一种快速开关的TrenchMOS器件的制备方法与流程

一种快速开关的trench mos器件的制备方法
技术领域
1.本发明涉及芯片制造技术领域，尤其涉及一种快速开关的trench mos器件的制备方法。


背景技术：

2.功率半导体器件是电力电子系统中能量传输、功率转换与控制的关键器件。mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor)输入阻抗大易驱动，开关速度快，且具有正温度系数易于并联，上述优点使mosfet得到了广泛应用。随着沟槽技术的发展，槽型栅结构被引入到mosfet中，图11为n沟道trench mosfet结构示意图，栅极gate采用沟槽栅结构，槽栅纵向穿过p-body(p型体区)区，沟道(沟道是指p-body区域中靠近沟槽的区域)电流为纵向方向，消除了jfet区和jfet电阻，可降低mos导通电阻，且原胞宽度相比于平面栅mos大幅度降低，增加沟道密度，提高了芯片功率密度。对于中低压mos，沟道电阻占比较高，故trench mosfet结构在中低压mosfet领域得到广泛应用。
3.在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
4.对于原胞较小的trench mos器件，如p+有扩散至p-body沟道附近，且ct光刻存在对偏，则会存在沟道陆续开启的情况，从而导致trench mosfet不能快速开关。因此，如何使原胞较小的trench mos器件在ct对偏、p+扩散至p-body沟道附近的情况也能够快速开关，是需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种快速开关的trench mos器件的制备方法，用以解决现有技术中当原胞较小时trench mos器件无法快速开关的问题。
6.为达到上述目的，本发明实施例提供一种快速开关的trench mos器件的制备方法，包括制备p-body层；所述制备p-body层过程中包括两次离子注入工序，其中第二次离子注入工序的注入能量大于第一次离子注入工序的注入能量，第二次离子注入工序的注入剂量大于第一次离子注入工序的注入剂量。
7.上述技术方案具有如下有益效果：
8.本技术方案中，采用独特的两次注入式p-body制备方法，第一次采用低能量低计量注入，第二次采用高能量高剂量注入，并采用尽可能热过程较少的退火工艺，使得沟道浓度最大值n
max
位于沟道底部，同时通过控制p+区制备的工艺条件，使得n
max
不受p+扩散剂量影响，避免出现不同原胞n
max
不一样的情况，实现了trench mos芯片内所有原胞的同时快速开启，提高了开关速度。
9.与此同时，通过本技术方案，还有效提高了不同批次trench mos芯片的vth一致性。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明实施例一种快速开关的trench mos器件的制备方法的流程图；
12.图2是本发明的具体实施例中第1制备过程示意图；
13.图3是本发明的具体实施例中第2制备过程示意图；
14.图4是本发明的具体实施例中第3制备过程示意图；
15.图5是本发明的具体实施例中第4制备过程示意图；
16.图6是本发明的具体实施例中第5制备过程示意图；
17.图7是本发明的具体实施例中第6制备过程示意图；
18.图8是本发明的具体实施例中第7制备过程示意图；
19.图9是本发明的具体实施例中第8制备过程示意图；
20.图10是本发明的具体实施例中第9制备过程示意图；
21.图11是现有技术中n沟道trench mosfet结构示意图；
22.图12是现有技术中trench和ct版图设计示意图；
23.图13是现有技术的trench mos器件中p+扩散至沟道的示意图；
24.图14是现有技术的trench mos器件中当ct光刻对偏且p+扩散至沟道的示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在实现本发明过程中，发明人对现有trench mos器件及制备方法进行了分析，从而确定出了前述问题存在的根本原因：
