一种底部厚氧沟槽mosfet器件的制造方法
阅读说明：本技术 一种底部厚氧沟槽mosfet器件的制造方法 (Manufacturing method of MOSFET device with thick oxygen trench at bottom ) 是由 崔同 朱开兴 万兴兴 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种底部厚氧沟槽MOSFET器件的制造方法,包括：在重掺杂的衬底上生长设定掺杂浓度和厚度的外延层,在外延层形成沟槽；在所述沟槽表面形成厚氧化层,再沉积多晶硅填满沟槽；将沟槽内多晶硅刻蚀至设定高度,采用湿法刻蚀沟槽表面的厚氧化层,以实现侧壁厚氧化层刻蚀干净,底部沟槽厚氧化层保留；然后刻蚀多晶硅直至多晶硅表面与厚氧表面平齐；生长栅氧化层,形成MOSFET器件。本发明不需要用到高密度等离子体设备和化学机械研磨设备等相对昂贵的工艺设备,可以降低制造成本,同时达到底部厚氧沟槽MOSFET器件具备的优势效果。(The invention discloses a manufacturing method of a bottom thick oxygen trench MOSFET device, which comprises the following steps: growing an epitaxial layer with a set doping concentration and thickness on a heavily doped substrate, and forming a groove on the epitaxial layer; forming a thick oxide layer on the surface of the groove, and depositing polycrystalline silicon to fill the groove; etching the polysilicon in the trench to a set height, and etching the thick oxide layer on the surface of the trench by adopting a wet method so as to realize that the thick oxide layer on the side wall is completely etched, and the thick oxide layer of the trench at the bottom is reserved; then etching the polysilicon until the surface of the polysilicon is flush with the surface of the thick oxygen; and growing a gate oxide layer to form the MOSFET device. The invention does not need expensive process equipment such as high-density plasma equipment, chemical mechanical polishing equipment and the like, can reduce the manufacturing cost and simultaneously achieves the advantages and effects of the MOSFET device with the thick oxygen trench at the bottom.)
技术领域
本发明涉及底部厚氧沟槽MOSFET器件技术领域，尤其涉及一种底部厚氧沟槽MOSFET器件的制造方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的
背景技术
信息，不必然构成在先技术。沟槽型绝缘栅金属氧化半导体场效应晶体管(MOSFET)因为其垂直导电特点，使其元胞尺寸可以做得更小，且消除了JFET(结型场效应管)区，具有功率密度高，导通电阻小等优点，作为功率开关被广泛应用在各种功率转化和功率保护电路。
沟槽型MOSFET栅氧化层(GOX)作为控制沟道形成的介质层，栅氧化层厚度一般要求比较薄，但是沟槽底部因为距离衬底近，当器件反偏，底部氧化层电场集中，容易击穿，且GOX薄，Cgd电容(GD寄生电容)大，影响器件开关速度。因此一种沟槽底部厚氧的(Bottomthick Oxide，以下简称BTO)沟槽MOSFET结构被提出，沟槽底部氧化层远厚于侧壁氧化层，保证了底部氧化层能够承受强电场，且底氧化层加厚减小Cgd电容，提高器件开关速度，减小了开关损耗。
目前，BTO结构的形成过程一般采用高密度等离子体(HDP)氧化层淀积的方法填满沟槽，再用化学机械研磨(CMP)配合湿法刻蚀(wet etch)的方式将沟槽内氧化层刻蚀到需要的厚度。该方法要求高密度等离子体设备和化学机械研磨设备，对设备要求较高，且高密度等离子体氧化层(HDPOxied)的填充对沟槽的深宽比有要求，如果将沟道密度做得足够小，窄沟槽就会带来高密度等离子体填充难的问题。且该工艺刻蚀沟槽内的氧化层，往往是氧化层保留部分占沟槽内氧化层的小比例，沟槽内大部分氧化层是要刻蚀掉的，导致刻蚀的均匀性无法保证，剩余氧化层厚度不好控制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种底部厚氧沟槽MOSFET器件的制造方法，沟槽底部的厚氧化层采用热氧工艺形成，氧化层厚度均匀性和致密性好；能够解决现有的高密度等离子体氧化层填充方法存在的工艺难控制和设备要求高等问题。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种底部厚氧沟槽MOSFET器件的制造方法，包括：
