CN112071750A - 一种降低trench DMOS栅电容的制造方法 - Google Patents

一种降低trench DMOS栅电容的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种降低trench DMOS栅电容的制造方法,属于半导体功率器件技术领域。在高密度低导通电阻的分离栅器件基础上,在trench结构中间插入氧化层,其厚度为
Figure DDA0002677074310000011
通过改进部分工艺,增加栅极氧化层厚度,减小栅漏极面积,降低在高速开关应用环境下的开发损耗,有效提升trench DMOS产品性能品质。本发明通过增加部分工艺步骤,不需要增加额外的光刻层次,在工艺难度和制造成本增加有限的情况下,可以有效降低栅电容,改善产品开关特性,降低开关损耗,使之更好的适用于高频环境。

Description

一种降低trench DMOS栅电容的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域,特别涉及一种降低trench DMOS栅电容的制造方法。
背景技术
VDMOS是一种新型半导体功率器件,和双极型功率器件性能相比,具有导通损耗低,工作频率高,电压控制型器件,控制电路简单等优点,越来越受到工业界的重视。系列化产品广泛地应用于锂电保护、电源管理、同步整流、电动自行车、马达驱动、LCD显示、电机控制、音频放大、高频振荡器、不间断电源、车灯控制、发动机启动器等各种电力电子系统。随着VDMOS产品应用领域的不断扩大,器件所需的性能和可靠性要求就越来越高。VDMOS器件重要的性能指标参数FOM(figure of merit)为Qg*Ron(栅电荷和导通电阻乘积)。此参数表征器件在开关和导通过程中,功率损耗主要来自开关损耗和通态电阻损耗。开关损耗主要于器件在开关过程中,对栅充放电过程中功率损耗,特别对于高频器件来说,此步损耗尤为显著。
普通trench DMOS器件截面如图1所示,Trench DMOS相比平面DMOS有工艺结构简单,原胞密度高,导通电阻低的优良特性。但随着原胞密度的不断增加,栅电容也随之增加,开关损耗就大幅增加,对于器件使用于高频环境就十分不利。因此亟需一种方法能够降低栅电容在器件开关过程中的功率损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低trench DMOS栅电容的制造方法,以有效降低栅电容在器件开关过程中的功率损耗。
为解决上述技术问题,本发明提供一种降低trench DMOS栅电容的制造方法,包括:
在trench结构中插入氧化层,其厚度为
Figure BDA0002677074290000011
可选的,通过如下方法在trench槽中插入氧化层:
在外延片上生长第一氧化硅层并淀积第一氮化硅层,挖出合适形貌和深度的trench结构;
在trench结构中依次淀积第二氧化硅层和第二氮化硅层,刻蚀掉trench结构底部的第二氮化硅层;
在trench结构中填满氧化层并磨平表面;
去除第一氧化硅层、第一氮化硅层和第二氧化硅层、第二氮化硅层。
可选的,所述第一氧化硅层的厚度为
Figure BDA0002677074290000021
所述第一氮化硅层的厚度为
Figure BDA0002677074290000022
可选的,所述氧化层的厚度大于所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层。
可选的,所述氧化层通过高密度等离子体化学气相淀积形成。
可选的,通过磷酸溶液去除第一氮化硅层和第二氮化硅层,通过氢氟酸溶液去除第一氧化硅层和第二氧化硅层。
可选的,所述trench结构的深度根据实际产品需求有所不同,产品额定电压在30V~250V,对应trench结构的深度范围为0.8~2μm。
可选的,在trench结构中插入氧化层之后,通过如下方法制备Trench DMOS器件:
利用生长牺牲氧化和剥除牺牲氧化,修复trench结构侧壁,生长栅氧化层和淀积多晶栅,并通过多晶回刻工艺完成栅极引出;
通过阱注入和退火,完成阱工艺;利用源区光刻和注入,实现源区引出,至此完成整个器件的前道工艺;
利用光刻和腐蚀实现通孔引出和金属互联,完成整体器件。
在本发明中提供了一种降低trench DMOS栅电容的制造方法,在高密度低导通电阻的分离栅器件基础上,在trench结构中间插入氧化层,其厚度为
Figure BDA0002677074290000023
通过改进部分工艺,增加栅极氧化层厚度,减小栅漏极面积,降低在高速开关应用环境下的开发损耗,有效提升trench DMOS产品性能品质。本发明通过增加部分工艺步骤,不需要增加额外的光刻层次,在工艺难度和制造成本增加有限的情况下,可以有效降低栅电容,改善产品开关特性,降低开关损耗,使之更好的适用于高频环境。
附图说明
图1是普通Trench DMOS器件原胞截面结构示意图;
图2是Trench DMOS器件的正面俯视图;
图3是降低Trench DMOS栅电容的器件原胞截面结构示意图;
图4是形成trench结构的示意图;
图5是刻蚀trench结构底部的第二氮化硅层的示意图;
图6是在trench结构中填满氧化层并研磨平整的示意图;
图7是去除第一、第二氮化硅层和第一、第二氧化硅层的示意图;
图8是最终形成的器件原胞/栅区/终端区示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种降低trench DMOS栅电容的制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
