本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域，更具體涉及超結(jié)結(jié)構(gòu)及其刻蝕方法及具有該超結(jié)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)：

垂直雙擴散場效應(yīng)晶體管(VDMOS)的漏源兩極分別在器件的兩側(cè)，使電流在器件內(nèi)部垂直流通，增加了電流密度，改善了額定電流，單位面積的導(dǎo)通電阻也較小，是一種用途非常廣泛的功率器件。

傳統(tǒng)功率絕緣柵場效應(yīng)晶體管MOSFET通常采用VDMOS結(jié)構(gòu)，為了承受高耐壓，需降低漂移區(qū)摻雜濃度或者增加漂移區(qū)厚度，這帶來的直接后果是導(dǎo)通電阻急劇增大。一般傳統(tǒng)功率MOSFET的導(dǎo)通電阻與擊穿電壓呈2.5次方關(guān)系,這個關(guān)系被稱為“硅極限”。“超結(jié)”VDMOS基于電荷補償原理，使器件的導(dǎo)通電阻與擊穿電壓呈1.32次方關(guān)系，很好地解決了導(dǎo)通電阻和擊穿電壓之間的矛盾。和傳統(tǒng)功率VDMOS結(jié)構(gòu)相比，超結(jié)MOSFET采用交替的P-N-結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)功率器件中低摻雜漂移層作為電壓維持層。超結(jié)MOSFET的本質(zhì)是利用在漂移區(qū)中插入的P區(qū)(對N溝器件而言)所產(chǎn)生的電場對N區(qū)進行電荷補償，達到提高擊穿電壓并降低導(dǎo)通電阻的目的。兩種結(jié)構(gòu)的飄移層示意圖如圖12、13所示，圖中1表示襯底，2表示N型區(qū)域，11表示P型區(qū)域。

超結(jié)MOSFET是利用復(fù)飄移層里面交替的N柱和P柱進行電荷補償，使P區(qū)和N區(qū)相互耗盡，形成理想的平頂電場分布和均勻的電勢分布，從而達到提高擊穿電壓并降低導(dǎo)通電阻的目的。要達到理想的效果，其前提條件就是電荷平衡。因此，超結(jié)技術(shù)從誕生開始,它的制 造工藝就是圍繞如何制造電荷平衡的N柱和P柱進行的。目前使用的制造技術(shù)主要有：多次外延和注入技術(shù)，深槽刻蝕和填槽技術(shù)。

使用深槽刻蝕和填槽技術(shù)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的過程中，由于實際刻蝕出的槽的側(cè)壁往往不是完全垂直的，而是存在一定的傾斜度，這種傾斜會導(dǎo)致電荷的失衡，從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆?。例如：當斜度?時,電荷平衡，最高電場在P柱N柱的PN結(jié)，所以擊穿點應(yīng)該發(fā)生在P柱N柱的PN結(jié)；當側(cè)壁傾斜為負角度時，N柱中有多余的電荷，P柱被完全耗盡后這部分多余電荷只能轉(zhuǎn)向去耗盡體區(qū)的P型離子，從而會增強靠近體區(qū)處PN結(jié)的電場；當側(cè)壁傾斜為正角度時，P柱中有多余的電荷，這部分電荷會與n+襯底耗盡，會增強P柱底部的電場，而此處本來就存在電場峰值，從而使擊穿電壓下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在提高功率型場效應(yīng)晶體管的耐壓性的同時，降低導(dǎo)通電阻。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)包括：

襯底；

外延層，位于所述襯底上，所述外延層包括多個溝槽，每個所述溝槽為側(cè)邊和短底邊有所述氧化層的倒梯形截面，所述溝槽中填充有多晶硅，在每個所述溝槽的側(cè)邊，所述氧化層的寬度向上逐漸變窄；所述外延層還包括與所述襯底中載流子類型不同的第一注入?yún)^(qū)和與所述襯底中載流子類型相同第二注入?yún)^(qū)，所述第一注入?yún)^(qū)位于所述外延層上部、所述溝槽之外的區(qū)域，所述第二注入?yún)^(qū)位于所述第一注入?yún)^(qū)內(nèi)并與對應(yīng)的所述溝槽的兩側(cè)壁相連；

多個介質(zhì)層，每個所述介質(zhì)層與所述溝槽內(nèi)多晶硅的上表面相連，并且部分覆蓋位于對應(yīng)所述溝槽兩側(cè)的第二注入?yún)^(qū)；

金屬層，所述金屬層覆蓋所述介質(zhì)層、第一注入?yún)^(qū)以及第二注入?yún)^(qū)的上表面。

優(yōu)選地，所述溝槽與所述襯底接觸。

一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管，所述晶體管具有權(quán)利要求1或2所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)。

