中屯、位置也會形成閉合 線，而閉合線是很疏松的。
[0004] 器件表面會有多余的娃需要去除。去除多余的娃需要蝕刻制程，有多種方案，比如 干刻、濕刻、化學機械研磨等等，但是因為孔洞或者閉合線的存在，無一例外多晶娃柵極的 中屯、會蝕刻的快一點，形成凹坑，如圖3所示。在比較極端的情況下，會導致穿通或者可靠 性降低。如果設計需要在該里做引線的話，會加倍的惡化。
[0005] 另外，多晶娃柵極工藝是采用爐管制程，包括例如先在爐管中538°C生長1. 2 ym， 再進行光刻、干法刻蝕等，成本高，時間長，缺陷多，工藝復雜。熱制程導致了襯底雜質原子 的擴散，降低了產品的性能。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種分離柵功率器件的柵極結構，W及所屬 柵極結構的工藝方法，使分離柵填充效果好，形貌完美。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明所述的分離柵功率器件的柵極結構，在娃襯底上具有溝 槽，溝槽側壁及底部附著有一層氧化層，溝槽內下部具有分離柵極，分離柵極上部同樣覆蓋 有一層氧化娃，與溝槽側壁及底部的氧化娃層一起將分離柵極形成包圍，溝槽上部為柵極， 娃襯底表面為絕緣層，金屬引線通過穿通絕緣層的接觸孔將柵極引出。所述的柵極為U型 結構，其內部填充有金屬，接觸孔與填充的金屬連接。
[000引進一步地，所述的柵極材質為多晶娃。
[0009] 進一步地，所述柵極內部填充的金屬為鶴。
[0010] 進一步地，所述填充的金屬鶴將U型結構的柵極內部填滿。
[0011] 進一步地，所述的U型結構的柵極與其內部填充的金屬之間或者還間隔有一層隔 離層。
[0012] 進一步地，所述的隔離層為鐵/氮化鐵（如前所述，還有很多其他可能的隔離層）。
[0013] 為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種制備所述的分離柵功率器件的柵極結構的工 藝方法，包含如下步驟：
[0014] 第一步，溝槽刻蝕形成之后，溝槽內淀積一層氧化層；之后淀積多晶娃并回刻，形 成位于溝槽下部的分離柵；再淀積氧化層并回刻，形成分離柵上方的氧化層；
[0015] 第二步，溝槽內再淀積一層多晶娃；
[0016] 第=步，溝槽內再淀積金屬填充溝槽；
[0017] 第四步，先對金屬進行刻蝕，再對多晶娃進行刻蝕；
[0018] 第五步，淀積層間介質，刻蝕接觸孔并淀積金屬，制作金屬引線。
[0019] 進一步地，所述第二步中，淀積的多晶娃厚度不超過溝槽深度。
[0020] 進一步地，所述第=步中，淀積的金屬為鶴，厚度不低于溝槽深度的1/100。
[0021] 進一步地，所述第二步和第S步之間，或者增加隔離層制作工藝。
[0022] 進一步地，所述第=步和第四步之間，或者增加光刻定義柵極結構圖形的步驟。
[0023] 進一步地，所述第四步中，兩次的刻蝕采用干法，刻蝕鶴到略低于娃表面，再刻蝕 多晶娃到略低于娃表面。
[0024] 本發(fā)明所述的分離柵功率器件的柵極結構，采用U型的薄柵包裹金屬鶴的結構， 避免了多晶娃完整填充而造成的由于填孔能力缺陷形成空洞，最終形貌非常完美，解決了 娃柵形貌不好帶來的連接問題。并且功函數(shù)與之前相同，不必重新設計器件。同時，由于多 晶娃厚度的降低，減少了熱過程的時間，降低了雜質的擴散效應，對器件性能影響減小。本 發(fā)明所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法與原工藝完全兼容，不需要添置任何新 設備，也沒有污染問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是分離柵功率器件的剖面示意圖。
[0026] 圖2是分離柵的剖面顯微圖。
[0027] 圖3是多晶娃柵凹陷顯微圖。
[002引 圖4?9是本發(fā)明工藝步驟示意圖。
[0029] 圖10是本發(fā)明工藝步驟流程圖。
[0030] 附圖標記說明
[0031] 1是娃襯底，2是金屬引線，3是接觸孔，4是層間介質（絕緣層），5是分離柵，6是 柵極，7是氧化娃層，8是鶴，9是光刻膠。

【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明所述的本發(fā)明所述的分離柵功率器件的柵極結構，如圖9所示，在娃襯底1 上具有溝槽，溝槽側壁及底部附著有一層氧化層7,溝槽內下部具有分離柵極5,分離柵極5 上部同樣覆蓋有一層氧化娃，與溝槽側壁及底部的氧化娃層一起將分離柵極形成包圍，溝 槽上部為柵極6,娃襯底1表面為層間介質，金屬引線2通過穿通層間介質4的接觸孔3將 柵極6引出。所述的柵極6為U型結構的多晶娃薄柵，其內部填充滿金屬鶴8,接觸孔3是 與填充的金屬鶴8連接，將柵極6引出。
[003引所述的U型結構的多晶娃柵極6與其內部填充的金屬鶴8之間，根據(jù)實際需要，還 可W選擇增加一層隔離層，比如鐵/氮化鐵。
[0034] 本發(fā)明還提供一種制備所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，包含如下 步驟：
