本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種超結(jié)器件；本發(fā)明還涉及一種超結(jié)器件的制造方法。

背景技術(shù)：

超結(jié)MOSFET采用新的耐壓層結(jié)構(gòu)，利用一系列的交替排列的P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層來在截止?fàn)顟B(tài)下在較低電壓下就將所述P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層耗盡，實(shí)現(xiàn)電荷相互補(bǔ)償，從而能夠?qū)崿F(xiàn)體內(nèi)Resurf，Resurf為降低表面電場，體內(nèi)Resurf為像降低表面電場一樣能降低體內(nèi)電場，從而使P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層在高摻雜濃度下能實(shí)現(xiàn)高的擊穿電壓，從而同時(shí)獲得低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓，打破傳統(tǒng)功率MOSFET理論極限。

如圖1所示，是現(xiàn)有超結(jié)器件的電流流動區(qū)的俯視圖；如圖2所示，是現(xiàn)有超結(jié)器件的一個超結(jié)器件單元的剖面圖，具體剖面位置如圖1中的AA箭頭線所示，現(xiàn)有超結(jié)器件的超結(jié)結(jié)構(gòu)由多個交替排列的N型柱101和P型柱102組成，請參考圖1所示；每一所述N型柱101和其鄰近的所述P型柱102組成一個超結(jié)單元。

電荷流動區(qū)的每一個所述超結(jié)單元對應(yīng)于一個超結(jié)器件單元，如圖2所示，各所述超結(jié)器件單元包括：

溝槽柵，形成于所述N型柱101的頂部，所述溝槽柵包括柵極溝槽以及形成于所述柵極溝槽底部表面和側(cè)面的柵介質(zhì)層106以及填充于所述柵極溝槽中的多晶硅柵103，柵介質(zhì)層106一般采用柵氧化層。在圖1所示的俯視面上，所述多晶硅柵103沿著所述N型柱101設(shè)置。

溝道區(qū)由P阱107組成，所述溝道區(qū)形成于所述溝槽柵的兩側(cè)并延伸到所述P型柱102的頂部，被所述多晶硅柵103側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)的表面用于形成溝道。

源區(qū)108形成于所述溝道區(qū)的表面；在所述P型柱102的頂部形成有接觸孔110，該接觸孔110的頂部和由正面金屬層112形成的源極連接，所述源極通過對應(yīng)的接觸孔110同時(shí)連接所述源區(qū)108和所述溝道區(qū)。所述接觸孔110穿過層間膜109，所述層間膜109覆蓋在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的表面。

所述多晶硅柵103通過接觸孔110連接到由正面金屬層112組成的柵極。

通常所述超結(jié)結(jié)構(gòu)采用溝槽刻蝕將填充P型外延層的工藝方法形成，這種情形下，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的所述N型柱101由N型外延層105組成，在所述N型外延層105中形成有超結(jié)溝槽，所述P型柱102由填充于所述超結(jié)溝槽中的P型外延層組成。所述N型外延層105形成于半導(dǎo)體襯底如硅襯底104的表面。所述半導(dǎo)體襯底104減薄后形成漏區(qū)，所述半導(dǎo)體襯底104本身為N型重?fù)诫s時(shí)，能有所述半導(dǎo)體襯底104本身的摻雜組成漏區(qū)的摻雜；也能通過在所述半導(dǎo)體襯底104的本身摻雜的基礎(chǔ)上疊加背面的N型重?fù)诫s的注入形成漏區(qū)。在漏區(qū)104的背面形成有由背面金屬層113組成的漏極。

現(xiàn)有超結(jié)器件在擊穿時(shí)，電子流經(jīng)路徑會在溝槽柵周邊，產(chǎn)生的電荷進(jìn)入到柵介質(zhì)層106中，柵介質(zhì)層106一般采用柵氧化層，所以會對柵介質(zhì)層106造成損傷，縮短柵介質(zhì)層106的壽命，也即器件的高溫反向偏壓(HTRB)壽命較短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超結(jié)器件，能提高器件的HTRB壽命。為此，本發(fā)明還提供一種超結(jié)器件的制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的超結(jié)器件的超結(jié)結(jié)構(gòu)由多個交替排列的N型柱和P型柱組成；所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的所述N型柱由N型外延層組成，在所述N型外延層中形成有超結(jié)溝槽，所述P型柱由填充于所述超結(jié)溝槽中的P型摻雜的氧化層組成；所述P型柱通過氧化層中的P型摻雜實(shí)現(xiàn)和所述N型柱的電荷平衡。

每一所述N型柱和其鄰近的所述P型柱組成一個超結(jié)單元，電荷流動區(qū)的每一個所述超結(jié)單元對應(yīng)于一個超結(jié)器件單元，各所述超結(jié)器件單元包括：

