[发明专利]一种用于功率器件的沟槽栅结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率器件的结构及其制造方法，尤其是涉及一种用于功率器 件的沟槽栅结构及其制造方法。

背景技术

为了缩小功率器件的尺寸，改善功率器件的性能，沟槽结构被引入到功 率器件中。如沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(TrenchMOSFET)、沟槽 绝缘栅双极晶体管(TrenchIGBT)、沟槽MOS控制晶闸管(TrenchMCT)等 类似器件。

在沟槽技术方面，不论是应用在MOSFET器件、还是应用在IGBT或者其 它功率器件方面，都已有了较多的专利。如美国专利US4,914,058、 US5,442,214、US5,473,176和US5,770,878，以及国内专利CN101558499A、 CN1205658C、CN104465769A、CN105225935A、CN102097434A、CN103199017A、 CN102738239A、CN102290343B等。这些专利实现了多种沟槽栅结构及其制造 方法。

减小栅漏寄生电容Cgd，提高器件开关速度，成为提升沟槽栅器件性能的 重要方向。从目前已公开的专利创新来看，多数是通过增加栅电极多晶硅下 氧化硅的厚度来降低寄生Cgd电容。如专利CN102290343B，是通过采用选择 氧化工艺加厚在沟槽底部的栅电极多晶硅下氧化硅层的厚度；专利 CN102738239A、CN103199017A、CN102097434A，在沟槽下部填入多晶硅并通 过氧化硅层将其与沟槽上部的栅电极多晶硅分离，由下部多晶硅顶上单层或 者多层横向氧化硅层来增加栅电极下氧化硅层的厚度；又如专利 CN105225935A，在沟槽中央填入多晶硅后，在其外周沟槽上部形成环形的栅 电极多晶硅并与沟槽中央的多晶硅分离，以获得在栅电极多晶硅下更厚的氧 化硅厚度，等等。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于功率器件的沟槽栅结构，解决现有功 率器件的沟槽栅结构栅漏电容大，开关速度慢的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于功率器件的沟槽栅结构制造方法，该 方法工艺简单，稳定，易于实现；且由该方法制得的沟槽栅结构具有栅漏电 容小，开关速度快的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于功率器件的沟槽 栅结构，包括硅衬底，在硅衬底的表面加工形成沟槽，所述沟槽整体呈U字 型结构；在沟槽的下部沿沟槽的内壁设置有U型的第一层氧化硅，在U型的 第一层氧化硅内设置有U型的第一层多晶硅，在第一层多晶硅内填充满第二 层氧化硅；所述第一层氧化硅、第一层多晶硅和第二层氧化硅形成从沟槽外 周到沟槽中央的OPO结构；

在所述第一层氧化硅、第一层多晶硅和第二层氧化硅形成的OPO结构上 方设置有U型的第三层氧化硅，在第三层氧化硅内填充满第二层多晶硅，该 第三层氧化硅和第二层多晶硅在沟槽的上部形成从沟槽外周到沟槽中央的 OP结构。

进一步的，所述硅衬底上还设置有外延层，所述沟槽在外延层的表面加工 形成。所述沟槽可能只在外延层上，也可能穿过外延层直至硅衬底内。

优选的，所述第一层氧化硅的厚度为0.05～0.25μm；第一层多晶硅的厚 度为0.10～0.30μm。所述第三层氧化硅的厚度为0.05～0.20μm。

一种用于功率器件的沟槽栅结构制造方法，包括以下步骤：

1)在硅衬底或外延层的表面，通过刻蚀加工形成沟槽；

2)在沟槽内壁上通过热氧化生成U型的第一层氧化硅，在第一层氧化硅 的内壁上，由气相淀积的方法形成U型的第一层多晶硅，在第一层多晶硅内， 以热氧化或者气相淀积的方法填充满第二层氧化硅，从而形成从沟槽外周到 沟槽中央的OPO结构；

3)将沟槽外硅衬底或外延层的表面及沟槽内上部的第二层氧化硅刻蚀干 净，再将沟槽外硅衬底或外延层的表面及沟槽内上部的第一层多晶硅刻蚀干 净，最后将沟槽外硅衬底或外延层的表面及沟槽内上部的第一层氧化硅刻蚀 干净；

4)在沟槽的上部通过热氧化形成U型的第三层氧化硅，在第三层氧化硅 内，通过气相淀积填充满第二层多晶硅，从而在沟槽的上部形成从沟槽外周 到沟槽中央的OP结构，该第三层氧化硅的底部将上部的第二层多晶硅与下 部的第一层多晶硅隔离；

5)将沟槽外的第二层多晶硅刻蚀去除干净。