在重掺杂的衬底上生长设定掺杂浓度和厚度的外延层，在外延层形成沟槽；
在所述沟槽表面形成厚氧化层，再沉积多晶硅填满沟槽；
将沟槽内多晶硅刻蚀至设定高度，采用湿法刻蚀沟槽表面的厚氧化层，以实现侧壁厚氧化层刻蚀干净，底部沟槽厚氧化层保留；然后刻蚀多晶硅直至多晶硅表面与厚氧表面平齐；
生长栅氧化层，形成MOSFET器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用本发明的工艺方法形成的底部厚氧沟槽MOSFET器件，工艺过程简单，工艺控制难度小，相比常规沟槽MOSFET只增加了一次多晶的淀积与刻蚀。不需要用到高密度等离子体设备和化学机械研磨设备等相对昂贵的工艺设备，可以降低制造成本，同时达到底部厚氧沟槽MOSFET器件具备的优势效果。
(2)本发明利用沟槽内多晶的遮挡作用和湿氧刻蚀的各向同性，刻蚀掉侧壁氧化层，保留底部氧化层，从而形成沟槽底部厚氧结构。
(3)本发明沟槽周围通过注入形成N+区，能够降低积累层电阻。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中的底部厚氧沟槽MOSFET器件结构示意图；
图2(a)-(e)为本发明实施例中的底部厚氧沟槽MOSFET器件制造方法的各步骤示意图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种底部厚氧沟槽MOSFET器件的制造方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在重掺杂的衬底上生长设定掺杂浓度和厚度的外延层，在外延层通过光刻和刻蚀工艺形成沟槽；
具体地，参照图2(a)，首先在n型外延层表面形成掩蔽氧化层，再通过光刻，刻蚀形成0.8～1.6um的沟槽，为了避免电场集中，沟槽底部要圆滑处理，形成U型沟槽。
步骤(2)：在所述沟槽表面形成厚氧化层，再沉积多晶硅填满沟槽；
本实施例中，参考图2(b)，在沟槽形成后，采用热氧工艺在沟槽表面生长厚氧化层，也可以采用热氧+淀积氧化层的复合氧，形成厚氧化层；再淀积多晶硅，沟槽内填满多晶。
作为示例，厚氧化层厚度1000A(埃)～10000A，再淀积8K～12KA栅极多晶硅，填满沟槽。
步骤(3)：将沟槽内多晶硅刻蚀至设定高度，采用湿法刻蚀沟槽表面的厚氧化层，以实现侧壁厚氧化层刻蚀干净，底部沟槽厚氧化层保留；然后刻蚀多晶硅直至多晶硅表面与厚氧表面平齐；
具体地，在步骤(2)的基础上刻蚀多晶硅，将沟槽内多晶硅回刻至剩余多晶高度比厚氧化层厚度多一些；作为示例，沟槽内的多晶高度比厚氧化层厚度多1000～5000A。
然后采用湿法刻蚀方法进行沟槽厚氧化层的刻蚀，在沟槽内，无多晶部分侧壁氧化层暴露，在湿法刻蚀过程侧壁氧化层会被横向刻蚀，因为湿法刻蚀的各向同性，沟槽内有多晶遮挡的下部分厚氧则沿着沟槽深度方向被刻蚀，这样就可以保证沟槽内无多晶遮挡部分侧壁厚氧被刻蚀干净，而有多晶遮挡部分的侧壁厚氧可以通过控制多晶剩余的高度来控制侧壁厚氧纵向刻蚀量，从而保留沟槽底部厚氧不被刻蚀。
本实施例中，参照图2(c)，多晶遮挡部分厚氧层刻蚀到沟槽弧形附近，厚氧层上表面距离晶底部200～800A，沟槽底部包含弧形部分的厚氧保留，而沟槽侧壁厚氧刻蚀干净。
然后在此基础上进行多晶硅刻蚀，参照图2(d)，多晶硅刻蚀进行到多晶表面与厚氧表面平齐，留下200～800A的多晶。
步骤(4)：生长栅氧化层，形成MOSFET器件。
具体地，在步骤(3)的基础上，采用热氧工艺生长栅氧化层，栅氧化层厚度为400～1200A，在栅氧化层形成过程中，沟槽底部的多晶硅也同时被氧化，由于多晶硅经过氧化形成二氧化硅后体积增加，因而会形成如图2(e)所示的沟槽底部中间位置氧化层隆起，从而达到进一步加厚沟槽底部氧化层、降低Cgd电容的作用。
在此基础上，再通过常规沟槽MOSFET器件工艺，形成栅极多晶，注入掺杂形成P型半导体和N+区，并通过打孔，贯穿层间介质(inter Level Dielectric，ILD)将源极金属和N+源区形成欧姆接触，从而使得栅极多晶连接到栅极金属。
结合图1，在图2(e)的基础上，淀积5K～8K多晶硅，将沟槽填满，再进行多晶回刻，使多晶表面低于硅表面1000～2000A，再注入硼原子形使得外延硅表面形成P型半导体，作为示例，P型半导体深度Tp范围为0.5～1.5μm；然后再次注入As离子，使得外延硅mesa(沟槽与沟槽间的硅台面)表面形成N+区，作为示例，N+区的深度Tn的范围为0.1～0.4μm。
做完N+区，再覆盖未掺杂硅玻璃或掺磷硼硅玻璃，再在对应mesa位置开设接触孔，作为示例，接触孔的大小为0.2～0.5μm；然后再淀积接触金属，最后在接触金属表面淀积Al金属形成电极。
栅极多晶则通过布图，在条形沟槽两端或中间打孔引出连接到栅极金属。
本实施例底部厚氧沟槽MOSFET器件的制造方法，不需要用到高密度等离子体设备和化学机械研磨设备等相对昂贵的工艺设备，可以降低制造成本，同时达到底部厚氧沟槽MOSFET器件具备的优势效果。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
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