平面栅沟槽型超级结器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种平面栅沟槽型超级结器件，包括：沟槽型超级结；形成于有源区外的沟槽型超级结的顶部场氧化层；形成于有源区中的沟槽型超级结的各N型薄层表面的多晶硅栅；各多晶硅栅还延伸到对应的场氧化层的表面并组成多晶硅延伸段；各多晶硅延伸段分别通过接触孔连接到同一个金属总线，由金属总线引出栅极衬垫；各多晶硅延伸段的宽度小于等于对应的N型薄层的宽度，使各多晶硅延伸段和各P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开。本发明专利技术还公开了一种平面栅沟槽型超级结器件的制造方法。本发明专利技术防止各多晶硅延伸段跨越P型薄层时各孔洞缺陷中出现多晶硅残留而引起的栅源短路问题以及各孔洞缺陷本身带来的可靠性降低问题。

Planar grid trench type super junction device and manufacturing method thereof

The invention discloses a plane gate trench type super junction device includes a trench type super node; the top of the trench type super junction formed in the active region of the field oxide layer; trench type super junction formed in the active region of the N type thin surface polysilicon gate; the polysilicon gate also extends to the surface a field oxide layer and the corresponding extension of the polysilicon polysilicon composition; extension through contact holes respectively connected to the same bus by the gate pad metal, metal bus leads to extension of the polysilicon; the width is less than or equal to N thin layer corresponding to the width of the hole defect extension and the polysilicon thin layer P in the position of stagger. The invention also discloses a method for manufacturing a planar grid trench type super junction device. The invention prevents the short circuit of the gate source caused by the polysilicon residue in the hole defects of each polysilicon extending section across the P thin layer and the reliability reduction problem caused by each hole defect itself.

【技术实现步骤摘要】
平面栅沟槽型超级结器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种平面栅沟槽型超级结器件。本专利技术还涉及一种平面栅沟槽型超级结器件的制造方法
技术介绍
超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和N型薄层也称N型柱组成，利用P型薄层和N型薄层完成匹配形成的耗尽层来提升反向耐压同时保持较小的导通电阻。超级结的PN间隔的Pillar结构是超级结的最大特点。现有制作PN间隔的pillar结构主要有两种方法，一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，另一种是通过深沟槽刻蚀以及外延(EPI)填充的方式来制作。后一种方法即为沟槽型超级结的制造方法，这种方法是通过沟槽工艺制作超级结，需要先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽，然后利用外延填充(EPIFilling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延，并且要求填充区域具有完好的晶体结构，以便后续流程制作高性能的器件。这种工艺的最大难点在于在沟槽中填充硅外延，硅外延填充沟槽后往往会不可避免的形成一些孔洞缺陷。如图1所示，是现有沟槽型超级结的结构示意图；在N型半导体衬底如硅衬底101的表面形成有N型外延层102，首先需要在N型外延层102中形成有多个沟槽103。之后，进行填充工艺，如图2所示，是现有沟槽型超级结器件的制造方法中沟槽填充形成后的结构示意图；在各沟槽103中填充P型外延层104，由填充于各沟槽103中的P型外延层104组成P型薄层104也即P型柱104，由各P型薄层104之间的N型外延层102组成N型薄层，N型薄层也用标记102表示。图2所示结构中表示了超级结由多个交替排列的N型薄层和P型薄层104组成。但是现有沟槽填充工艺并不是很完美，往往在沟槽填充过程中会形成孔洞缺陷，在图2中特定用画出了如标记105所示的孔洞缺陷。