一種傾斜氧化層超結(jié)結(jié)構(gòu)的刻蝕方法，所述方法包括以下步驟：

S1、在襯底上制備外延層；

S2、在所述外延層上形成多個溝槽，所述溝槽的側(cè)壁和底部包括氧化層，所述溝槽中填充有多晶硅；

S3、使用刻蝕溶液對所述溝槽進行刻蝕，所述刻蝕溶液對所述多晶硅的刻蝕速度大于對所述氧化層的刻蝕速度，從而使所述溝槽形成側(cè)邊和短底邊保留有氧化層的倒梯形截面；

S4、在所述溝槽中第二次填充多晶硅；

S5、在位于所述外延層上部、所述溝槽之外的區(qū)域制備與所述襯底中載流子類型不同的第一注入?yún)^(qū)；

S6、在所述第一注入?yún)^(qū)內(nèi)、與所述溝槽的兩側(cè)壁連接的位置制備與所述襯底中載流子類型相同的第二注入?yún)^(qū)；

S7、在每個所述溝槽內(nèi)多晶硅的上表面制備介質(zhì)層，每個所述介質(zhì)層部分覆蓋位于對應(yīng)所述溝槽兩側(cè)的第二注入?yún)^(qū)；

S8、在所述介質(zhì)層、第一注入?yún)^(qū)以及第二注入?yún)^(qū)的上表面制備金屬層。

優(yōu)選地，所述步驟S2具體包括：

S21、在所述外延層中通過刻蝕形成多個所述溝槽；

S22、在所述外延層的表面和每個所述溝槽中制備連續(xù)的氧化層；

S23、在所述氧化層上形成多晶硅；

S24、進行刻蝕，使不設(shè)置有溝槽的所述外延層的表面以及與所述外延層的表面平齊的所述氧化層和多晶硅露出；

S25、設(shè)置光刻膠來覆蓋所述氧化層和外延層，并在所述多晶硅表 面形成刻蝕窗口。

優(yōu)選地，所述步驟S3中通過所述刻蝕窗口對所述溝槽進行刻蝕；

進行所述步驟S4之前首先去除所述光刻膠。

優(yōu)選地，所述步驟S4具體為：

S41、在所述外延層的表面、氧化層的表面以及每個所述溝槽中填充多晶硅；

S42、進行刻蝕，使不設(shè)置有溝槽的所述外延層的表面以及與不設(shè)置有溝槽的所述外延層的表面平齊的所述氧化層和多晶硅露出。

優(yōu)選地，所述溝槽底部與所述襯底接觸。

優(yōu)選地，所述步驟S21、S24、S42中，均通過干法刻蝕進行刻蝕操作。

優(yōu)選地，所述步驟S6中，使用光刻膠作為掩膜，進行所述第二注入?yún)^(qū)的注入操作。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了超結(jié)結(jié)構(gòu)及其刻蝕方法及具有該超結(jié)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管，本發(fā)明中，用多晶硅代替插入超結(jié)結(jié)構(gòu)外延層中的P柱或N柱，在外延層與多晶硅之間制備一定厚度的氧化層，并且氧化層寬度隨溝槽深度增大而增大，氧化層寬度越大耐壓性越大，與關(guān)斷時外延層電壓由下向上逐漸變小的趨勢相符，所以會增大超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓性；關(guān)斷時由于存在橫向的電場，使外延層的載流子減少，也增大了超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓性，優(yōu)選地溝槽底部與襯底接觸，因為與襯底接觸的外延層的承受的電壓最大，所以此處的氧化層最后，使超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓性更好；

另外，多晶硅與柵極短接，導(dǎo)通時氧化層的側(cè)墻結(jié)構(gòu)附近產(chǎn)生低阻溝道，存在橫向電場的橫向耗盡和插入，降低了器件的導(dǎo)通電阻；，該結(jié)構(gòu)省去了超結(jié)器件中PN柱嚴格的摻雜濃度匹配要求，不需要進行多次外延或注入，在工藝上更方便簡單，具有很強的操作性，降低了制造成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的超結(jié)結(jié)構(gòu)刻蝕方法流程圖；

