沟槽型功率器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种沟槽型功率器件及其制作方法。所述制作方法中，基底的基准方向平行于第二晶向，在基底上的至少部分芯片区制作第一条形沟槽以及位于第一条形沟槽内的栅极结构，第一条形沟槽在基底上表面内沿平行于第一晶向的方向延伸。通过在不同于基准方向的晶向制作栅极结构，可以降低对基底规格的要求。在制作过程中，在每个曝光场覆盖范围内，可以设置至少一个芯片区内的第一条形沟槽在基底上表面内的延伸方向与另一个芯片区内的第一条形沟槽在基底上表面内的延伸方向的夹角为直角，有助于缓解应力集中，降低基底翘曲的风险。所述沟槽型功率器件由上述方法获得。

【技术实现步骤摘要】
沟槽型功率器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种沟槽型功率器件及其制作方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，功率器件的尺寸逐步缩小，横向器件被纵向器件逐渐取代而成为了一个重要的发展方向。具有代表性的深沟槽功率器件有沟槽MOS晶体管以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。深沟槽功率器件的栅极设置于基底上外延层中的沟槽内，即形成沟槽栅结构，在器件导通时，在靠近栅极的外延层中形成导电沟道。现有工艺在制作深沟槽功率器件时，通常根据器件设计选择适宜规格的基底。以硅基底为例，为了获得较高的电子迁移率，一种器件设计是使芯片晶胞内的沟槽在基底上表面内的延伸方向平行于晶向<100>，相应的，选择上表面属于晶面（100）、基底中心到定位凹槽（notch）的方向是晶向<100>的基底，同时在制作沟槽时，用于定义沟槽的掩模版设置为沟槽图形与notch一致的方位。另外，由于应用上的需要，实际中还需要制作采用不同设计的器件，如另一种器件设计需要使芯片晶胞内的沟槽在基底上表面内的延伸方向平行于晶向<110>，此时则需要更换衬底规格，例如选择上表面属于晶面（100）、衬底中心到定位凹槽（notch）的方向是晶向<110>的基底，在制作时，用于定义沟槽的掩模版设置为沟槽图形与notch一致的方位。根据器件设计选择不同的衬底规格，这样虽然可以制得需要的沟槽，但是在一种规格的衬底上仅可以实现一种器件设计，成本较高。
技术实现思路
为了节约流片成本，调整沟槽设计，本专利技术提供一种沟槽型功率器件及其制作方法。一方面，本专利技术提供一种沟槽型功率器件的制作方法，包括步骤：提供基底，所述基底的边缘设置有定位凹槽，所述基底的中心与所述定位凹槽的连线为基准方向，所述基底上表面内围绕中心周期性分布有属于不同晶向族的第一晶向和第二晶向，所述基准方向平行于所述第二晶向，所述基底包括多个芯片区；以及，在至少部分所述芯片区的基底内形成第一条形沟槽以及位于所述第一条形沟槽内的栅极结构，其中，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的方向延伸。可选的，上述制作方法还包括：切割所述基底以分离各个芯片区，获得多个芯片。可选的，所述芯片为沟槽型MOSFET或者沟槽型IGBT。可选的，所述基底的上表面为（100）晶面，所述第一晶向和所述第二晶向分别为<110>晶向或<100>晶向。可选的，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的同一方向延伸，从而形成直沟槽；或者，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的不同方向弯折地延伸，从而形成弯曲沟槽。可选的，制作所述第一功率器件的步骤包括：在所述基底上依次形成硬掩模层和光刻胶层；利用步进曝光方式对所述光刻胶层进行曝光并显影，然后利用图形化的光刻胶层作为掩模刻蚀硬掩模层，使硬掩模层图形化；以及，利用图形化的硬掩模层作为掩模刻蚀所述基底，其中，在每个曝光场覆盖范围内，至少部分所述芯片区均形成所述第一条形沟槽。可选的，每个曝光场覆盖范围内，至少一个所述芯片区内的所述第一条形沟槽在所述基底上表面内的延伸方向与另一个所述芯片区内的所述第一条形沟槽在所述基底上表面内的延伸方向的夹角为直角。可选的，在刻蚀所述基底的步骤中，在每个曝光场覆盖范围内，至少部分所述芯片区均形成第二条形沟槽，其中，所述第二条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第二晶向的方向延伸。可选的，所述第二条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第二晶向的同一方向延伸，从而形成直沟槽；或者，所述第二条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第二晶向的不同方向弯折地延伸，从而形成弯曲沟槽。一方面，本专利技术提供一种采用上述方法形成的沟槽型功率器件。本专利技术提供的沟槽型功率器件的制作方法，基底的基准方向平行于第二晶向，并在基底上的至少部分芯片区制作第一功率器件，器件均具有形成于基底内的第一条形沟槽以及位于第一条形沟槽内的栅极结构，第一条形沟槽在基底上表面内沿平行于第一晶向的方向延伸。