一种具有沟槽型栅极的半导体器件制造技术

本申请实施例中提供了一种具有沟槽型栅极的半导体器件，所述半导体器件包括：半导体基板；半导体基板内的体区，体区包括第一区域和第二区域，第二区域表面依次设置有第一绝缘层、停止层以及层间介质层；穿过第一区域并延伸至半导体基板内的第一沟槽，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第一多晶硅、第四绝缘层和覆盖结构；依次穿过第一绝缘层和第二区域并延伸至半导体基板内的第二沟槽，第二沟槽被第二多晶硅完全填充；依次穿过层间介质层、停止层以及第五绝缘层并延伸至第二多晶硅内的接触孔。采用本申请中的方案，通过一个导电层实现电极的引出，从而可以减小工艺控制难度，提高成品率，减小制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种具有沟槽型栅极的半导体器件
本申请涉及半导体
，具体地，涉及一种具有沟槽型栅极的半导体器件。
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。步距变小对设备提出了更高的要求，比如光刻沟槽和接触孔时需要使用具有248nm甚至更短波长光源的深紫外光刻机台以刻蚀出工艺尺寸的沟槽和接触孔。此外步距变小还要求制备沟槽和接触孔的两次光刻图形具有更高的套刻精度，带来工艺控制难度大、成品率下降、制造成本高等诸多问题。
技术实现思路
本申请实施例中提供了一种具有沟槽型栅极的半导体器件，用于解决制备功率半导体器件工艺控制难度大、成品率下降、制造成本高的问题。本申请实施例提供了一种具有沟槽型栅极的半导体器件，包括：半导体基板；自半导体基板表面延伸至半导体基板内的体区，体区包括第一区域和第二区域，第二区域表面依次设置有第一绝缘层、停止层以及层间介质层；穿过第一区域并延伸至半导体基板内的第一沟槽，第一沟槽的内壁设置有第二绝缘层，第二绝缘层超出第一区域的表面，第一沟槽内自下而上依次设置有第一多晶硅、第四绝缘层和覆盖结构，第四绝缘层的表面低于第一区域的表面，第一沟槽周围的体区侧面设置有源区，源区的掺杂类型和体区的掺杂类型相反，第一沟槽周围的体区表面设置有接触区，接触区的掺杂类型和体区的掺杂类型相同；依次穿过第一绝缘层和第二区域并延伸至半导体基板内的第二沟槽，第二沟槽的宽度大于第一沟槽的宽度，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、停止层以及第五绝缘层并延伸至第二多晶硅内的接触孔。进一步地，第一区域的表面低于第二区域的表面，覆盖结构的表面和第二区域的表面在同一平面内。进一步地，覆盖结构超出第一区域表面的高度与源区宽度的比值为1：1～10：1。进一步地，接触孔的宽度小于第二沟槽的宽度。进一步地，覆盖结构和停止层均为氮化硅层。进一步地，第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层均为氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层或高K栅介质材料层；第四绝缘层和第五绝缘层均为氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层或高K栅介质材料层。进一步地，层间介质层为二氧化硅层。进一步地，上述具有沟槽型栅极的半导体器件还包括：至少覆盖覆盖结构、源区以及接触区的第一电极结构，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覆盖结构的表面、源区的表面以及接触区的表面，第一正面金属层位于第一阻挡金属层表面；至少填充接触孔的第二电极结构，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接触孔内壁，第二正面金属层位于第二阻挡金属层表面。进一步地，上述具有沟槽型栅极的半导体器件还包括：位于半导体基板背面的背面金属层。进一步地，上述具有沟槽型栅极的半导体器件还包括：位于半导体基板内的PN结。采用本申请实施例中提供的具有沟槽型栅极的半导体器件，通过在位于maincell区域的第一沟槽内的第一多晶硅上方设置覆盖结构，并在第一沟槽周围的体区侧面设置源区，使得第一沟槽周围的体区可以不通过多个小尺寸的接触孔连接正面金属层，而是通过一个导电层实现电极的引出。由于不需要单独制作小尺寸的接触孔，因而减少了器件制备对高端半导体装备，尤其是高精度光刻机的苛刻要求，或者说是降低了对高精度光刻机的依赖。并且，大尺寸的接触孔对金属化填充孔洞的工艺要求降低，无需使用金属插塞、CMP平坦化等高成本的制造工艺；单个大尺寸的接触孔的可靠性要远高于多个小尺寸的接触孔。因此，制备本申请实施例提供的具有沟槽型栅极的半导体器件，工艺难度小，成品率高，制造成本低。在此基础上，由于覆盖结构的存在，增加了第一正面金属层和第一多晶硅之间的距离，因而可以降低栅源电容，即降低输入电容，从而可以提高功率半导体器件的开关速度。