圖2是利用本發(fā)明的方法中步驟S21進行刻蝕后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是利用本發(fā)明的方法中步驟S22制備連續(xù)的氧化層后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是利用本發(fā)明的方法中步驟S23形成多晶硅后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是利用本發(fā)明的方法中步驟S24進行刻蝕后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是利用本發(fā)明的方法中步驟S25形成刻蝕窗口后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是利用本發(fā)明的方法中步驟S3進行刻蝕后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是利用本發(fā)明的方法中步驟S41填充多晶硅后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是利用本發(fā)明的方法中步驟S42刻蝕后并利用步驟S5形成第一注入?yún)^(qū)后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是利用本發(fā)明的方法中步驟S6形成第二注入?yún)^(qū)后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是利用本發(fā)明的方法中步驟S7形成介質(zhì)層并利用步驟S8形成金屬層后的超結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)功率絕緣柵場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是現(xiàn)有技術(shù)中超結(jié)絕緣柵場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

本發(fā)明提供了一種超結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖11所示，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)包括：襯底2；外延層1，位于所述襯底2上，所述外延1包括多個溝槽，每個所述溝槽為側(cè)邊和短底邊有所述氧化層3的倒梯形截面，所述溝槽中填充有多晶硅4，在每個所述溝槽的側(cè)邊，所述氧化層的寬度向上逐漸變窄；所述外延層1還包括與所述襯底2中載流子類型不同的第一注入?yún)^(qū)6和與所述襯底2中載流子類型相同第二注入?yún)^(qū)7，所述第一注入?yún)^(qū)6位于所述外延層1上部、所述溝槽之外的區(qū)域，所述第二注入?yún)^(qū)7位于所述第一注入?yún)^(qū)6內(nèi)并與對應(yīng)的所述溝槽的兩側(cè)壁相連；

多個介質(zhì)層8，每個所述介質(zhì)層8與所述溝槽內(nèi)多晶硅4的上表面相連，并且部分覆蓋位于對應(yīng)所述溝槽兩側(cè)的第二注入?yún)^(qū)7；

金屬層9，所述金屬層9覆蓋所述介質(zhì)層8、第一注入?yún)^(qū)6以及第二注入?yún)^(qū)7的上表面。

優(yōu)選地，所述溝槽與所述襯底2接觸，所述氧化層隨深溝槽深度增加而增加，因為在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)截止時，深溝槽的底部承受的電壓最大，此處氧化層最厚，所以能承受的電壓最大，提高了超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓性。所述溝槽的底部也可不與所述硅襯底接觸，只是此種結(jié)構(gòu)的耐壓性不如溝槽的底部與所述硅襯底接觸這種結(jié)構(gòu)的耐壓性能高。

本發(fā)明還公開了一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管，所述晶體管具有上述超結(jié)結(jié)構(gòu)。

圖1是本發(fā)明的超結(jié)結(jié)構(gòu)刻蝕方法流程圖，所述方法包括以下步驟：

S1、在襯底2上制備外延層1；

S2、在所述外延層1上形成多個溝槽，所述溝槽的側(cè)壁和底部包括氧化層3，所述溝槽中填充有多晶硅4；

S3、使用刻蝕溶液對所述溝槽進行刻蝕，所述刻蝕溶液對所述多晶硅的刻蝕速度大于對所述氧化層的刻蝕速度，從而使所述溝槽形成 側(cè)邊和短底邊保留有氧化層的倒梯形截面，如圖7所示；

S4、在所述溝槽中第二次填充多晶硅4；

S5、在位于所述外延層1上部、所述溝槽之外的區(qū)域制備與所述襯底2中載流子類型不同的第一注入?yún)^(qū)6，并進行熱退火處理，如圖9所示；

S6、在所述第一注入?yún)^(qū)6內(nèi)、與所述溝槽的兩側(cè)壁連接的位置制備與所述襯底2中載流子類型相同的第二注入?yún)^(qū)7，如圖10所示；

S7、在每個所述溝槽內(nèi)多晶硅4的上表面制備介質(zhì)層8，每個所述介質(zhì)層8部分覆蓋位于對應(yīng)所述溝槽兩側(cè)的第二注入?yún)^(qū)7，如圖11所示；

