專利名稱：降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法及結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種功率場效應晶體管的方法及結構。
背景技術：
在功率場效應晶體管發明之前，只有功率雙極型晶體管可以在高速、中等功率范 圍內應用。功率雙極型晶體管發明于20世紀50年代初期，隨著工藝技術的不斷完善，人們 可以制造出工作電流上百安培、耐壓高達600伏的雙極功率晶體管。但是，雙極型功率晶體管工作性能存在一些本質上的缺陷。首先，雙極功率晶體管 是電流控制器件，需要一個很大的基極電流來保證其穩定在某一工作狀態，通常為集電極 電流的1/5 1/10。因而，為了獲得高速關斷速度就需要一個更大的反向基極驅動電流。 這些特性使得其基極驅動電路異常復雜和昂貴。其次，在同時加上大電流和高電壓的情況 下，在雙極型晶體管還容易產生二次擊穿失效現象。加之，在設計上很難將雙極型功率器件 單元并聯起來，加載于雙極晶體管上的正向壓降隨著溫度的升高而下降，造成電流分流到 某個器件上，導致該器件的損壞。為了解決上述雙極型功率器件性能上的局限性，人們在1970年開發了功率場效 應晶體管(功率M0S)。在功率場效應晶體管中，控制信號加到柵電極上，而柵電極與半導體 表面被一層絕緣介質(通常為二氧化硅)隔離開來。所需的控制信號僅僅是一個偏壓，工 作或者關閉時沒有恒定的電流流動。甚至IOOKHz工作條件下，當器件狀態發生改變時，柵 極電流僅提供一個很小的柵電容充電和放電的電流。同時，功率MOS的極高輸入阻抗也大 大簡化了其柵驅動電路。與雙極型功率器件相反，功率MOS是單極型器件。電流是由多數載流子傳輸形成 的，沒有電子注入現象，因而在器件關斷時，沒有電子的儲存和電子復合造成的時間延遲現 象。功率MOS所具有的開關速度比雙極晶體管的速度要高幾個數量級。這種特性在高頻 功率電路尤為引人注目，因為在這種工作條件下，開關的功率損耗是最重要的。功率MOS 在同時加上大電流和高電壓的條件下，表現出優越的安全工作性能，即在一定時期內能承 受大電流和高電壓的沖擊而不發生由于二次擊穿帶來的毀滅性失效。更為重要的是，功率 MOS單元可以很容易地并聯排列設計，這是因為功率MOS上的正向壓降隨著溫度的升高而 增加。這種特性使得電流在并聯的器件之間均勻分配。正是由于功率MOS的這些優點，使得其廣泛應用于計算機、移動電話、音響、汽車 電路、射頻電路，以及高頻切換功率電源之中。而由功率MOS充放電時間的計算公式τ =I可知，對于溝道功率MOS器件，影響器 工作頻率有兩個關鍵因素，一是柵極電阻，二是柵氧電容。減小電容或電阻，都能使器件的 充放電時間越短，器件的工作頻率也就越高。如圖1所示，對于柵極電阻的調整，通常方法 只是改變其摻雜濃度。改變其摻雜濃度這種方法提高工作頻率的效果并不理想，無法大幅 度減小柵極電阻。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法， 可以在原有功率MOS器件的工藝基礎上，不增加額外的光罩，增加不多的成本，降低功率場 效應晶體管柵極電阻，從而提高功率場效應晶體管的工作頻率，得到響應速度更快的功率 場效應晶體管，使功率場效應晶體管性能大幅提升。為了解決以上技術問題，本發明提供了一種降低功率場效應晶體管柵極電阻的方 法；包括以下步驟步驟一、刻蝕多晶硅柵極凹槽；步驟二、生長一層二氧化硅層；步驟三、 回刻所述二氧化硅層，在柵極凹槽頂部柵極氧化物處形成間隙保護；步驟四、生長一層鈦金 屬層；步驟五、進行快速熱退火，形成鈦金屬硅化物。本發明的有益效果在于在原有功率MOS器件的工藝基礎上，不增加額外的光罩， 增加不多的成本，通過形成鈦金屬硅化物，使得柵極電阻僅為金屬的電阻量級，降低功率場 效應晶體管柵極電阻，從而提高功率場效應晶體管的工作頻率，得到響應速度更快的功率 場效應晶體管，使功率場效應晶體管性能大幅提升。本發明還提供了一種降低功率場效應晶體管柵極電阻的結構；包括源極、阱和漏 極；在源極和漏極之間有柵極；有柵極氧化物部分包圍所述柵極；在所述柵極的頂部有鈦 硅化物；所述鈦硅化物與所述柵極氧化物之間有二氧化硅間隙保護。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1是現有溝槽型功率場效應晶體管結構剖面示意圖；圖2是本發明實施例所述的功率場效應晶體管結構剖面示意圖；圖3是本發明實施例所述方法的流程圖。
