溝槽柵超結(jié)mosfet器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，包括多個(gè)元胞，所述元胞包括N+型襯底，N+型襯底上生長(zhǎng)有N?型外延層；N+型襯底背面淀積漏極金屬形成MOSFET器件的漏極，在元胞的N?型外延層兩側(cè)自頂部向下形成有P型柱深槽結(jié)構(gòu)；在元胞的N?型外延層頂部中間形成有溝槽柵；在溝槽柵的側(cè)面形成有側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)，溝槽柵的底部形成有埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)；在元胞的N?型外延層頂部溝槽柵的側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)與P型柱深槽結(jié)構(gòu)之間形成有P型體區(qū)；且P型體區(qū)頂部形成有N+型源區(qū)；P型體區(qū)和P型柱深槽結(jié)構(gòu)頂部形成有用于接觸的P+型區(qū)；源極金屬淀積在N?型外延層頂部，源極金屬與溝槽柵之間有介質(zhì)層隔離。本實(shí)用新型導(dǎo)通電阻小，柵漏電容制作時(shí)可調(diào)節(jié)。
【專利說(shuō)明】
溝槽柵超結(jié)MOSFET器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其是一種高耐壓的MOSFET器件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前現(xiàn)有的普通VDMOS器件如圖1所示，包括N+型襯底1、N_型外延層2(N_epi)、柵氧化層4、多晶硅柵極5(Poly 6&仏)、？型體區(qū)6(?130(^);普通￥0103器件想要提高耐壓，需要更高電阻率、更厚的N-型外延層2，但這樣會(huì)極大的增加MOS器件的導(dǎo)通電阻；
[0003]現(xiàn)有的平面柵超結(jié)MOS器件如圖2所示，包括N+型襯底1、N_型外延層2(N_epi)、P型柱深槽結(jié)構(gòu)3(P pillar trench)、柵氧化層4、多晶娃柵極5(Poly Gate)、P型體區(qū)6(Pbody);通過(guò)在器件內(nèi)部引入深槽Trench結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)橫向的P型柱/ N-型外延層耗盡，這樣可以在很低電阻率的N-型外延層下，就實(shí)現(xiàn)很高耐壓，并降低導(dǎo)通電阻;傳統(tǒng)的平面柵超結(jié)M0SFET，因?yàn)榇嬖赑型體區(qū)6間的JFET區(qū)域，會(huì)增加導(dǎo)通電阻。并且由于溝道長(zhǎng)度等限制，很難進(jìn)一步縮小器件尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，完全屏蔽了 JFET效應(yīng)，并且溝槽柵的深度可以在制作時(shí)調(diào)節(jié)，從而改變溝道長(zhǎng)度和結(jié)電容。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，包括多個(gè)元胞，所述元胞包括N+型襯底，N+型襯底上生長(zhǎng)有N-型外延層;N+型襯底背面淀積漏極金屬形成MOSFET器件的漏極，
[0006]在元胞的N-型外延層兩側(cè)自頂部向下形成有P型柱深槽結(jié)構(gòu)；
[0007]在元胞的N-型外延層頂部中間形成有溝槽柵，溝槽柵作為MOSFET器件的柵極；
[0008]在溝槽柵的側(cè)面形成有側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)，溝槽柵的底部形成有埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)；
[0009]在元胞的N-型外延層頂部溝槽柵的側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)與P型柱深槽結(jié)構(gòu)之間形成有P型體區(qū)；且P型體區(qū)頂部形成有N+型源區(qū)；P型體區(qū)和P型柱深槽結(jié)構(gòu)頂部形成有用于接觸的P+型接觸區(qū)；
[0010]源極金屬淀積在N-型外延層頂部，與P型柱深槽結(jié)構(gòu)、P型體區(qū)和N+型源區(qū)連接，形成MOSFET器件的源極;源極金屬與溝槽柵之間有介質(zhì)層隔離。
[0011]進(jìn)一步地，所述埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)的厚度大于側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)的厚度。
[0012]進(jìn)一步地，溝槽柵中填充有多晶硅。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型溝槽柵內(nèi)的柵氧結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新的，其中常規(guī)的側(cè)壁柵氧就是用來(lái)進(jìn)行柵極對(duì)溝道的控制，但是柵極溝槽底部引入埋層?xùn)叛?，它比?cè)壁柵氧要厚，從而調(diào)節(jié)柵漏電容，并優(yōu)化器件的開(kāi)關(guān)特性。具體具有下述優(yōu)點(diǎn):