如图3所示，是现有沟槽型超级结器件的制造方法形成的超级结的照片；图3中可以看出交替排列的N型薄层102和P型薄层104，在多个P型薄层104中出现了孔洞缺陷105。沟槽型超级结中的孔洞缺陷105的存在对器件的可靠性是一大隐患，甚至会造成漏电等情形从而使器件失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种平面栅沟槽型超级结器件，能消除沟槽填充中的孔洞缺陷引起的失效以及提高器件的可靠性。为此，本专利技术还提供一种平面栅沟槽型超级结器件的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的平面栅沟槽型超级结器件包括：沟槽型超级结，由交替排列的P型薄层和N型薄层组成，所述P型薄层由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述N型薄层由各所述P型薄层之间的N型外延层组成。场氧化层，形成于有源区外的所述沟槽型超级结的顶部，由所述场氧化层围绕出所述有源区。P型体区，形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述P型薄层的顶部并延伸到相邻的所述N型薄层中。多晶硅栅，形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述N型薄层的表面，各所述多晶硅栅和底部的所述沟槽型超级结之间形成有栅介质层。所述多晶硅栅的两侧覆盖对应的所述P型体区，源区形成于各所述P型体区表面且和对应的所述多晶硅栅的侧面自对准，被所述多晶硅栅覆盖的所述P型体区表面用于形成沟道。各所述多晶硅栅还延伸到对应的所述场氧化层的表面并组成各所述多晶硅栅的多晶硅延伸段，各所述多晶硅延伸段通过所述场氧化层和底部的所述N型薄层隔离。各所述多晶硅延伸段分别通过接触孔连接到同一个金属总线，由所述金属总线引出栅极衬垫。各所述P型薄层中随机存在P型外延层填充所述沟槽时形成的孔洞缺陷，各所述多晶硅延伸段的宽度小于等于对应的所述N型薄层的宽度，使各所述多晶硅延伸段和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开，防止各所述多晶硅延伸段跨越所述P型薄层时各所述孔洞缺陷中出现多晶硅残留而引起的栅源短路问题以及各所述孔洞缺陷本身带来的可靠性降低问题。进一步的改进是，所述P型外延层为P型硅外延层，所述N型外延层为N型硅外延层，所述N型外延层形成于硅衬底表面。进一步的改进是，所述场氧化层在所述有源区的边界处具有倾斜面，各所述多晶硅延伸段先爬过所述场氧化层的倾斜面在进入到所述场氧化层的顶部表面。进一步的改进是，各所述多晶硅栅和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开。进一步的改进是，各所述多晶硅栅和各所述多晶硅延伸段采用相同的多晶硅淀积和光刻刻蚀工艺同时形成。进一步的改进是，在所述金属总线和所述多晶硅延伸段之间形成间隔有层间膜，所述多晶硅延伸段顶部的接触孔穿过所述层间膜和所属金属总线连接。进一步的改进是，所述层间膜还覆盖在各所述多晶硅栅、各所述源区和所述场氧化层表面。进一步的改进是，所述栅介质层为栅氧化层。为解决上述技术问题，本专利技术提供的平面栅沟槽型超级结器件的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成有N型外延层。步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述N型外延层中形成多个沟槽。步骤三、采用外延生长中在所述沟槽中填充P型外延层。由填充于沟槽中的P型外延层组成P型薄层，由各所述P型薄层之间的N型外延层组成N型薄层；所述P型薄层和所述N型薄层交替排列组成沟槽型超级结。各所述P型薄层中随机存在P型外延层填充所述沟槽时形成的孔洞缺陷。步骤四、光刻定义出有源区，在所述有源区外的所述沟槽型超级结的顶部形成场氧化层，由所述场氧化层围绕出所述有源区。步骤五、形成P型体区，所述P型体区位于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述P型薄层的顶部并延伸到相邻的所述N型薄层中。步骤六、形成栅介质层，在所述栅介质层的表面形成多晶硅层。步骤七、采用光刻刻蚀工艺对所述多晶硅层进行图形化同时形成多晶硅栅和多晶硅延伸段；各所述多晶硅栅形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述N型薄层的表面；所述多晶硅栅的两侧覆盖对应的所述P型体区；被所述多晶硅栅覆盖的所述P型体区表面用于形成沟道。各所述多晶硅延伸段由各所述多晶硅栅还延伸到对应的所述场氧化层的表面组成，各所述多晶硅延伸段通过所述场氧化层和底部的所述N型薄层隔离。各所述多晶硅延伸段的宽度小于等于对应的所述N型薄层的宽度，使各所述多晶硅延伸段和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开，防止各所述多晶硅延伸段跨越所述P型薄层时各所述孔洞缺陷中出现多晶硅残留而引起的栅源短路问题以及各所述孔洞缺陷本身带来的可靠性降低问题。步骤八、形成源区，所述源区位于各所述P型体区表面且和对应的所述多晶硅栅的侧面自对准。步骤九、形成接触孔和金属总线，各所述多晶硅延伸段分别通过接触孔连接到同一个所述金属总线，由所述金属总线引出栅极衬垫。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底，所述P型外延层为P型硅外延层，所述N型外延层为N型硅外延层。进一步的改进是，所述场氧化层在所述有源区的边界处具有倾斜面，各所述多晶硅延伸段先爬过所述场氧化层的倾斜面在进入到所述场氧化层的顶部表面。进一步的改进是，各所述多晶硅栅和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开。