具體實施例方式本發明所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；包括以下步驟步驟一、在柵極多晶硅刻蝕時，刻出相對普通功率場效應管更深的凹槽，所述凹槽 的深度大約為1500 3000埃；這一步驟在阱(Well)離子注入及源(Source)離子注入之 前進行；然后按正常工藝做阱(Well)離子注入及源(Source)離子注入。與目前公知的多晶硅柵極凹槽相比，結構基本一樣，但本發明所述的多晶硅柵極 凹槽比目前公知的功率MOS器件的多晶硅柵極凹槽更深，這樣做是為了預留一些空間給下 面要形成的鈦金屬硅化物。步驟二、按照步驟一所述完成阱(Well)離子注入及源(Source)離子注入后，用 化學氣相淀積的方法生長一層一定厚度的二氧化硅。這層二氧化硅的厚度可以為1500 2500 埃。步驟三、用干法刻蝕回刻所述二氧化硅層，在柵極凹槽頂部柵極氧化物處形成間 隙保護；步驟四、用物理氣相淀積的方法生長一層鈦金屬層；該鈦金屬層的厚度可以為 300 500 埃。步驟五、進行兩次快速熱退火，形成鈦金屬硅化物。
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本發明的一個變形是可以先進行源離子注入，在源離子注入后增加一步柵極多晶 硅刻蝕來刻出一個較深的凹槽本發明同時還提供了一種降低功率場效應晶體管柵極電阻的結構；包括源極、阱 和漏極；在源極和漏極之間有柵極；有柵極氧化物部分包圍所述柵極；在所述柵極的頂部 有鈦硅化物；所述鈦硅化物與所述柵極氧化物之間有二氧化硅間隙保護。本發明的要點在于在柵極多晶硅上長一層金屬硅化物層，使得柵極電阻僅為金屬 的電阻量級，而根據功率MOS充放電時間的計算公式τ=·可知，減小柵極電阻后，都能使 器件的充放電時間越短，器件的工作頻率也就越高。本發明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描 述和說明本發明涉及的技術方案。基于本發明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為 落入本發明的保護范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發明的最佳實施方法，以使得本 領域的普通技術人員能夠應用本發明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發明的 目的。
權利要求
一種降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，包括以下步驟步驟一、刻蝕多晶硅柵極凹槽；步驟二、生長一層二氧化硅層；步驟三、回刻所述二氧化硅層，在柵極凹槽頂部柵極氧化物處形成間隙保護；步驟四、生長一層鈦金屬層；步驟五、進行快速熱退火，形成鈦金屬硅化物。
2.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，在所述 步驟二中用化學氣相淀積的方法生長二氧化硅層。
3.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，在所述 步驟三中用干法刻蝕進行二氧化硅層的回刻。
4.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，在所述 步驟四中用物理氣相淀積的方法生長金屬鈦層。
5.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，在所述 步驟五中，進行兩次快速熱退火。
6.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，在所述 步驟一中，刻蝕多晶硅柵極凹槽的厚度為1500 3000埃。
7.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；其特征在于，在所述 步驟二中，所述二氧化硅層的厚度為1500 2500埃。
8.如權利要求1所述的降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法；特征在于，在所述步 驟四中，鈦金屬層的厚度為300 500埃。
9.降低功率場效應晶體管柵極電阻的結構；包括源極、阱和漏極；在源極和漏極之間有柵極；有柵極氧化物部分包圍所述柵極；其特征在于，在所述柵極的頂部有鈦硅化物；所述鈦硅化物與所述柵極氧化物之間有二氧化硅間隙保護。
全文摘要
本發明公開了一種降低功率場效應晶體管柵極電阻的方法及結構；包括以下步驟步驟一、刻蝕多晶硅柵極凹槽；步驟二、生長一層二氧化硅層；步驟三、回刻所述二氧化硅層，在柵極凹槽頂部柵極氧化物處形成間隙保護；步驟四、生長一層鈦金屬層；步驟五、進行快速熱退火，形成鈦金屬硅化物。本發明在原有功率MOS器件的工藝基礎上，不增加額外的光罩，增加不多的成本，通過形成鈦金屬硅化物，使得柵極電阻僅為金屬的電阻量級，降低功率場效應晶體管柵極電阻，從而提高功率場效應晶體管的工作頻率，得到響應速度更快的功率場效應晶體管，使功率場效應晶體管性能大幅提升。
文檔編號H01L29/78GK101937841SQ20091005753
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者嚴瑋彪, 王凡, 魏煒 申請人:上海華虹Nec電子有限公司