具沟槽型终端结构的超级结MOSFET结构及制备方法技术

本发明专利技术公开了具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件的两种结构，其终端区呈环形，环形的拐角处为弧形，其他地方为直边；在第一种结构中，终端区沟槽内填充半导体材料和介质层；在第二种结构中，终端区沟槽进一步区分为直边处的沟槽和拐角处的沟槽，并仅对拐角处的沟槽填充半导体材料和介质层。本发明专利技术还公开了上述两种结构的超级结器件的制备方法。本发明专利技术通过将超级结终端结构设计为环形沟槽，并使终端环形沟槽内部部分填充半导体材料，部分填充介质层，如此即使终端环形沟槽内部有空洞残留，也不会造成击穿电压的下降或漏电流的增加，从而提高了超级结器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件的结构及其制备方法。
技术介绍
超级结MOSFET (metal-oxi de-semi conductor f ield-effect transistor)米用交替排列的N型和P型柱层的结构。对于N-沟道M0SFET，该结构在导通状态下，导通电流流经N型柱；在截止状态下，P型区和N型区相互耗尽可以获得高的击穿电压。由于不担心击穿电压的降低，可以采用较薄的N型外延层和较高的N型掺杂量，所以在维持高的击穿电压的情况下，可以获得较低的Rson (导通电阻)。对P-沟道M0SFET，则刚好相反。尽管对于超级结MOSFET可以在维持较高击穿电压的同时提供较低的Rson，但其中有诸多问题还待解决，比如P柱层和N柱层的形成方法问题，终端结构的设计问题等。对于超级结的终端结构设计，不能像传统VDMOS那样采用浮环和场板的设计，因为超级结的外延层掺杂比一般VDMOS的外延层掺杂浓。超级结的终端结构一般采用环形沟槽设计，而环形沟槽对硅外延填充是一个挑战，因为外延生长和晶向有关，不同的晶向外延生长速率不同，填充能力也不同。目前，超级结终端沟槽的设计一般是环形的，即4个拐角处是环形的，这就导致了圆弧状区域很难填充，通常有空洞残留(见图1)。如果沟槽内完全填充半导体材料，则不可避免的会引起器件击穿电压的下降、漏电流增大等不利因素。
技术实现思路
本专利技术要解决的技 术问题是提供两种具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件的结构，它可以提高超级结器件的性能，降低生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术的第一种具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件，其结构包括半导体基底，在该半导体基底的背面具有第一电极；第一半导体层，包括有源区和终端区；其中有源区包括多个第一沟槽、源极区、基极区、钝化绝缘层、绝缘控制电极以及第二电极；所述第一沟槽内填充第二半导体层，该第二半导体层的导电类型与第一半导体层相反；所述源极区位于基极区内，导电类型与第一半导体层相同；所述基极区位于相邻的两个第一沟槽之间，导电类型与第二半导体层相同；所述钝化绝缘层覆盖在所述绝缘控制电极的顶部及周围；所述绝缘控制电极临近源极区和基极区，用于控制源极区和第一电极之间的电流流动；所述第二电极连续覆盖在所述钝化绝缘层之上；终端区包括多个第二沟槽、钝化绝缘层和第二电极；所述第二沟槽的宽度大于第一沟槽，且内部填充第二半导体层和介质层；所述钝化绝缘层连续覆盖在第二沟槽之上； 所述第二电极连续覆盖在绝缘钝化层之上。本专利技术的第二种具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件，其结构包括半导体基底，在该半导体基底的背面具有第一电极；第一半导体层，包括有源区和终端区；所述终端区呈环形，包围有源区；其中有源区包括多个第一沟槽、源极区、基极区、钝化绝缘层、绝缘控制电极和第二电极；所述第一沟槽内填充第二半导体层，该第二半导体层的导电类型与第一半导体层相反； 所述源极区位于基极区内，导电类型与第一半导体层相同；所述基极区位于相邻的两个第一沟槽之间，导电类型与第二半导体层相同；所述钝化绝缘层覆盖在所述绝缘控制电极的顶部及周围；所述绝缘控制电极临近源极区和基极区，用于控制源极区和第一电极之间的电流流动；所述第二电极连续覆盖在所述钝化绝缘层之上；终端区包括多个第二沟槽、多个第三沟槽、钝化绝缘层和第二电极；所述第二沟槽位于终端区的直边处，内部填充第二半导体层；所述第三沟槽位于终端区的拐角处，内部填充第二半导体层和介质层，且第三沟槽的宽度大于第一沟槽、第二沟槽的宽度；所述钝化绝缘层连续覆盖在第二沟槽和第三沟槽之上；所述第二电极连续覆盖在绝缘钝化层之上。