一种功率器件及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种功率器件及其制造方法。


背景技术：

2.目前，在sgt高压器件的制作工艺中，一般会在沟槽的终端注入p型离子，通过这种工艺可以提高器件的耐压性能；然而为了在sgt高压器件沟槽的终端注入p型离子，需要提供一个额外的掩模版来定义这一注入区域，会给光刻工艺带来额外的成本。
3.因此，现有技术仍需要改进。


技术实现要素：

4.本发明提供一种节约掩模版的光刻工艺方法，能够利用光刻工艺中已有的掩膜来定义离子注入区域，从而在光刻工艺中减少掩模版的使用数量，能够降低掩模版成本。
5.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：本发明提供一种制造功率器件的方法，包括下列步骤：提供半导体层；于所述半导体层上形成多个沟槽；提供第一光罩，使用第一光罩对半导体层进行第一次光刻，其中第一部分沟槽与该第一光罩的图案区对应，第二部分沟槽与该第一光罩的非图案区对应；对第二部分沟槽的底部进行终端离子注入；于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层；于沟槽内形成屏蔽栅极结构，所述屏蔽栅极结构的顶面与半导体层上表面齐平；刻蚀第一部分沟槽内的屏蔽栅结构，使得屏蔽栅结构上表面的高度低于半导体层的上表面；在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽；在栅氧化层沟槽中形成栅极结构。
6.进一步的，于所述半导体层内形成沟槽，可以包括如下步骤：于所述半导体层的上表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有开口图形，所述开口图形定义成所述沟槽的形状和位置；基于所述图形化掩膜层刻蚀所述半导体层，以于所述半导体层内形成所述沟槽。
7.进一步的，使用第一光罩对半导体层进行第一次光刻，可以包括如下步骤：在沟槽内壁及底部生长牺牲氧化层；对半导体层上表面及沟槽内涂敷负光刻胶；使用第一光罩对半导体层进行第一次曝光；对半导体层进行显影，使得第二部分沟槽内的光刻胶溶解；
对第二部分沟槽的底部进行终端离子注入。
8.进一步的，于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层，可以包括如下步骤：去除全部的负光刻胶；去除图形化掩膜层和牺牲氧化层；于半导体层表面及沟槽内壁生长场氧化层。
9.进一步的，刻蚀第一部分沟槽内的屏蔽栅结构，可以包括如下步骤：对上述半导体层上表整体涂敷正光刻胶；使用该第一光罩对半导体层进行第二次曝光；对半导体层进行显影，使得第一部分沟槽处的光刻胶溶解；对第一部分沟槽内的屏蔽栅结构进行刻蚀，使其上表面的高度低于半导体层的上表面。
10.进一步的，根据在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，可以包括如下步骤：去除全部的正光刻胶；在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上淀积氧化层；研磨该氧化层，使其上表面与半导体层上表面齐平，形成介质氧化层。
11.进一步的，部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽，可以包括如下步骤：对半导体层上表面整体涂敷正光刻胶；使用光罩对半导体层进行曝光；对半导体层进行显影，使得第一部分沟槽处的光刻胶被溶解；对第一部分沟槽内的介质氧化层进行刻蚀，使其上表面的高度低于半导体层的上表面。
12.进一步的，在栅氧化层沟槽中形成栅极结构，可以包括如下步骤：去除全部的正光刻胶；在介质氧化层的上方生长栅极氧化层；在栅极氧化层上方淀积栅极结构，并回刻至指定高度。
13.本发明还提供一种功率器件，其采用如上述的制造功率器件的方法制备而得到。
14.本发明提供了一种全新的光刻工艺流程，通过使用现有的掩模版即可完成离子注入区域的定义，并实现离子注入，节约了掩模版的成本。
附图说明
15.图1是本发明提供的制备方法的流程图；图2为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s10所得结构的截面结构示意图；图3为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s20所得结构的截面结构示意图；图4为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s40、s50所得结构的截面结构示意图；
图5为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s60所得结构的截面结构示意图；图6为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s70所得结构的截面结构示意图；图7为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s80所得结构的截面结构示意图；图8为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s90所得结构的截面结构示意图；图9为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s100所得结构的截面结构示意图。