[0014]1)P型柱深槽結(jié)構(gòu)與N-型外延層間形成超結(jié)，可以降低導(dǎo)通電阻；
[0015]2)溝槽柵結(jié)構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)的平面柵結(jié)構(gòu)，也可以降低導(dǎo)通電阻；
[0016]3)溝槽柵內(nèi)側(cè)壁柵氧和埋層?xùn)叛鹾穸炔灰恢?，可以調(diào)節(jié)柵漏電容。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為現(xiàn)有VDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為現(xiàn)有平面柵超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型的P型柱深槽結(jié)構(gòu)刻蝕示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)用新型的P型柱深槽結(jié)構(gòu)填充示意圖。
[0021 ]圖5為本實(shí)用新型的柵極溝槽刻蝕示意圖。
[0022]圖6為本實(shí)用新型的柵極溝槽內(nèi)生長(zhǎng)氧化層示意圖。
[0023]圖7為本實(shí)用新型的柵極溝槽氧化層刻蝕并形成埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8為本實(shí)用新型的柵極溝槽側(cè)壁生長(zhǎng)氧化層形成側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖9為本實(shí)用新型的柵極溝槽多晶硅淀積并形成溝槽柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖10為本實(shí)用新型的N-型外延層頂部注入形成成P型體區(qū)和N+型源區(qū)示意圖。
[0027]圖11為本實(shí)用新型的生長(zhǎng)介質(zhì)層并刻蝕介質(zhì)層形成接觸孔示意圖。
[0028]圖12為本實(shí)用新型的淀積源極金屬形成源極示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]本實(shí)施例首先介紹溝槽柵超結(jié)MOSFET器件的制作方法，最后形成所需要的超結(jié)MOSFET器件結(jié)構(gòu)。
[0031]溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，內(nèi)部包含許多個(gè)元胞，本實(shí)施例各圖所畫(huà)為一個(gè)元胞的結(jié)構(gòu)。
[0032]步驟一，如圖3所示，提供N+型襯底I，N+型襯底I上生長(zhǎng)有N-型外延層2;在元胞的N-型外延層2兩側(cè)自頂部向下進(jìn)行刻蝕形成深槽結(jié)構(gòu)3';
[0033]步驟二，如圖4所示，在深槽結(jié)構(gòu)3'中外延生長(zhǎng)P型雜質(zhì)層，進(jìn)行深槽結(jié)構(gòu)3'的填充工藝，形成P型柱深槽結(jié)構(gòu)3;該結(jié)構(gòu)用于超結(jié)MOSFET的橫向耐壓；
[0034]步驟三，如圖5所示，在元胞的N-型外延層2頂部中間進(jìn)行柵極溝槽5'的刻蝕，根據(jù)需要的溝道長(zhǎng)度和結(jié)電容，會(huì)對(duì)柵極溝槽5'深度進(jìn)行控制；
[0035]步驟四，如圖6所示，利用熱氧生長(zhǎng)或者淀積的方式，在柵極溝槽5'內(nèi)部生長(zhǎng)填充氧化層4;
[0036]步驟五，如圖7所示，利用凹蝕(Etchback)工藝，將柵極溝槽5'內(nèi)上部的氧化層刻蝕掉，只留下底部的氧化層，形成埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)42，并根據(jù)需要的結(jié)電容來(lái)調(diào)節(jié)埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)42的厚度；
[0037]步驟六，如圖8所示，利用干氧生長(zhǎng)工藝，在柵極溝槽5'側(cè)壁形成較薄的側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)41，從而實(shí)現(xiàn)柵極對(duì)溝道的控制；
[0038]步驟七，如圖9所示，在柵極溝槽5'內(nèi)進(jìn)行多晶硅的淀積和刻蝕，形成溝槽柵5的結(jié)構(gòu)；
[0039]步驟八，如圖10所示，在元胞的N-型外延層2頂部溝槽柵的側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)41與P型柱深槽結(jié)構(gòu)3之間先進(jìn)行P型雜質(zhì)注入擴(kuò)散形成P型體區(qū)6(Pbody)，然后進(jìn)行N+型雜質(zhì)的注入擴(kuò)散形成N+型源區(qū)7;