Trench DMOS器件为三端分立器件,其正面俯视图见图2,圆片正面分成源区(Source)和栅区(Gate)两个部分,这两个区域与外界用trench方式隔离。器件的漏区(Drain)在晶圆的背面。本发明的工艺主要是针对晶圆源区,漏区只需要做背面减薄镀金属引出即可,为本领域技术人员理解,因此本发明不做叙述。其中源区是trench原胞区,采用重复阵列trench结构。栅是通过trench中多晶引出到管芯边缘,在通过接触孔和金属互连接出。在源栅区域外围采用trench隔离环来实现结终止。
本发明提供了一种降低trench DMOS栅电容的制造方法,在高密度低导通电阻的分离栅器件基础上,通过改进部分工艺,减小栅电容,降低在高速开关应用环境下的开发损耗,有效提升trench DMOS产品性能品质。
本发明提供的降低trench DMOS栅电容的制造方法为:在trench结构中间插入氧化层,其厚度为
Figure BDA0002677074290000031
如图3所示。trench结构的侧壁和保持之前一样作为沟道的作用。这样的话,对于trench DMOS导通特性不会发生变化,trench结构中的氧化层可以有效降低栅电容,降低高频使用情况下的开关损耗。
具体通过如下方法在trench结构中插入氧化层:
以N型器件为例,P型器件可以按相应的方法得到。在硅外延片1上生长第一氧化硅层2,再用化学气相淀积第一氮化硅层3形成外延硅-氧化硅-氮化硅三层薄膜结构,其中所述第一氧化硅层2的厚度为
Figure BDA0002677074290000041
所述第一氮化硅层3的厚度为
Figure BDA0002677074290000042
通过TR光刻和腐蚀工艺在圆片上挖出合适形貌和深度的trench结构,该trench结构的深度为0.8~2μm,需要和产品实际需求相匹配,如N40V产品中trench结构的深度在1.2μm左右。trench结构分布在三个区域:原胞区,栅区和终端区,如图4所示;
完成trench工艺后,采用热氧化或化学气相淀积的方式在trench结构中淀积第二氧化硅层4,然后再淀积第二氮化硅层5,通过干法普刻方法,刻蚀掉trench结构底部的第二氮化硅层5,为保证trench结构底部的第二氮化硅层5刻蚀干净,会有一定的过刻蚀,导致表面的第一氮化硅层3也会损失掉一部分,只留下表面作为trench刻蚀阻挡层的第一氮化硅层3和trench结构侧壁的第二氮化硅层5,如图5所示;
通过高密度等离子体化学气相淀积在trench结构中填满氧化层6,利用表面的第一氮化硅层3作为停止行,使用化学机械研磨,磨平表面并停止在第一氮化硅层3表面,此时trench中氧化层6的高度和第一氮化硅层3、第二氮化硅层5表面齐平,如图6所示;
在实现圆片表面平坦化后,通过磷酸溶液去除第一氮化硅层3和第二氮化硅层5,通过氢氟酸溶液去除第一氧化硅层2和第二氧化硅层4,同时trench结构中填充的氧化层6也会有部分损失,如图7所示;
接下来工艺和普通Trench DMOS器件工艺相同,利用生长牺牲氧化和剥除牺牲氧化,修复trench结构侧壁,使之得到完美洁净的硅面,生长栅氧化层和淀积多晶栅,并通过多晶回刻工艺完成栅极引出;
通过阱注入和退火,完成阱工艺;利用源区光刻和注入,实现源区引出,至此完成整个器件的前道工艺;
做完器件区域后,利用光刻和腐蚀实现通孔引出和金属互联,这些工艺参考标准工艺即可,在此不再赘述,器件完成整体示意图如图8。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,包括:
在trench结构中插入氧化层,其厚度为
Figure FDA0002677074280000013
2.如权利要求1所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,通过如下方法在trench槽中插入氧化层:
在外延片上生长第一氧化硅层并淀积第一氮化硅层,挖出合适形貌和深度的trench结构;
在trench结构中依次淀积第二氧化硅层和第二氮化硅层,刻蚀掉trench结构底部的第二氮化硅层;
在trench结构中填满氧化层并磨平表面;
去除第一氧化硅层、第一氮化硅层和第二氧化硅层、第二氮化硅层。
3.如权利要求2所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,所述第一氧化硅层的厚度为
Figure FDA0002677074280000012
所述第一氮化硅层的厚度为
Figure FDA0002677074280000011
4.如权利要求3所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,所述氧化层的厚度大于所述第一氧化硅层和所述第二氧化硅层。
5.如权利要求2所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,所述氧化层通过高密度等离子体化学气相淀积形成。
6.如权利要求2所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,通过磷酸溶液去除第一氮化硅层和第二氮化硅层,通过氢氟酸溶液去除第一氧化硅层和第二氧化硅层。
7.如权利要求2所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,所述trench结构的深度根据实际产品需求有所不同,产品额定电压在30V~250V,对应trench结构的深度范围为0.8~2μm。
8.如权利要求1所述的降低trench DMOS栅电容的制造方法,其特征在于,在trench结构中插入氧化层之后,通过如下方法制备Trench DMOS器件:
利用生长牺牲氧化和剥除牺牲氧化,修复trench结构侧壁,生长栅氧化层和淀积多晶栅,并通过多晶回刻工艺完成栅极引出;
通过阱注入和退火,完成阱工艺;利用源区光刻和注入,实现源区引出,至此完成整个器件的前道工艺;
利用光刻和腐蚀实现通孔引出和金属互联,完成整体器件。
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