16.图10为一实施例中提供的屏蔽栅功率器件的制备方法中步骤s110所得结构的截面结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
18.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
20.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
21.如图1所示，一种屏蔽栅功率器件的制备方法，包括下列步骤：s10：提供半导体层；s20：于所述半导体层上形成多个沟槽；s30：提供第一光罩；s40：使用第一光罩对半导体层进行第一次光刻，其中第一部分沟槽与该第一光罩的图案区对应，第二部分沟槽与该第一光罩的非图案区对应；s50：对第二部分沟槽的底部进行终端离子注入；
s60：于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层；s70：于沟槽内形成屏蔽栅极结构，其中，屏蔽栅极结构的顶面与半导体层上表面齐平；s80：刻蚀第一部分沟槽内的屏蔽栅结构，使得屏蔽栅结构上表面的高度低于半导体层的上表面；s90：在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，s100：部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽；s110：在栅氧化层沟槽中形成栅极结构。
22.在步骤s10中，请参阅图1中的s10步骤及图2，提供半导体层1。
23.作为示例，所述半导体层的材料可以包括但不仅限于硅、硅锗、碳化硅、氮化镓或其他适合的半导体材料等等。
24.在步骤s20中，请参阅图1中的s20步骤及图3，于所述半导体层1内形成沟槽。
25.作为示例，步骤s20可以包括如下步骤：s201：于所述半导体层1的上表面形成图形化掩膜层10，所述图形化掩膜层10内具有开口图形（未标示出），所述开口图形定义成所述沟槽的形状及位置；s202：基于所述图形化掩膜层10刻蚀半导体层1，以于所述半导体层1内形成如图3所示的沟槽。
26.在步骤s30中，在附图中未示出光罩的具体形式，该光罩可以是任何不特定的在现有光刻工艺中的光罩，在本实施例中，选用屏蔽栅光罩进行后续工艺流程的曝光；在步骤s40、s50中，请参阅图1中的s40、s50步骤及图4，使用屏蔽栅光罩对沟槽进行光刻，其中部分沟槽处于该屏蔽栅光罩的图案区，该部分沟槽是有源区沟槽，其余沟槽处于非图案区，该部分沟槽是终端区沟槽，包括如下步骤：s401：在沟槽内壁及底部生长牺牲氧化层11；s402：对半导体层上表面及沟槽内涂敷负光刻胶12；s403：使用屏蔽栅光罩对半导体层进行第一次曝光；s404：对半导体层进行显影，使得终端区沟槽内的光刻胶溶解，有源区沟槽中的负光刻胶12则保留下来，使有源区沟槽免于离子注入；s50：对终端区沟槽底部进行终端离子注入，获得离子注入区2。
27.在步骤s60中，请参阅图1中的s60步骤及图5，于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层，包括下列步骤：s601：去除全部的负光刻胶12；s602：去除图形化掩膜层10和牺牲氧化层11；s603：于半导体层表面及沟槽内壁生长场氧化层3。
28.在步骤s70中，请参阅图1中的s70步骤及图6，于沟槽内形成屏蔽栅极结构，包括下列步骤：s701：在沟槽中淀积屏蔽栅多晶硅；s702：回刻屏蔽栅多晶硅，至各沟槽中的屏蔽栅多晶硅与半导体层表面齐平，以形成屏蔽栅结构4。
29.在步骤s80中，请参阅图1中的s80步骤及图7，刻蚀第一部分沟槽内的屏蔽栅结构，
包括下列步骤：s801：对上述半导体层上表整体涂敷正光刻胶13；s802：使用屏蔽栅光罩对半导体层进行第二次曝光；s803：对半导体层进行显影，使得有源区沟槽处的光刻胶溶解；s804：对有源区沟槽内的屏蔽栅结构进行刻蚀，使其上表面的高度低于半导体层的上表面，以获得有源区屏蔽栅40。
30.在步骤s90中，请参阅图1中的s90步骤及图8，在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，包括：s901：去除全部的正光刻胶13；s902：在有源区屏蔽栅40上淀积氧化层；s903：研磨该氧化层，使其上表面与半导体层上表面齐平，形成介质氧化层30。
31.在步骤s100中，请参阅图1中的s100步骤及图9，部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽，包括下列步骤：s1001：对半导体层上表面整体涂敷正光刻胶14；s1002：使用光罩对半导体层进行曝光；s1003：对半导体层进行显影，使得有源区沟槽处的光刻胶被溶解；s1004：对介质氧化层30进行刻蚀，使其上表面的高度低于半导体层的上表面。
32.在步骤s110中，请参阅图1中的s110步骤及图10，在栅氧化层沟槽中形成栅极结构，包括下列步骤：s1101：去除全部的正光刻胶14；s1102：在介质氧化层30的上方生长栅极氧化层5；s1103：在栅极氧化层5上方淀积栅极结构41并回刻，回刻后的栅极结构41的高度低于栅极氧化层5上表面的高度。
33.在完成上述步骤后，功率器件的终端区沟槽结构和有源区沟槽结构已经构建完毕，本发明采用光刻工艺中现有的掩模版完成了对离子注入区域的限定，可以在不改变光刻工艺的前提下减少一个掩模版的使用，显著降低工艺成本。
34.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例。

