[發明專利]一種功率器件結構及其制作方法

在審

• 申請號: 202010350410.4
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN113571412A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 劉金營;張顯;楊濤
• 申請（專利權）人: 芯恩（青島）集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/336;H01L21/331;H01L29/423;H01L29/739;H01L29/78
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 劉星

本發明提供一種功率器件結構及其制作方法，該方法包括以下步驟：提供一具有柵極溝槽的襯底，形成柵介質層于柵極溝槽的側壁與底面；形成柵極材料側墻于柵極溝槽中；形成犧牲層于所述柵極溝槽中，犧牲層的頂面低于襯底上表面；形成隔絕層于犧牲層上方；形成至少一個通孔于隔絕層中；去除犧牲層；形成封閉層于通孔中；形成柵極材料填充層于柵極溝槽中，柵極材料填充層位于隔絕層上方，并與柵極材料側墻連接。本發明的功率器件結構的制作方法將柵極材料下部掏空，使得溝槽柵結構的靠下部分具有一空腔，由于空腔具有很低的介電常數，可以明顯降低功率器件結構的柵極材料與漏極之間的電容，進而降低功率器件的功耗，有利于提高電能利用率、節約能源。

技術領域

本發明屬于半導體集成電路技術領域，涉及一種功率器件結構及其制作方法。

背景技術

功率半導體器件是電力電子技術的核心元件。功率器件可分為功率IC(集成電路)器件和功率分立器件兩類，功率分立器件又包括功率MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)、大功率晶體管和IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等器件。早期功率器件均是基于平面工藝生產，但隨著半導體技術的發展，小尺寸、大功率、高性能成為了主要的發展趨勢。以平面工藝MOSFET器件為例，由于其本身體內JFET(結型場效應晶體管)寄生電阻的限制，單個原胞的面積減小有限，這樣就使增加原胞密度變得很困難，很難使平面工藝MOSFET的導通電阻(RDSON)進一步減小。溝槽工藝由于將溝道從水平變成垂直，消除了平面結構寄生JFET電阻的影響，使元胞尺寸大大縮小，在此基礎上可增加原胞密度，提高單位面積芯片內溝道的總寬度，就可以使得器件在單位硅片上的溝道寬長比增大從而使電流增大、導通電阻下降以及相關參數得到優化，實現了更小尺寸的管芯擁有更大功率和高性能的目標，因此溝槽工藝越來越多運用于新型功率器件中。

溝槽(Trench)結構的功率器件采用在溝槽側壁生長柵氧化層并填充多晶硅形成柵極，這種溝槽柵結構大大提高了功率器件平面面積的利用效率，使得單位面積可獲得更大的器件單元溝道寬度和電流密度，從而使器件獲得更大的電流導通能力。然而，當前采用溝槽柵結構的功率器件仍然存在柵漏電容C_gd較高的問題，導致垂直功率器件的功耗較高，在當前能源和環境問題日益突出的背景下，不利于提高電能利用率、節約能源和緩解能源危機。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種功率器件結構及其制作方法，用于解決現有技術中溝槽型功率器件柵漏電容C_gd較高、寄生電阻較大的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種功率器件結構的制作方法，包括以下步驟：

提供一設有柵極溝槽的襯底，形成柵介質層于所述柵極溝槽的側壁與底面；

形成柵極材料側墻于所述柵極溝槽中，所述柵極材料側墻覆蓋所述柵介質層位于所述柵極溝槽側壁的部分的表面；

形成犧牲層于所述柵極溝槽中，所述犧牲層的頂面低于所述襯底上表面；

形成隔絕層于所述柵極溝槽中，所述隔絕層位于所述犧牲層上方，且所述隔絕層的頂面低于所述襯底上表面；

形成至少一個通孔于所述隔絕層中，所述通孔上下貫穿所述隔絕層；

去除所述犧牲層；

形成封閉層于所述通孔中以封閉所述通孔；

形成柵極材料填充層于所述柵極溝槽中，所述柵極材料填充層位于所述隔絕層上方，并與所述柵極材料側墻連接。

可選地，所述犧牲層的材質包括光刻膠及無定形碳中的至少一種。

可選地，通過提供氧氣，使氧氣經由所述通孔與所述犧牲層反應來去除所述犧牲層。

可選地，在通過提供氧氣去除掉大部分所述犧牲層之后，采用濕法清洗去除剩余的所述犧牲層。