一种功率半导体器件制造技术

本申请实施例中提供了一种功率半导体器件，所述功率半导体器件包括：自下而上依次层叠设置的半导体基板、第一绝缘层、停止层以及层间介质层；半导体基板内的体区；依次穿过第一绝缘层和体区并延伸至半导体基板内的第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽内自下而上依次设置有具有凹槽结构的第一多晶硅、位于凹槽结构顶部表面的第四绝缘层以及位于第四绝缘层表面的侧墙结构，第二沟槽被第二多晶硅完全填充；依次穿过层间介质层、停止层以及第一绝缘层并与第一沟槽连通的第一接触孔；自体区表面延伸至体区内并设置在第二沟槽周围的源区。采用本申请中的方案，栅极区域的接触孔形成自对准结构，可以防止刻蚀氛围对栅极介质层造成损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件
本申请涉及半导体
，具体地，涉及一种功率半导体器件。
技术介绍
功率半导体器件是电力电子系统进行能量转换和控制的基本电子元器件，电力电子技术的不断发展为功率半导体器件开拓了广泛的应用领域，以MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效晶体管)和IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)为标志的功率半导体器件是当今电力电子器件领域的主流。MOSFET和IGBT的栅极结构包括沟槽型和平面型。沟槽型栅极通常是通过在沟槽侧壁生长栅氧化层并填充多晶硅而形成，这种栅极结构提高了功率半导体器件平面面积的利用效率，使得单位面积可获得的沟道宽度和电流密度更大，从而使器件获得更大的电流导通能力，因而具有沟槽型栅极的功率半导体器件已被广泛应用于电机调速、逆变器、电源、电子开关、音响、汽车电器等多种领域。主流的具有沟槽型栅极的功率半导体器件，都是采用多个元胞按照一定步距重复并最终并联的设计。在摩尔定律的驱使下，单位面积的元胞数量最终决定了器件的性能，因而在制造能力允许的范围内，需要尽可能地压缩沟槽和接触孔的尺寸以尽可能地减小元胞的尺寸。但是沟槽和接触孔的尺寸被压缩后，光刻栅极区域的接触孔时容易发生套准偏差，后续的刻蚀工艺会使栅极介质层受到损伤，进而导致栅极和源极发生电流泄漏，甚至完全穿通失效。
技术实现思路
本申请实施例中提供了一种功率半导体器件，用于解决制备功率半导体器件发生套准偏差而导致栅极介质层损伤的问题。本申请实施例提供了一种功率半导体器件，包括：自下而上依次层叠设置的半导体基板、第一绝缘层、停止层以及层间介质层；自半导体基板表面延伸至半导体基板内的体区；依次穿过第一绝缘层和体区并延伸至半导体基板内的第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽的宽度大于第二沟槽的宽度，其中，第一沟槽的内壁设置有第二绝缘层，第一沟槽内自下而上依次设置有具有凹槽结构的第一多晶硅、位于凹槽结构顶部表面的第四绝缘层以及位于第四绝缘层表面的侧墙结构，第二沟槽的内壁设置有第三绝缘层，第二沟槽被第二多晶硅完全填充，第二多晶硅的表面设置有第五绝缘层；依次穿过层间介质层、停止层以及第一绝缘层并与第一沟槽连通的第一接触孔；自体区表面延伸至体区内并设置在第二沟槽周围的源区，源区的掺杂类型和体区的掺杂类型相反；依次穿过层间介质层、停止层、第一绝缘层以及源区并延伸至体区内的第二接触孔，第二接触孔的底部设置有接触区，接触区的掺杂类型和体区的掺杂类型相同。进一步地，第一沟槽的深度和第二沟槽的深度相同。进一步地，第一接触孔的宽度和第一沟槽的宽度相同。进一步地，侧墙结构为氮化硅侧墙结构，停止层为氮化硅停止层。进一步地，层间介质层为二氧化硅层。进一步地，上述功率半导体器件还包括：填充第一沟槽和第一接触孔的第一电极结构，第一电极结构包括第一阻挡金属层和第一正面金属层，第一阻挡金属层位于第一接触孔内壁、侧墙结构内壁以及凹槽结构内壁，第一正面金属层位于第一阻挡金属层表面；填充第二接触孔且至少覆盖第二沟槽和源区上方的层间介质层的第二电极结构，第二电极结构包括第二阻挡金属层和第二正面金属层，第二阻挡金属层位于第二接触孔内壁和层间介质层表面，第二正面金属层位于第二阻挡金属层表面。进一步地，上述功率半导体器件还包括：位于半导体基板背面的背面金属层。进一步地，上述功率半导体器件还包括：位于半导体基板内的PN结。进一步地，半导体基板为单晶片；或者，半导体基板为外延片，外延片包括衬底和外延层。采用本申请实施例中提供的功率半导体器件，位于栅极区域的沟槽内自下而上依次设置有具有凹槽结构的第一多晶硅、位于凹槽结构顶部表面的第四绝缘层以及位于第四绝缘层表面的侧墙结构，由于侧墙结构的存在，会使栅极区域的接触孔形成自对准结构，即当接触孔层(光刻)与前层发生套准偏差时，侧墙结构会作为硬掩模，对栅极区域除接触孔以外的其它区域提供保护，防止刻蚀氛围对栅极介质层造成损伤，而仅露出第一多晶硅的部分表面以形成栅极区域的接触孔。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本申请实施例的功率半导体器件的结构示意图；图2至图13为制备本申请实施例的功率半导体器件各步骤中的器件结构示意图。具体实施方式为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。第一方面，本申请实施例提供一种功率半导体器件，该功率半导体器件可以为MOSFET、IGBT等具有沟槽型栅极的功率半导体器件。