[0040]步驟九，如圖11所示，在N-型外延層2頂部生長(zhǎng)介質(zhì)層9，在介質(zhì)層9中刻蝕形成接觸孔91(接觸孔即contact)，接觸孔91對(duì)準(zhǔn)P型柱深槽結(jié)構(gòu)3、P型體區(qū)6和部分N+型源區(qū)7;接觸孔91可以刻蝕掉部分N-外延層表面;在接觸孔91內(nèi)進(jìn)行P+型雜質(zhì)的注入，形成P+型接觸區(qū)；需要說(shuō)明的是圖11和圖12中，P+型接觸區(qū)在P型體區(qū)6和P型柱深槽結(jié)構(gòu)3頂部均有分布；P型柱深槽結(jié)構(gòu)3頂部的P+型接觸區(qū)未畫(huà)出；
[0041 ]步驟十，如圖12所示，在N-型外延層2頂部淀積源極金屬8，源極金屬8填充接觸孔91，并與P型柱深槽結(jié)構(gòu)3、P型體區(qū)6和N+型源區(qū)7連接;形成器件的源極;源極金屬8與溝槽柵5之間有介質(zhì)層9隔離。
[0042]最后進(jìn)行器件的背面減薄，在N+型襯底I背面淀積漏極金屬形成MOSFET器件的漏極。
[0043]通過(guò)上述工藝步驟，形成了本實(shí)用新型的溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，包括多個(gè)元胞，所述元胞包括N+型襯底I，N+型襯底I上生長(zhǎng)有N-型外延層2;N+型襯底I背面淀積漏極金屬形成MOSFET器件的漏極；
[0044]在元胞的N-型外延層2兩側(cè)自頂部向下形成有P型柱深槽結(jié)構(gòu)3;
[0045]在元胞的N-型外延層2頂部中間形成有溝槽柵5，溝槽柵5作為MOSFET器件的柵極；
[0046]在溝槽柵5的側(cè)面形成有側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)41，溝槽柵5的底部形成有埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)42;
[0047]在元胞的N-型外延層2頂部溝槽柵的側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)41與P型柱深槽結(jié)構(gòu)3之間形成有P型體區(qū)6;且P型體區(qū)6頂部形成有N+型源區(qū)7;P型體區(qū)6和P型柱深槽結(jié)構(gòu)3頂部形成有用于接觸的P+型接觸區(qū)；
[0048]源極金屬8淀積在N-型外延層2頂部，與P型柱深槽結(jié)構(gòu)3、P型體區(qū)6和N+型源區(qū)7連接;源極金屬8與溝槽柵5之間有介質(zhì)層9隔離。
[0049]優(yōu)選地，所述埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)42的厚度大于側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)41的厚度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，包括多個(gè)元胞，所述元胞包括N+型襯底(I)，N+型襯底(I)上生長(zhǎng)有N-型外延層(2) ;N+型襯底(I)背面淀積漏極金屬形成MOSFET器件的漏極，其特征在于: 在元胞的N-型外延層(2)兩側(cè)自頂部向下形成有P型柱深槽結(jié)構(gòu)(3); 在元胞的N-型外延層(2)頂部中間形成有溝槽柵(5)，溝槽柵(5)作為MOSFET器件的柵極； 在溝槽柵(5)的側(cè)面形成有側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)(41)，溝槽柵(5)的底部形成有埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)(42); 在元胞的N-型外延層(2)頂部溝槽柵的側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)(41)與P型柱深槽結(jié)構(gòu)(3)之間形成有P型體區(qū)(6);且P型體區(qū)(6)頂部形成有N+型源區(qū)(7) ;P型體區(qū)(6)和P型柱深槽結(jié)構(gòu)(3)頂部形成有用于接觸的P+型接觸區(qū)； 源極金屬(8)淀積在N-型外延層(2)頂部，與P型柱深槽結(jié)構(gòu)(3)、P型體區(qū)(6)和N+型源區(qū)(7)連接，形成MOSFET器件的源極;源極金屬(8)與溝槽柵(5)之間有介質(zhì)層(9)隔離。2.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，其特征在于: 所述埋層?xùn)叛踅Y(jié)構(gòu)(42)的厚度大于側(cè)壁柵氧結(jié)構(gòu)(41)的厚度。3.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵超結(jié)MOSFET器件，其特征在于: 溝槽柵(5)中填充有多晶硅。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK205488139SQ201620257793
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】白玉明, 錢(qián)振華, 張海濤
【申請(qǐng)人】無(wú)錫同方微電子有限公司