屏蔽式栅极沟槽结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种屏蔽式栅极沟槽结构及其制作方法。该结构包括：半导体衬底，半导体衬底具有位于一侧的外延层，外延层具有相对的第一表面和第二表面，且外延层具有贯穿第一表面的沟槽，沟槽包括靠近第一表面的第一沟槽段和靠近第二表面的第二沟槽段，第一沟槽段和第二深沟槽段连通，且在平行于第一表面的方向上，第一沟槽段的截面面积大于第二沟槽段截面面积；第一栅极，第一栅极位于第二沟槽段和部分第一沟槽段中；第二栅极，第二栅极位于第一沟槽段中靠近第一表面的一侧，且第一栅极和第二栅极电性隔离；第一绝缘介质层，第一绝缘介质层位于第一栅极与第二栅极之间。从而减少了形成屏蔽式栅极沟槽的特殊工艺。成屏蔽式栅极沟槽的特殊工艺。成屏蔽式栅极沟槽的特殊工艺。

【技术实现步骤摘要】
屏蔽式栅极沟槽结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，具体而言，涉及一种屏蔽式栅极沟槽结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]屏蔽栅沟槽(Shielded Gate Transistor，SGT)MOSFET具有良好的优值因子(figure of merit，FOM)、低比导通电阻(Ron，sp)和低栅电荷(Qg)等特性，在中低压功率器件领域中扮演非常重要的角色。SGT MOSFET结构中屏蔽栅极可以作为场板来降低体内漂移区电场，从而提高漂移区浓度以降低其电阻，在相同击穿电压下获得比普通沟槽MOSFET更低的导通电阻。
[0003]现有技术中通过将深沟槽与漂移区接触的氧化层厚度设计成多个阶梯，并以此往下逐渐加厚，这种结构若设计合理则可以实现完美的电荷补偿，有效地降低表面场，使器件耐压纵向电场能呈现出完美的“矩形分布”，但是这种结构实现起来工艺较为复杂，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种屏蔽式栅极沟槽结构及其制作方法，以解决现有技术中屏蔽栅沟槽MOSFET的工艺复杂的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种屏蔽式栅极沟槽结构，包括：半导体衬底，半导体衬底具有位于一侧的外延层，外延层具有相对的第一表面和第二表面，且外延层具有贯穿第一表面的沟槽，沟槽包括靠近第一表面的第一沟槽段和靠近第二表面的第二沟槽段，第一沟槽段和第二深沟槽段连通，且在平行于第一表面的方向上，第一沟槽段的截面面积大于第二沟槽段截面面积；第一栅极，第一栅极位于第二沟槽段和部分第一沟槽段中；第二栅极，第二栅极位于第一沟槽段中靠近第一表面的一侧，且第一栅极和第二栅极电性隔离；第一绝缘介质层，第一绝缘介质层位于第一栅极与第二栅极之间。
[0006]进一步地，第一沟槽段在第二表面上具有第一投影，第二沟槽段在第二表面上具有第二投影，第二投影位于第一投影中。
[0007]进一步地，第一栅极具有第一部分和第二部分，第一部分位于第一沟槽段中，第二部分位于第二沟槽段中，且第一部分在第二表面上具有第三投影，第二部分在第二表面上具有第四投影，第四投影位于第三投影中。
[0008]进一步地，第一栅极在第二表面上具有第五投影，第二栅极在第二表面上具有第六投影，第六投影位于第五投影中。
[0009]为了实现上述目的，根据本专利技术的另一个方面，提供了一种屏蔽式栅极沟槽结构的制作方法，该制作方法包括：提供半导体衬底，半导体衬底具有位于一侧的外延层，外延层具有相对的第一表面和第二表面，且外延层具有贯穿第一表面的沟槽，沟槽包括靠近第一表面的第一沟槽段和靠近第二表面的第二沟槽段，第一沟槽段和第二深沟槽段连通，且
在平行于第一表面的方向上，第一沟槽段的截面面积大于第二沟槽段截面面积；在第二沟槽段和部分第一沟槽段中形成第一栅极；在第一沟槽段中形成第一绝缘介质层，以使第一绝缘介质层覆盖第一栅极；在第一沟槽段中靠近第一表面的一侧形成第二栅极，以使绝缘介质层位于第一栅极和第二栅极之间。
[0010]进一步地，形成沟槽的步骤包括：在第一表面上形成第二绝缘介质层；刻蚀第二绝缘介质层，以形成贯穿至第一表面的凹槽，凹槽包括靠近第一表面的第一槽段和连通第一槽段的第一通孔，在平行于第一表面的方向上，第一通孔的截面面积大于第一槽段的截面面积；通过凹槽刻蚀半导体衬底，以形成第一沟槽段；通过第一沟槽段刻蚀半导体衬底，以形成第二沟槽段，第一沟槽段在第二表面上具有第一投影，第二沟槽段在第二表面上具有第二投影，第二投影位于第一投影中。
[0011]进一步地，第二绝缘介质层包括沿着远离第一表面的方向层叠设置的第一氧化层、第三绝缘介质层和第二氧化层，形成凹槽的步骤包括：顺序刻蚀第二氧化层、第三绝缘介质层和第一氧化层至第一表面，以形成凹槽，以使部分第一表面裸露，其中，凹槽包括位于第二氧化层中的第一通孔，以及位于第三绝缘介质层和第一氧化层中的第一槽段。
[0012]进一步地，形成第一栅极的步骤包括：在沟槽的底部和侧壁形成屏蔽栅氧化层；在沟槽中沉积第一栅极材料，以使第一栅极材料覆盖屏蔽栅氧化层；刻蚀位于第一沟槽段中的部分第一栅极材料，以使剩余的第一栅极材料形成第一栅极。