27.图11中ct(contact)为接触孔，接触孔底部进行p+注入，目的就是减小寄生bjt的基区电阻，提高mos的抗雪崩能力。对于条形原胞设计，trench(即沟槽)和ct的版图设计示意图如图12，ct距离trench的距离分别为l1和l2，l1等于l2。为了提高功率密度，原胞尺寸越来越小，并且对于有抗雪崩能力要求的设计，都要求进一步减小ct离trench的距离。l1与l2减小到一定程度后，p+注入会影响沟道浓度，如图13结构为p+扩散至沟道的trench mosfet结构示意图，沟道a区域存在p+掺杂，此处的沟道浓度是p-body注入浓度和p+注入浓度的叠加，对应图1中a区域为p-body掺杂，不受p+掺杂影响。在实际流片中ct会存在轻微对偏，导致l1不等于l2，对于图11结构，即使ct对偏，也不影响ct两侧p-body a区域的浓度分布，左右两侧沟道浓度无差异，沟道可同时开启。而图13结构如存在ct对偏，即会形成图14结构，沟道两侧的a区域会存在浓度差异，远离ct一侧的p-body区域浓度未受p+影响或影响较小，沟道浓度低而先开启，靠近ct一侧的p-body区域浓度受p+影响较多，沟道浓度高而后开启，存在沟道陆续开启的问题。当栅极电压vgs大于阈值电压vth后，沟道完全开启，图14
结构可以认为沟道两侧具有不同的vth，导致所有原胞不能同时快速开启。
28.综上，trench mosfet其他结构参数固定后，可调整p-body浓度改变vth值，且主要是p-body沟道峰值浓度n
max
影响vth，一般n
max
位于图11中的a位置，当接触孔距离沟槽小到一定程度后，如图13，n
max
会由于p+扩散进一步增加，导致vth不只是由p-body浓度影响，还受p+扩散增加的浓度影响。当ct光刻对偏后，p-body两侧n
max
值存在差异，导致沟道不能同时开启。
29.为解决上述问题，需要尽可能地增加接触孔与沟槽的距离，或者减小p+浓度，尽可能让p+未影响到p body的n
max
值。随着原胞尺寸的缩小及雪崩能力的要求，总是会存在p+浓度影响p body沟道分布的问题。基于上述情况，本技术方案的主要设计思路为：可以设计p-body中n
max
值远离a区域，更靠近位于沟道底部的b区域，且a区域p+扩散后导致增加后的总浓度仍然小于p-body分布的n
max
值，使得沟槽两侧n
max
只由p-body注入工艺决定，不受p+扩散影响，p+扩散只是影响p-body的a区域浓度分布，但未影响b区域浓度分布，即未影响接触孔两侧沟道的n
max
值。
30.如图1所示，本发明提供一种快速开关的trench mos器件的制备方法，包括：
31.s101、制备p-body层；
32.所述步骤s101中包括两次离子注入工序，其中第二次离子注入工序的注入能量大于第一次离子注入工序的注入能量，第二次离子注入工序的注入剂量大于第一次离子注入工序的注入剂量。
33.现有技术不管是单次注入工艺还是多次注入，形成的浓度分布nmax都靠近沟道中上部分，n
max
值容易受p+注入影响，而采用本技术的两次离子注入工序后，由于第二次离子注入的能量和剂量远高于第一次离子注入，能够实现沟道浓度上低下高的特殊分布，与现有技术相反，n
max
值不容易受p+注入影响，从而有利于解决前述问题。
34.进一步的，所述两次离子注入工序中，均采用硼离子为注入离子；
35.所述步骤s101具体包括：
36.s1011、进行第一次离子注入工序，其中，注入能量为30kev～60kev，注入剂量为2e12～4e12cm-2
；
37.s1012、进行第二次离子注入工序，其中，注入能量为170kev～200kev，注入剂量＞8e12cm-2
。
38.进一步的，所述步骤s101还包括：
39.s1013、进行低温短时间的p-body退火工序；
40.其中，退火温度为1000℃～1050℃，退火时间为30min～60min。
41.通过上述步骤，最终使得沟道浓度分布为上低下高分布，沟道浓度最大值n
max
位于沟道底部b区域，远离ct区域。
42.进一步的，在所述步骤s101之前，还包括：
43.s001、选取用于制备trench mos器件的晶圆，所述晶圆包括衬底层和生长于所述衬底层上方的外延层；
44.s002、在所述外延层上制备沟槽，所述沟槽的深度小于所述外延层的厚度；制备沟槽具体包括：
45.s0021、在所述外延层的上表面淀积硬掩膜层；
46.s0022、通过光刻法在所述硬掩膜层上开窗；