S8、在所述介質(zhì)層8、第一注入?yún)^(qū)6以及第二注入?yún)^(qū)7的上表面制備金屬層9。

所述步驟S2具體包括：

S21、在所述外延層1中通過刻蝕形成多個所述溝槽，如圖2所示；

S22、在所述外延層1的表面和每個所述溝槽中制備連續(xù)的氧化層3，如圖3所示；

S23、在所述氧化層3上形成多晶硅4，如圖4所示；

S24、進行刻蝕，使不設(shè)置有溝槽的所述外延層1的表面以及與所述外延層1的表面平齊的所述氧化層3和多晶硅4露出，如圖5所示；

S25、設(shè)置光刻膠來覆蓋所述氧化層3和外延層1，并在所述多晶硅4表面形成刻蝕窗口，如圖6所示。

所述步驟S3中通過所述刻蝕窗口對所述溝槽進行刻蝕；進行所述步驟S4之前首先去除所述光刻膠。

所述步驟S4具體為：

S41、在所述外延層1的表面、氧化層3的表面以及每個所述溝槽中填充多晶硅4，如圖8所示；

S42、進行刻蝕，使不設(shè)置有溝槽的所述外延層1的表面以及與不設(shè)置有溝槽的所述外延層1的表面平齊的所述氧化層3和多晶硅4露 出，如圖9所示。

優(yōu)選地，所述溝槽底部與所述襯底接觸。

所述步驟S21、S24、S42中，均通過干法刻蝕進行刻蝕操作。干法刻蝕為：干法刻蝕是用等離子體進行薄膜刻蝕的技術(shù)。當氣體以等離子體形式存在時，它具備兩個特點：一方面等離子體中的這些氣體化學(xué)活性比常態(tài)下時要強很多，根據(jù)被刻蝕材料的不同，選擇合適的氣體，就可以更快地與材料進行反應(yīng)，實現(xiàn)刻蝕去除的目的；另一方面，還可以利用電場對等離子體進行引導(dǎo)和加速，使其具備一定能量，當其轟擊被刻蝕物的表面時，會將被刻蝕物材料的原子擊出，從而達到利用物理上的能量轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)刻蝕的目的。因此，干法刻蝕是晶圓片表面物理和化學(xué)兩種過程平衡的結(jié)果。

所述步驟S6中，使用光刻膠作為掩膜，進行所述第二注入?yún)^(qū)的注入操作。

氧化層，通過熱氧化制備，

所述步驟S3中，采用濕法刻蝕進行操作，刻蝕溶液對所述多晶硅4的刻蝕速度優(yōu)選地大于對所述氧化層3的刻蝕速度的十倍，最終形成的側(cè)壁氧化層斜率由刻蝕速率比決定，從而使所述溝槽形成側(cè)邊和短底邊保留有氧化層的倒梯形截面。

所述濕法刻蝕將刻蝕材料浸泡在腐蝕液內(nèi)進行腐蝕的技術(shù)。簡單來說，就是中學(xué)化學(xué)課中化學(xué)溶液腐蝕的概念，它是一種純化學(xué)刻蝕，具有優(yōu)良的選擇性，刻蝕完當前薄膜就會停止，而不會損壞下面一層其他材料的薄膜。

所述介質(zhì)層為絕緣層，用于將與多晶硅短接的柵極以及與金屬層短接的源極隔離分開。所述硅襯底與漏極短接，所述多晶硅與柵極短接，所述金屬層與源極短接。

所述步驟S25中，通過光刻形成所述刻蝕窗口，光刻(photoetching)是通過一系列生產(chǎn)步驟，將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝，光刻生產(chǎn)的目標是根據(jù)設(shè)計的要求，生成尺寸精確的特征圖形，并且在 晶圓表面的位置正確且與其它部件(parts)的關(guān)聯(lián)正確。

所述步驟S6中，使用光刻膠作為掩膜，進行第二注入?yún)^(qū)的注入操作。所述光刻膠，又稱光致抗蝕劑，由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分組成的對光敏感的混合液體。感光樹脂經(jīng)光照后，在曝光區(qū)能很快地發(fā)生光固化反應(yīng)，使得這種材料的物理性能，特別是溶解性、親合性等發(fā)生明顯變化。經(jīng)適當?shù)娜軇┨幚?，溶去可溶性部分，得到所需圖像。在半導(dǎo)體制造中，采用光刻技術(shù)，用于這些步驟的圖形“底片”稱為掩膜(也稱作“掩?！?，其作用是：在硅片上選定的區(qū)域中對一個不透明的圖形模板掩膜，繼而下面的腐蝕或擴散將只影響選定的區(qū)域。

上述襯底若為N型襯底，則第一注入?yún)^(qū)則為P型注入?yún)^(qū)，第二注入?yún)^(qū)則為N型注入?yún)^(qū)；反之，若襯底為P型襯底，則第一注入?yún)^(qū)則為N型注入?yún)^(qū)，第二注入?yún)^(qū)則為P型注入?yún)^(qū)。

本發(fā)明的超結(jié)結(jié)構(gòu)，由于溝槽內(nèi)的多晶硅和柵極短接，器件導(dǎo)通時氧化層的側(cè)墻結(jié)構(gòu)附近產(chǎn)生低阻溝道，存在橫向電場的橫向耗盡和插入，類似PN柱的超結(jié)器件的結(jié)構(gòu)，降低了導(dǎo)通電阻；關(guān)斷時由于存在橫向的電場，使外延層的載流子減少，也提高了超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓性。

以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。