此外，在注入形成接触区时，利用覆盖结构的隔离作用，可以避免多晶硅栅表面的掺杂浓度受到反型注入掺杂的影响而降低，进而避免栅极电阻的异常升高，因而可以提高器件性能，保障器件参数的稳定性。并且，由于覆盖结构高出第一沟槽周围的体区侧面的源区，在注入形成源区时，利用覆盖结构的阴影效应，可以避免反型注入掺杂降低源区的掺杂浓度，进而避免源极电阻的异常升高，可以进一步提高器件的性能，保障器件参数的稳定性。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为本申请实施例的具有沟槽型栅极的半导体器件的结构示意图；图2至图14为制备本申请实施例的具有沟槽型栅极的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具有沟槽型栅极的半导体器件，该具有沟槽型栅极的半导体器件可以为MOSFET、IGBT等具有沟槽型栅极的半导体器件。图1为本申请实施例提供的具有沟槽型栅极的半导体器件的结构示意图，该具有沟槽型栅极的半导体器件包括半导体基板、体区13、第一沟槽、第二沟槽以及接触孔21，第二沟槽的宽度大于第一沟槽的宽度。具体地，不同类型的具有沟槽型栅极的半导体器件，对应有不同的半导体基板。若本申请实施例提供的具有沟槽型栅极的半导体器件为MOSFET，则半导体基板可以为外延片；若本申请实施例提供的具有沟槽型栅极的半导体器件为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。外延片可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有沟槽型栅极的半导体器件，其特征在于，包括：/n半导体基板；/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，所述体区包括第一区域和第二区域，所述第二区域表面依次设置有第一绝缘层、停止层以及层间介质层；/n穿过所述第一区域并延伸至所述半导体基板内的第一沟槽，所述第一沟槽的内壁设置有第二绝缘层，所述第二绝缘层超出所述第一区域的表面，所述第一沟槽内自下而上依次设置有第一多晶硅、第四绝缘层和覆盖结构，所述第四绝缘层的表面低于所述第一区域的表面，所述第一沟槽周围的体区侧面设置有源区，所述源区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相反，所述第一沟槽周围的体区表面设置有接触区，所述接触区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相同；/n依次穿过所述第一绝缘层和所述第二区域并延伸至所述半导体基板内的第二沟槽，所述第二沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度，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五绝缘层并延伸至所述第二多晶硅内的接触孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有沟槽型栅极的半导体器件，其特征在于，包括：
半导体基板；
自所述半导体基板表面延伸至所述半导体基板内的体区，所述体区包括第一区域和第二区域，所述第二区域表面依次设置有第一绝缘层、停止层以及层间介质层；
穿过所述第一区域并延伸至所述半导体基板内的第一沟槽，所述第一沟槽的内壁设置有第二绝缘层，所述第二绝缘层超出所述第一区域的表面，所述第一沟槽内自下而上依次设置有第一多晶硅、第四绝缘层和覆盖结构，所述第四绝缘层的表面低于所述第一区域的表面，所述第一沟槽周围的体区侧面设置有源区，所述源区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相反，所述第一沟槽周围的体区表面设置有接触区，所述接触区的掺杂类型和所述体区的掺杂类型相同；
依次穿过所述第一绝缘层和所述第二区域并延伸至所述半导体基板内的第二沟槽，所述第二沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度，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五绝缘层并延伸至所述第二多晶硅内的接触孔。


2.根据权利要求1所述的具有沟槽型栅极的半导体器件，其特征在于，所述第一区域的表面低于所述第二区域的表面，所述覆盖结构的表面和所述第二区域的表面在同一平面内。


3.根据权利要求1所述的具有沟槽型栅极的半导体器件，其特征在于，所述覆盖结构超出所述第一区域表面的高度与所述源区宽度的比值为1：1～10：1。


4.根据权利要求1所述的具有沟槽型栅极的半导体器件...

【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