本专利技术要解决的另一技术问题是提供上述两种具有沟槽型终端结构的超级结 MOSFET器件的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的上述第一种具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET 器件的制备方法，包括以下步骤I)在半导体基底上形成第一半导体层，并在该第一半导体层的上表面形成介质层；2)在第一半导体层内部刻蚀出第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽位于有源区， 所述第二沟槽位于终端区，且第二沟槽的宽度大于第一沟槽；3)在第一沟槽和第二沟槽的内部生长第二半导体层，直至第一沟槽被完全填满；4)用介质层继续填充第二沟槽，直至第二沟槽被完全填充；5)沟槽表面平坦化，去除第一半导体层表面的介质层；6)后续用常规MOSFET工艺制作基极区、源极区、绝缘控制电极、钝化绝缘层、第二电极和第一电极，完成超级结MOSFET器件的制备。本专利技术的上述第二种具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件的制备方法，包括以下步骤I)在半导体基底上形成第一半导体层，并在该第一半导体层的上表面形成介质层；2)在第一半导体层内部刻蚀出第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽；所述第一沟槽位于有源区，所述第二沟槽位于环形终端区的直边部分；所述第三 沟槽位于环形终端区的拐角处，且第三沟槽的宽度大于第一沟槽和第二沟槽的宽度；3)在第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽的内部填充第二半导体层，直至第一沟槽和第二沟槽被完全填满；4)用介质层继续填充第三沟槽，直至第三沟槽被完全填充；5)沟槽表面平坦化，去除第一半导体层顶部的介质层；6)后续用常规MOSFET工艺制作基极区、源极区、绝缘控制电极、钝化绝缘层、第二电极和第一电极，完成超级结MOSFET器件的制备。上述第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽可以各自呈等间距排列，第一沟槽和第二沟槽直边处的侧壁晶向为{100}或{111} O本专利技术通过将超级结终端结构设计为环形沟槽，并使环形沟槽的宽度大于有源区沟槽的宽度，使终端环形沟槽内部得以部分填充半导体材料，部分填充介质层，这样，即使终端环形沟槽内部有空洞残留，也不会造成击穿电压的下降或漏电流的增加，从而提高了超级结器件的性能，同时降低了生产成本。附图说明图1是常规超级结MOSFET器件终端环沟槽拐角处的填充情况。图2是本专利技术实施例1的超级结MOSFET器件的截面结构示意图。图3是图2的俯视图。图4是本专利技术实施例1的超级结MOSFET器件的制作流程示意图。图5是本专利技术实施例2的超级结MOSFET器件的截面结构示意图。图6是图5的俯视图。图7是本专利技术实施例2的超级结MOSFET器件的制作流程示意图。图中附图标记 说明如下1:半导体基底2 :第一半导体层3 :第一沟槽4 :第二沟槽5 :源极区6 :基极区7 :钝化绝缘层8 :绝缘控制电极9 :栅极10 :栅极介质层11 :第二电极12 :第一电极13 :第二半导体层14 :介质层15 :空洞16 :第三沟槽具体实施方式为对本专利技术的
技术实现思路