47.s0023、从所述开窗区域向下刻蚀，以形成所述沟槽，沟槽的深度为0.8～2μm，沟槽的宽度为0.25～1μm；
48.s0024、去除所述硬掩膜层。
49.s003、生长栅极氧化层，并使所述栅极氧化层覆盖所述外延层上表面和所述沟槽的内侧面，栅极氧化层厚度为20～100nm；
50.s004、在所述沟槽内完成栅极多晶硅沉积和回刻；
51.s005、去除覆盖于所述外延层之上的所述部分栅极氧化层。
52.进一步的，在所述步骤s101之后，还包括：
53.s102、自所述p-body区的上表面开始，向下制备源极；
54.s103、在所述源极之上制备ild层；
55.s104、制备接触孔，并使所述接触孔自上而下依次贯穿所述ild层和所述源极，所述接触孔不与所述沟槽相接触，接触孔的si刻蚀深度为0.35～0.45μm；
56.s105、通过所述接触孔进行bf2注入，以使所述源极下方形成p+区，其中，bf2注入的注入能量为20kev～40kev，注入剂量为1e14～8e14cm-2
；
57.s106、进行p+退火工序；其中，退火温度为1000℃，退火时间为10s～30s；
58.s107、溅射正面金属层，使所述正面金属层覆盖所述ild层和所述接触孔；
59.s108、对所述正面金属层分别进行栅电极光刻、源电极光刻、钝化层沉积以及钝化层刻蚀；
60.s109、通过减薄及蒸发工艺在所述背面金属层制备漏端电极。
61.下面通过一个具体实施例来阐述本发明的详细制备流程：
62.步骤1、选择合适衬底和外延电阻率的晶圆，如图2所示，501区域为衬底，502区域为外延层，淀积硬掩膜层，光刻进行硬掩膜层开窗，刻蚀形成沟槽503，沟槽503深度为1μm，去掉硬掩膜层，如图3所示；
63.步骤2、生长牺牲氧化层，去除牺牲氧化层；之后进行栅极氧化层504生长，栅极氧化层504厚度为50nm，如图4所示；
64.步骤3、栅极多晶硅505淀积及回刻，去除表面部分的栅极氧化层504，如图5所示，(图5中可以看出，不再显示表面的剩余栅极氧化层504)；
65.步骤4、如图6所示，制备p body 506区域：先进行硼离子注入及退火，硼离子注入采用2次注入，第一次采用低能量低剂量注入，注入能量为45kev，剂量为2e12cm-2，对应图中a位置附近；第二次采用高能量高剂量注入，注入能量为180kev，剂量为8e12cm-2，对应b位置附近。退火采用低温短时间退火工艺，退火温度为1000℃，退火时间为30min，最终形成上低下高的沟道浓度分布，沟道浓度最大值n
max
位于沟道底部b位置，远离ct(即接触孔509)区域；
66.步骤5、源级n+光刻、注入及退火，形成源级n+区域507，进行ild 508淀积，如图7所示；
67.步骤6、接触孔509刻蚀，刻蚀深度为0.35μm，如图8所示，进一步进行bf2注入，注入能量为30kev，剂量为3e14cm-2，进一步进行p+注入后退火，退火温度为1000℃，退火时间为10s。形成510p+区域，如图9所示，本图中ct存在对偏的情况，导致p+扩散区域在ct左右两侧
不对称，对沟道附近p-body的浓度影响也存在差异，其中，p+扩散至沟道的剂量使p-body浓度增加，但最终的p-body总浓度应不超过n
max
；
68.步骤7、如图10所示，溅射正面金属层511，并在正面金属层511上光刻形成栅电极和源电极，之后完成钝化层淀积及刻蚀，钝化层未显示在图中；
69.步骤8、晶圆背面减薄及蒸发背面金属512，形成漏端电极。至此，便完成了一个快速开关的trench mos器件的制备。
70.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
71.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
72.为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本技术公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
73.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