[0013]进一步地，形成第一绝缘介质层的步骤包括：沉积第一绝缘材料至沟槽中，以使第一绝缘材料覆盖第一栅极；刻蚀第一绝缘材料和位于第一沟槽段中的部分屏蔽栅氧化层，以形成第一绝缘介质层，第一绝缘介质层和剩余的屏蔽栅氧化层包裹第一栅极。
[0014]进一步地，采用等离子同向刻蚀形成第一沟槽段，采用等离子各向异性刻蚀形成第二沟槽段。
[0015]应用本专利技术的技术方案，提供一种屏蔽式栅极沟槽结构，通过将形成屏蔽式栅极的沟槽设置为连通的第一沟槽段和第二沟槽段，进而在第二沟槽段和部分第一沟槽段中形成第一栅极，并在第一沟槽段中形成通过第一绝缘介质层与第一栅极电性隔离的第二栅极，从而使得上述第一栅极和第二栅极构成晶体管的屏蔽式栅极，其中，由于在平行于第一表面的方向上，第一沟槽段的截面面积大于第二沟槽段的截面面积，从而在上述第一沟槽段和第二沟槽段中形成上述第一栅极和第二栅极时，由于第一栅极位于第二沟槽段和部分第一沟槽段中，第二栅极全部位于第一沟槽段中，因此在平行与第一表面的方向上，可以通过一次沉积工艺即可形成第一栅极，并使得位于第一沟槽段中的靠近第一表面的部分第一栅极的截面面积大于位于第二沟槽段中的靠近第二表面的部分第一栅极的截面面积，从而相比于现有技术，能与传统的屏蔽栅沟槽(SGT)工艺兼容的同时，减少了形成屏蔽式栅极沟槽的特殊工艺，使得引入的热预算工艺较少，提高工艺稳定性，降低了工艺成本，更有利于屏蔽栅沟槽(SGT)MOSFET器件的稳定性。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1示出了根据本专利技术实施例的一种屏蔽式栅极沟槽结构的剖面结构示意图；
[0018]图2示出了根据本专利技术实施例的一种屏蔽式栅极沟槽结构的制作方法中，形成凹槽的剖面结构示意图；
[0019]图3示出了通过图2所示的凹槽形成第一沟槽段的剖面结构示意图；
[0020]图4示出了通过图3所示的第一沟槽段形成第二沟槽段的剖面结构示意图；
[0021]图5示出了在图4所示的沟槽的侧壁形成屏蔽栅氧化层的剖面结构示意图；
[0022]图6示出了在图5所示的沟槽中沉积第一栅极材料的剖面结构示意图；
[0023]图7示出了刻蚀图6所示的第一栅极材料形成第一栅极的剖面结构示意图；
[0024]图8示出了在图7所示的第一栅极远离第二表面的一侧形成第一绝缘介质层的剖面结构示意图；
[0025]图9示出了在图8所示的第一沟槽段中形成第二栅极的剖面结构示意图；
[0026]图10示出了在另外一些实施例中形成的沟槽结构的剖面结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种屏蔽式栅极沟槽结构，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有位于一侧的外延层，所述外延层具有相对的第一表面和第二表面，且所述外延层具有贯穿所述第一表面的沟槽，所述沟槽包括靠近所述第一表面的第一沟槽段和靠近所述第二表面的第二沟槽段，所述第一沟槽段和所述第二深沟槽段连通，且在平行于第一表面的方向上，所述第一沟槽段的截面面积大于所述第二沟槽段截面面积；第一栅极，所述第一栅极位于所述第二沟槽段和部分所述第一沟槽段中；第二栅极，所述第二栅极位于所述第一沟槽段中靠近所述第一表面的一侧，且所述第一栅极和所述第二栅极电性隔离；第一绝缘介质层，所述第一绝缘介质层位于所述第一栅极与所述第二栅极之间。2.根据权利要求1所述的屏蔽式栅极沟槽结构，其特征在于，所述第一沟槽段在所述第二表面上具有第一投影，所述第二沟槽段在所述第二表面上具有第二投影，所述第二投影位于所述第一投影中。3.根据权利要求1所述的屏蔽式栅极沟槽结构，其特征在于，所述第一栅极具有第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第一沟槽段中，所述第二部分位于所述第二沟槽段中，且所述第一部分在所述第二表面上具有第三投影，所述第二部分在所述第二表面上具有第四投影，所述第四投影位于所述第三投影中。4.根据权利要求1所述的屏蔽式栅极沟槽结构，其特征在于，所述第一栅极在所述第二表面上具有第五投影，所述第二栅极在所述第二表面上具有第六投影，所述第六投影位于所述第五投影中。5.一种屏蔽式栅极沟槽结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有位于一侧的外延层，所述外延层具有相对的第一表面和第二表面，且所述外延层具有贯穿所述第一表面的沟槽，所述沟槽包括靠近所述第一表面的第一沟槽段和靠近所述第二表面的第二沟槽段，所述第一沟槽段和所述第二深沟槽段连通，且在平行于第一表面的方向上，所述第一沟槽段的截面面积大于所述第二沟槽段截面面积；在所述第二沟槽段和部分所述第一沟槽段中形成第一栅极；在所述第一沟槽段中形成第一绝缘介质层，以使所述第一绝缘介质层覆盖所述第一栅极；在所述第一沟槽段中靠近...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，冯新，黄安东，
申请(专利权)人：苏州华太电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：