图1为本申请实施例提供的功率半导体器件的结构示意图，该功率半导体器件包括半导体基板、体区13、第一沟槽、第二沟槽、第一绝缘层151、源区17、停止层18、层间介质层19、第一接触孔201以及第二接触孔202，其中，半导体基板、第一绝缘层151、停止层18以及层间介质层19自下而上依次层叠设置。具体地，不同类型的功率半导体器件，对应有不同的半导体基板。若本申请实施例提供的功率半导体器件为MOSFET，则半导体基板可以为外延片；若本申请实施例提供的功率半导体器件为IGBT，则半导体基板可以为外延片，也可以为单晶片。以采用外延片作为半导体基板为例，外延片包括衬底11以及位于衬底11表面的外延层12。外延片可以通过商购获得，也可以通过采用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)或者物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)等工艺，在衬底11表面沉积外延层12获得。本申请实施例对于衬底11与外延层12的掺杂类型均不做特别限定。一般情况下，若功率半导体器件为MOSFET，则衬底11与外延层12的掺杂类型相同，比如衬底11与外延层12均为N型掺杂或均为P型掺杂；若功率半导体器件为IGBT，则衬底11与外延层12的掺杂类型可以不同，比如衬底11为P型掺杂，外延层12为N型掺杂。本申请实施例并不限于此，可以根据实际器件类型及参数要求控制二者的掺杂类型。在功率半导体器件中，一般控制衬底11的掺杂浓度大于外延层12的掺杂浓度。但本技术并不限于此，可以根据实际器件类型及参数要求控制二者的掺杂浓度。此外，外延层12的厚度越大，越有利于提高器件的击穿电压，尤其是在IGBT中，但不利于器件的小型化。本领域技术人员可以根据实际需求确定衬底11及外延层12的厚度。本实施例中，外延层12的厚度大于沟槽深度；在其它实施例中，外延层12的厚度也可以小于或等于沟槽深度。体区13自半导体基板表面延伸至半导体基板内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：/n自下而上依次层叠设置的半导体基板、第一绝缘层、停止层以及层间介质层；/n自所述半导体基板表面延伸至所述半导体基板内的体区；/n依次穿过所述第一绝缘层和所述体区并延伸至所述半导体基板内的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽的宽度大于所述第二沟槽的宽度，其中，所述第一沟槽的内壁设置有第二绝缘层，所述第一沟槽内自下而上依次设置有具有凹槽结构的第一多晶硅、位于所述凹槽结构顶部表面的第四绝缘层以及位于所述第四绝缘层表面的侧墙结构，所述第二沟槽的内壁设置有第三绝缘层，所述第二沟槽被第二多晶硅完全填充，所述第二多晶硅的表面设置有第五绝缘层；/n依次穿过所述层间介质层、所述停止层以及所述第一绝缘层并与所述第一沟槽连通的第一接触孔；/n自所述体区表面延伸至所述体区内并设置在所述第二沟槽周围的源区，所述源区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相反；/n依次穿过所述层间介质层、所述停止层、所述第一绝缘层以及所述源区并延伸至所述体区内的第二接触孔，所述第二接触孔的底部设置有接触区，所述接触区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：
自下而上依次层叠设置的半导体基板、第一绝缘层、停止层以及层间介质层；
自所述半导体基板表面延伸至所述半导体基板内的体区；
依次穿过所述第一绝缘层和所述体区并延伸至所述半导体基板内的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽的宽度大于所述第二沟槽的宽度，其中，所述第一沟槽的内壁设置有第二绝缘层，所述第一沟槽内自下而上依次设置有具有凹槽结构的第一多晶硅、位于所述凹槽结构顶部表面的第四绝缘层以及位于所述第四绝缘层表面的侧墙结构，所述第二沟槽的内壁设置有第三绝缘层，所述第二沟槽被第二多晶硅完全填充，所述第二多晶硅的表面设置有第五绝缘层；
依次穿过所述层间介质层、所述停止层以及所述第一绝缘层并与所述第一沟槽连通的第一接触孔；
自所述体区表面延伸至所述体区内并设置在所述第二沟槽周围的源区，所述源区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相反；
依次穿过所述层间介质层、所述停止层、所述第一绝缘层以及所述源区并延伸至所述体区内的第二接触孔，所述第二接触孔的底部设置有接触区，所述接触区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相同。


2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一沟槽的深度和所述第二沟槽的深度相同。


3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一接触孔的宽度和所述第一沟槽的宽度相同。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周源，方宇，王超，朱林迪，常东旭，梁维佳，
申请(专利权)人：北京燕东微电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11