通过在不同于基准方向的晶向制作沟槽栅极结构，可以降低对基底规格的要求。进一步，上述制作方法中，可以设置在每个曝光场覆盖范围内，至少一个芯片区内制作的第一条形沟槽的延伸方向与另一个芯片区内的第一条形沟槽的延伸方向的夹角为直角，有助于缓解制作过程产生的应力集中，降低基底翘曲的风险。本专利技术提供的沟槽型功率器件由本专利技术提供的上述方法形成，通过在不同于基准方向制作沟槽栅极结构，可以降低对基底规格的要求。附图说明图1和图2分别是两种规格的硅晶圆的示意图。图3是利用现有工艺在晶圆上制作沟槽型功率器件的平面示意图。图4是本专利技术实施例的沟槽型功率器件的制作方法的流程示意图。图5是利用本专利技术实施例的沟槽型功率器件的制作方法制作沟槽型功率器件的平面示意图。图6至图10是本专利技术实施例的沟槽型功率器件的制作方法在一个曝光场范围内的沟槽排布示意图。图11至图13是本专利技术实施例的沟槽型功率器件的制作方法在制作过程中的剖面结构示意图。附图标记说明：100-基底；10-条形沟槽；20-第一条形沟槽；30-第二条形沟槽；101-栅氧化层；102-栅极；103-体区；104-源区。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的沟槽型功率器件及其制作方法作进一步详细说明。根据下面的说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。应当理解，说明书的附图均采用了非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个（或另一些）元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为在其它元件或部件“上方”或“之上”。下文中的术语“第一”、“第二”、等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。沟槽型功率器件通常基于硅晶圆制造，可用的基底材料还可以包括锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟或其它Ⅲ、Ⅴ族化合物等。基底还可以是绝缘体上硅（SOI）衬底等，也可以根据设计需求在基底中注入一定的掺杂离子以改变电学参数，例如具有N型掺杂。所述基底可以形成有外延层，此时基底的上表面即指的是外延层的上表面。基底的表面通常属于某一晶面族（如硅晶圆的（100）晶面），现有工艺在制作沟槽型功率器件时，会根据器件及沟道设计来确定沟槽在晶圆上的开设方向，并根据器件及沟道设计，选择相应规格的晶圆进行制作。常见的硅晶圆根据晶圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽型功率器件的制作方法，其特征在于，包括：/n提供基底，所述基底的边缘设置有定位凹槽，所述基底的中心与所述定位凹槽的连线为基准方向，所述基底上表面内围绕中心周期性分布有属于不同晶向族的第一晶向和第二晶向，所述基准方向平行于所述第二晶向，所述基底包括多个芯片区；以及，/n在至少部分所述芯片区的基底内形成第一条形沟槽以及位于所述第一条形沟槽内的栅极结构，其中，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的方向延伸。/n

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型功率器件的制作方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底的边缘设置有定位凹槽，所述基底的中心与所述定位凹槽的连线为基准方向，所述基底上表面内围绕中心周期性分布有属于不同晶向族的第一晶向和第二晶向，所述基准方向平行于所述第二晶向，所述基底包括多个芯片区；以及，
在至少部分所述芯片区的基底内形成第一条形沟槽以及位于所述第一条形沟槽内的栅极结构，其中，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的方向延伸。


2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，还包括：切割所述基底以分离各个芯片区，获得多个芯片。


3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述芯片为沟槽型MOSFET或者沟槽型IGBT。


4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述基底的上表面为（100）晶面，所述第一晶向和所述第二晶向分别为<110>晶向或<100>晶向。


5.如权利要求1至4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的同一方向延伸，从而形成直沟槽；或者，所述第一条形沟槽在所述基底上表面内沿平行于所述第一晶向的不同方向弯折地延伸，从而形成弯曲沟槽。


6.如权利要求1至4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，陈政，
申请(专利权)人：中芯集成电路制造绍兴有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33