、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下实施例1如图2、3所示，本实施例的具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件，其结构包括半导体基底I，在该半导体基底I的背面具有第一电极12 ；第一半导体层2，具有第一导电类型(N型或P型)，包括有源区a-a和终端区b_b。 其中有源区a-a内为有源器件，包括有多个等间距排列的第一沟槽3、具有第一传导类型(即第一导电类型)的源极区5、具有第二传导类型(即第二导电类型)的基极区6、钝化绝缘层7、绝缘控制电极8以及第二电极11本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件，其特征在于，结构包括：半导体基底，在该半导体基底的背面具有第一电极；第一半导体层，包括有源区和终端区；其中：有源区包括多个第一沟槽、源极区、基极区、钝化绝缘层、绝缘控制电极以及第二电极；所述第一沟槽内填充第二半导体层，该第二半导体层的导电类型与第一半导体层相反；所述源极区位于基极区内，导电类型与第一半导体层相同；所述基极区位于相邻的两个第一沟槽之间，导电类型与第二半导体层相同；所述钝化绝缘层覆盖在所述绝缘控制电极的顶部及周围；所述绝缘控制电极临近源极区和基极区，用于控制源极区和第一电极之间的电流流动；所述第二电极连续覆盖在所述钝化绝缘层之上；终端区包括多个第二沟槽、钝化绝缘层和第二电极；所述第二沟槽的宽度大于第一沟槽，且内部填充第二半导体层和介质层；所述钝化绝缘层连续覆盖在第二沟槽之上；所述第二电极连续覆盖在绝缘钝化层之上。

【技术特征摘要】
1.具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件，其特征在于，结构包括 半导体基底，在该半导体基底的背面具有第一电极； 第一半导体层，包括有源区和终端区；其中 有源区包括多个第一沟槽、源极区、基极区、钝化绝缘层、绝缘控制电极以及第二电极；所述第一沟槽内填充第二半导体层，该第二半导体层的导电类型与第一半导体层相反；所述源极区位于基极区内，导电类型与第一半导体层相同；所述基极区位于相邻的两个第一沟槽之间，导电类型与第二半导体层相同；所述钝化绝缘层覆盖在所述绝缘控制电极的顶部及周围；所述绝缘控制电极临近源极区和基极区，用于控制源极区和第一电极之间的电流流动；所述第二电极连续覆盖在所述钝化绝缘层之上； 终端区包括多个第二沟槽、钝化绝缘层和第二电极；所述第二沟槽的宽度大于第一沟槽，且内部填充第二半导体层和介质层；所述钝化绝缘层连续覆盖在第二沟槽之上；所述第二电极连续覆盖在绝缘钝化层之上。2.根据权利要求1所述的超级结MOSFET器件，其特征在于，所述第二沟槽表面呈环形，包围有源区第一沟槽，所述环形的拐角处为圆弧，其他地方为直线。3.根据权利要求1或2所述的超级结MOSFET器件，其特征在于，所述第一沟槽和第二沟槽各自呈等间距排列，第一沟槽和第二沟槽直边处的侧壁晶向为{100}或{111}。4.根据权利要求1所述的超级结MOSFET器件，其特征在于，所述介质层的材料为氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。5.具有沟槽型终端结构的超级结MOSFET器件，其特征在于，结构包括 半导体基底，在该半导体基底的背面具有第一电极； 第一半导体层，包括有源区和终端区；所述终端区呈环形，包围有源区；其中 有源区包括多个第一沟槽、源极区、具有第二传导类型的基极区、钝化绝缘层、绝缘控制电极和第二电极；所述第一沟槽内填充第二半导体层，该第二半导体层的导电类型与第一半导体层相反；所述源极区位于基极区内，导电类型与第一半导体层相同；所述基极区位于相邻的两个第一沟槽之间，导电类型与第二半导体层相同；所述钝化绝缘层覆盖在所述绝缘控制电极的顶部及周围；所述绝缘控制电极临近源极区和基极区，用于控制源极区和第一电极之间的电流流动；所述第二电极连续覆盖在所述钝化绝缘层之上； 终端区包括多个第二沟槽、多个第三沟槽、钝化绝缘层和第二电极；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继全，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：