[0035] 第一步，W溝槽特征尺寸2. 0 y m，深6. 0 y m，柵氧化層厚度850A為例，溝槽刻蝕形 成之后，溝槽內淀積一層柵氧化層7 ;之后淀積多晶娃并回刻，形成位于溝槽下部的分離柵 5。再淀積氧化層并回刻，形成分離柵5上方的氧化層，如圖4所示。
[0036] 第二步，如圖5所示，溝槽內再淀積一層多晶娃6,多晶娃附著與溝槽內壁的氧化 層上，不填滿溝槽，多晶娃厚度不超過溝槽深度，本實施例選取0. 2 y m厚度。
[0037] 第=步，溝槽內再淀積金屬鶴8填充溝槽，填充的鶴厚度不低于溝槽深度的 1/100,本實施例選取1 ym，將溝槽填滿，如圖6所示。
[003引需要注意的是，在本步驟執(zhí)行之前，即鶴填充之前，還可選地根據(jù)實際需要預先淀 積一層隔離層，淀積的材質、厚度及方法不限。隔離層的目的是為了防止鶴擴散，同時考慮 到電勢，一般采用鐵/氮化鐵，或者娃化鶴，或者鑲/氮化鑲等。具體到本實施例，如果淀積 隔離層，采用的材質為鐵/氮化鐵，典型的厚度是鐵50A，氮化鐵100A (本實施例圖6中未 示出隔離層）。淀積完隔離層之后再進行鶴淀積填充工藝。
[0039] 第四步，利用光刻膠9光刻定義出柵極結構圖形，如圖7所示。本步驟為可選步驟， 根據(jù)實際的工藝需求，可進行或省略本步驟。
[0040] 第五步，先對金屬進行刻蝕，再對多晶娃進行刻蝕。兩次的刻蝕采用干法、濕法或 者化學機械研磨。刻蝕鶴到略低于娃表面，再刻蝕多晶娃到略低于娃表面，最后得到沒有凹 陷的柵極6,如圖8所示。
[004U 第六步，淀積層間介質4,刻蝕接觸孔3并淀積金屬，制作金屬引線2,最終完成如 圖9所示。
[0042] W上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限定本發(fā)明。對于本領域的技術人員來 說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同 替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種分離柵功率器件的柵極結構，在娃襯底上具有溝槽，溝槽側壁及底部附著有一 層氧化層，溝槽內下部具有分離柵極，分離柵極上部同樣覆蓋有一層氧化娃，與溝槽側壁及 底部的氧化娃層一起將分離柵極形成包圍，溝槽上部為柵極，娃襯底表面為絕緣層，金屬引 線通過穿通絕緣層的接觸孔將柵極引出，其特征在于；所述的柵極為U型結構，其內部填充 有金屬，接觸孔與填充的金屬連接。
2. 如權利要求1所述的分離柵功率器件的柵極結構，其特征在于：所述的柵極材質為 多晶娃。
3. 如權利要求1所述的分離柵功率器件的柵極結構，其特征在于：所述柵極內部填充 的金屬為鶴，將U型結構的柵極內部填滿。
4. 如權利要求1所述的分離柵功率器件的柵極結構，其特征在于；所述的U型結構的 柵極與其內部填充的金屬之間或者還間隔有一層或多層隔離層。
5. -種制備如權利要求1所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，其特征在 于；包含如下步驟： 第一步，溝槽刻蝕形成之后，溝槽內淀積一層氧化層；之后淀積多晶娃并回刻，形成位 于溝槽下部的分離柵；再淀積氧化層并回刻，形成分離柵上方的氧化層； 第二步，溝槽內再淀積一層多晶娃； 第=步，溝槽內再淀積金屬填充溝槽； 第四步，先對金屬進行刻蝕，再對多晶娃進行刻蝕； 第五步，淀積層間介質，刻蝕接觸孔并淀積金屬，制作金屬引線。
6. 如權利要求5所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，其特征在于；所述第 二步中，淀積的多晶娃厚度不超過溝槽深度。
7. 如權利要求5所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，其特征在于；所述第 S步中，淀積的金屬為鶴，厚度不低于溝槽深度的1/100。
8. 如權利要求5所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，其特征在于；所述第 二步和第=步之間，或者增加隔離層制作工藝。
9. 如權利要求5所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，其特征在于；所述第 =步和第四步之間，或者增加光刻定義柵極結構圖形的步驟。
10. 如權利要求5所述的分離柵功率器件的柵極結構的工藝方法，其特征在于；所述第 四步中，兩次的刻蝕采用干法、濕法或者化學機械研磨，刻蝕鶴到低于娃表面，再刻蝕多晶 娃到低于娃表面。
【文檔編號】H01L21/28GK104465728SQ201410835652
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權日:2014年12月24日
【發(fā)明者】馮巖 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司