技术特征：
1.一种制造功率器件的方法，其特征在于，包括下列步骤：提供半导体层；于所述半导体层上形成多个沟槽；提供第一光罩；使用第一光罩对半导体层进行第一次光刻，其中第一部分沟槽与该第一光罩的图案区对应，第二部分沟槽与该第一光罩的非图案区对应；对第二部分沟槽的底部进行终端离子注入；于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层；于沟槽内形成屏蔽栅极结构，所述屏蔽栅极结构的顶面与半导体层上表面齐平；刻蚀第一部分沟槽内的屏蔽栅结构，使得屏蔽栅结构上表面的高度低于半导体层的上表面；在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽；在栅氧化层沟槽中形成栅极结构。2.根据权利要求1所述的制造功率器件的方法，其特征在于，于所述半导体层内形成沟槽，包括：于所述半导体层的上表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有开口图形，所述开口图形定义成所述沟槽的形状和位置；基于所述图形化掩膜层刻蚀所述半导体层，以于所述半导体层内形成所述沟槽。3.根据权利要求2所述的制造功率器件的方法，其特征在于，使用第一光罩对半导体层进行第一次光刻，包括：在沟槽内壁及底部生长牺牲氧化层；对半导体层上表面及沟槽内涂敷负光刻胶；使用第一光罩对半导体层进行第一次曝光；对半导体层进行显影，使得第二部分沟槽内的光刻胶溶解；对第二部分沟槽的底部进行终端离子注入。4.根据权利要求3所述的制造功率器件的方法，其特征在于，于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层，包括：去除全部的负光刻胶；去除图形化掩膜层和牺牲氧化层；于半导体层表面及沟槽内壁生长场氧化层。5.根据权利要求3所述的制造功率器件的方法，其特征在于，刻蚀第一部分沟槽内的屏蔽栅结构，包括：对上述半导体层上表整体涂敷正光刻胶；使用该第一光罩对半导体层进行第二次曝光；对半导体层进行显影，使得第一部分沟槽处的光刻胶溶解；对第一部分沟槽内的屏蔽栅结构进行刻蚀，使其上表面的高度低于半导体层的上表面。6.根据权利要求5所述的制造功率器件的方法，其特征在于，根据在第一部分沟槽内的
屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，包括：去除全部的正光刻胶；在第一部分沟槽内的屏蔽栅结构上淀积氧化层；研磨该氧化层，使其上表面与半导体层上表面齐平，形成介质氧化层。7.根据权利要求5所述的制造功率器件的方法，其特征在于，部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽，包括：对半导体层上表面整体涂敷正光刻胶；使用光罩对半导体层进行曝光；对半导体层进行显影，使得第一部分沟槽处的光刻胶被溶解；对第一部分沟槽内的介质氧化层进行刻蚀，使其上表面的高度低于半导体层的上表面。8.根据权利要求5所述的制造功率器件的方法，其特征在于，在栅氧化层沟槽中形成栅极结构，包括：去除全部的正光刻胶；在介质氧化层的上方生长栅极氧化层；在栅极氧化层上方淀积栅极结构，并回刻至指定高度。9.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件采用如权利要求1至8中任一项所述的制造功率器件的方法制备而得到。

技术总结
本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种功率器件及其制造方法，包括：提供半导体层；于所述半导体层上形成多个沟槽；提供第一光罩，使用第一光罩对半导体层进行第一次光刻；对非光罩图案区沟槽的底部进行终端离子注入；于半导体层表面及沟槽内壁形成场氧化层；于沟槽内形成屏蔽栅极结构，所述屏蔽栅极结构的顶面与半导体层上表面齐平；刻蚀图案区沟槽内的屏蔽栅结构；在图案区沟槽内的屏蔽栅结构上方形成介质氧化层，部分刻蚀介质氧化层，以在介质氧化层上形成栅氧化层沟槽；在栅氧化层沟槽中形成栅极结构。本发明相比于现有技术，使用一个光罩即可完成对终端区的离子注入和对屏蔽栅区域的限定，节约了光罩成本，具有显著的有益效果。著的有益效果。著的有益效果。


技术研发人员：高学 柴展 罗杰馨
受保护的技术使用者：上海功成半导体科技有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/11