74.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，包括：制备p-body层；所述制备p-body层过程中包括两次离子注入工序，其中第二次离子注入工序的注入能量大于第一次离子注入工序的注入能量，第二次离子注入工序的注入剂量大于第一次离子注入工序的注入剂量。2.如权利要求1所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，所述两次离子注入工序，均采用硼离子为注入离子；所述制备p-body层具体包括：进行所述第一次离子注入工序，其中，注入能量为30kev～60kev，注入剂量为2e12～4e12cm-2
；进行所述第二次离子注入工序，其中，注入能量为170kev～200kev，注入剂量＞8e12cm-2
。3.如权利要求2所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，所述制备p-body层还包括：进行p-body退火工序；其中，所述p-body退火工序中的退火温度为1000℃～1050℃，退火时间为30min～60min。4.如权利要求1所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，在所述制备p-body层之前，还包括：选取用于制备trenchmos器件的晶圆，所述晶圆包括衬底层和生长于所述衬底层上方的外延层；在所述外延层上制备沟槽，所述沟槽的深度小于所述外延层的厚度；生长栅极氧化层，并使所述栅极氧化层覆盖所述外延层上表面和所述沟槽的内侧面；在所述沟槽内完成栅极多晶硅沉积和回刻；去除覆盖于所述外延层之上的所述栅极氧化层。5.如权利要求4所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，在所述制备p-body层之后，还包括：自所述p-body区的上表面开始，向下制备源极；在所述源极之上制备ild层；制备接触孔，并使所述接触孔自上而下依次贯穿所述ild层和所述源极，所述接触孔不与所述沟槽相接触；通过所述接触孔进行bf2注入，以使所述源极下方形成p+区；溅射正面金属层，使所述正面金属层覆盖所述ild层和所述接触孔；对所述正面金属层分别进行栅电极光刻、源电极光刻、钝化层沉积以及钝化层刻蚀；通过减薄及蒸发工艺，在所述背面金属层制备漏端电极。6.如权利要求5所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，在所述通过所述接触孔进行bf2注入的过程中，注入能量为20kev～40kev，注入剂量为1e14～8e14cm-2
。7.如权利要求5所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，在所述通
过所述接触孔进行bf2注入之后，还包括：进行p+退火工序；其中，所述p+退火工序中，退火温度为1000℃，退火时间为10s～30s。8.如权利要求4所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，所述在所述外延层上制备沟槽，具体包括：在所述外延层的上表面淀积硬掩膜层；通过光刻法在所述硬掩膜层上开窗；从所述开窗区域向下刻蚀，以形成所述沟槽；去除所述硬掩膜层。9.如权利要求4所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，所述沟槽的深度为0.8～2μm，所述沟槽的宽度为0.25～1μm；所述栅极氧化层厚度为20～100nm。10.如权利要求5所述的快速开关的trenchmos器件的制备方法，其特征在于，所述接触孔的深度为0.35～0.45μm。

技术总结
本发明实施例提供一种快速开关的TrenchMOS器件的制备方法，包括制备P-body层；制备P-body层过程中包括两次离子注入工序，其中第二次离子注入工序的注入能量大于第一次离子注入工序的注入能量，第二次离子注入工序的注入剂量大于第一次离子注入工序的注入剂量。本技术方案中，采用独特的两次注入式P-body制备方法，使得沟道浓度最大值N


技术研发人员：刘道国
受保护的技术使用者：深圳市尚鼎芯科技有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/5