进一步的改进是，在形成所述接触孔之前还包括形成层间膜的步骤，在所述金属总线和所述多晶硅延伸段之间形成间隔有层间膜，所述多晶硅延伸段顶部的接触孔穿过所述层间膜和所属金属总线连接。进一步的改进是，所述层间膜还覆盖在各所述多晶硅栅、各所述源区和所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于，包括：沟槽型超级结，由交替排列的P型薄层和N型薄层组成，所述P型薄层由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述N型薄层由各所述P型薄层之间的N型外延层组成；场氧化层，形成于有源区外的所述沟槽型超级结的顶部，由所述场氧化层围绕出所述有源区；P型体区，形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述P型薄层的顶部并延伸到相邻的所述N型薄层中；多晶硅栅，形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述N型薄层的表面，各所述多晶硅栅和底部的所述沟槽型超级结之间形成有栅介质层；所述多晶硅栅的两侧覆盖对应的所述P型体区，源区形成于各所述P型体区表面且和对应的所述多晶硅栅的侧面自对准，被所述多晶硅栅覆盖的所述P型体区表面用于形成沟道；各所述多晶硅栅还延伸到对应的所述场氧化层的表面并组成各所述多晶硅栅的多晶硅延伸段，各所述多晶硅延伸段通过所述场氧化层和底部的所述N型薄层隔离；各所述多晶硅延伸段分别通过接触孔连接到同一个金属总线，由所述金属总线引出栅极衬垫；各所述P型薄层中随机存在P型外延层填充所述沟槽时形成的孔洞缺陷，各所述多晶硅延伸段的宽度小于等于对应的所述N型薄层的宽度，使各所述多晶硅延伸段和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开，防止各所述多晶硅延伸段跨越所述P型薄层时各所述孔洞缺陷中出现多晶硅残留而引起的栅源短路问题以及各所述孔洞缺陷本身带来的可靠性降低问题。...

【技术特征摘要】
1.一种平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于，包括：沟槽型超级结，由交替排列的P型薄层和N型薄层组成，所述P型薄层由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述N型薄层由各所述P型薄层之间的N型外延层组成；场氧化层，形成于有源区外的所述沟槽型超级结的顶部，由所述场氧化层围绕出所述有源区；P型体区，形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述P型薄层的顶部并延伸到相邻的所述N型薄层中；多晶硅栅，形成于所述有源区中的所述沟槽型超级结的各所述N型薄层的表面，各所述多晶硅栅和底部的所述沟槽型超级结之间形成有栅介质层；所述多晶硅栅的两侧覆盖对应的所述P型体区，源区形成于各所述P型体区表面且和对应的所述多晶硅栅的侧面自对准，被所述多晶硅栅覆盖的所述P型体区表面用于形成沟道；各所述多晶硅栅还延伸到对应的所述场氧化层的表面并组成各所述多晶硅栅的多晶硅延伸段，各所述多晶硅延伸段通过所述场氧化层和底部的所述N型薄层隔离；各所述多晶硅延伸段分别通过接触孔连接到同一个金属总线，由所述金属总线引出栅极衬垫；各所述P型薄层中随机存在P型外延层填充所述沟槽时形成的孔洞缺陷，各所述多晶硅延伸段的宽度小于等于对应的所述N型薄层的宽度，使各所述多晶硅延伸段和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开，防止各所述多晶硅延伸段跨越所述P型薄层时各所述孔洞缺陷中出现多晶硅残留而引起的栅源短路问题以及各所述孔洞缺陷本身带来的可靠性降低问题。2.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：所述P型外延层为P型硅外延层，所述N型外延层为N型硅外延层，所述N型外延层形成于硅衬底表面。3.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：所述场氧化层在所述有源区的边界处具有倾斜面，各所述多晶硅延伸段先爬过所述场氧化层的倾斜面在进入到所述场氧化层的顶部表面。4.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：各所述多晶硅栅和各所述P型薄层的孔洞缺陷在位置上错开。5.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：各所述多晶硅栅和各所述多晶硅延伸段采用相同的多晶硅淀积和光刻刻蚀工艺同时形成。6.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：在所述金属总线和所述多晶硅延伸段之间形成间隔有层间膜，所述多晶硅延伸段顶部的接触孔穿过所述层间膜和所属金属总线连接。7.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：所述层间膜还覆盖在各所述多晶硅栅、各所述源区和所述场氧化层表面。8.如权利要求1所述的平面栅沟槽型超级结器件，其特征在于：所述栅介质层为栅氧化层。9.一种平面栅沟槽型超级结器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成有N型外延层；步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述N型外延层中形成多个沟槽；步骤三、采用外延生长中在所述沟槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31