溝槽柵，形成于所述N型柱的頂部，所述溝槽柵包括柵極溝槽以及形成于所述柵極溝槽底部表面和側(cè)面的柵介質(zhì)層以及填充于所述柵極溝槽中的多晶硅柵。

輔助溝槽柵，形成于所述P型柱的頂部，所述輔助溝槽柵包括輔助柵極溝槽以及填充于所述輔助柵極溝槽中的輔助柵極多晶硅。

所述輔助柵極溝槽的深度大于所述柵極溝槽的深度，所述輔助溝槽柵用于在器件擊穿時(shí)對擊穿電流進(jìn)行分流，從而對所述柵介質(zhì)層進(jìn)行保護(hù)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述P型柱的氧化層為采用TEOS作為硅源形成的氧化層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述P型柱的氧化層的P型摻雜的元素為硼。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，溝道區(qū)由形成于所述溝槽柵兩側(cè)的所述N型柱表面的P阱組成。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，由N+區(qū)組成的源區(qū)形成于所述溝道區(qū)的表面。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述源區(qū)的頂部形成有接觸孔，該接觸孔的頂部和由正面金屬層形成的源極連接。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述源極對應(yīng)的接觸孔的底部形成有由P+區(qū)組成的溝道引出區(qū)，所述溝道引出區(qū)的結(jié)深大于所述源區(qū)的結(jié)深，所述溝道引出區(qū)的底部和所述溝道區(qū)接觸并將所述溝道區(qū)也連接到所述源極。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述多晶硅柵和所述輔助柵極多晶硅都通過接觸孔連接到柵極。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述柵介質(zhì)層為柵氧化層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述接觸孔穿過層間膜，所述層間膜覆蓋在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的表面。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述N型外延層形成于半導(dǎo)體襯底表面，漏區(qū)由形成于減薄后的所述半導(dǎo)體襯底背面的N+區(qū)組成。

在所述漏區(qū)的背面形成有和所述漏區(qū)接觸的背面金屬層，由所述背面金屬層組成漏極。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的超結(jié)器件的制造方法包括如下步驟：

步驟一、提供一N型外延層，采用光刻刻蝕工藝在所述N型外延層中形成超結(jié)溝槽。

步驟二、在所述超結(jié)溝槽中填充P型摻雜的氧化層，由填充于所述超結(jié)溝槽中的氧化層組成P型柱，由各所述P型柱之間的所述N型外延層組成N型柱。

由多個所述N型柱和所述P型柱交替排列組成的超結(jié)結(jié)構(gòu)；每一所述N型柱和其鄰近的所述P型柱組成一個超結(jié)單元，所述P型柱通過氧化層中的P型摻雜實(shí)現(xiàn)和所述N型柱的電荷平衡。

步驟三、采用光刻刻蝕工藝對所述N型柱的頂部的N型外延層進(jìn)行刻蝕形成位于所述N型柱的頂部形成柵極溝槽。

步驟四、在所述柵極溝槽的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層。

步驟五、采用光刻刻蝕工藝在所述P型柱的頂部的氧化層進(jìn)行刻蝕形成位于所述P型柱的頂部形成輔助柵極溝槽；所述輔助柵極溝槽的深度大于所述柵極溝槽的深度。

步驟六、進(jìn)行多晶硅淀積同時(shí)填充所述柵極溝槽和所述輔助柵極溝槽，填充于所述柵極溝槽中的多晶硅組成多晶硅柵，填充于所述輔助柵極溝槽中的多晶硅組成輔助柵極多晶硅。

由填充于所述柵極溝槽中的所述多晶硅柵和所述柵介質(zhì)層組成溝槽柵，由填充于所述輔助柵極溝槽中的所述柵極多晶硅組成輔助溝槽柵，所述輔助溝槽柵用于在器件擊穿時(shí)對擊穿電流進(jìn)行分流，從而對所述柵介質(zhì)層進(jìn)行保護(hù)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述P型柱的氧化層為采用TEOS作為硅源形成的氧化層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述TEOS氧化層采用LPCVD、APCVD、PECVD或爐管工藝制作形成。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述P型柱的氧化層的P型摻雜的元素為硼。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述TEOS氧化層采用TEOS為硅源且采用LPCVD工藝制作形成。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，還包括如下步驟：

步驟七、采用P型離子注入工藝和退火擴(kuò)散工藝形成P阱，所述P阱位于所述溝槽柵兩側(cè)的所述N型柱表面并組成溝道區(qū)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，還包括如下步驟：

步驟八、進(jìn)行N型重?fù)诫s的離子注入在所述溝道區(qū)的表面形成由N+區(qū)組成的源區(qū)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，還包括如下步驟：

步驟九、形成層間膜，所述層間膜覆蓋在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的表面；

步驟十、進(jìn)行接觸孔的開口并在開口內(nèi)填充金屬形成所述接觸孔；

步驟十一、形成正面金屬層并圖形化形成柵極和源極；所述多晶硅柵和所述輔助柵極多晶硅都通過接觸孔連接到柵極，在所述源區(qū)通過接觸孔連接到源極。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟十的所述接觸孔的開口形成后金屬填充前還包括步驟：

進(jìn)行P型重?fù)诫s的離子注入在所述源極對應(yīng)的接觸孔的底部形成有由P+區(qū)組成的溝道引出區(qū)，所述溝道引出區(qū)的結(jié)深大于所述源區(qū)的結(jié)深，所述溝道引出區(qū)的底部和所述溝道區(qū)接觸并將所述溝道區(qū)也連接到所述源極。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述N型外延層形成于半導(dǎo)體襯底表面，還包括如下步驟：

對所述半導(dǎo)體襯底背面進(jìn)行減薄，在減薄后的所述半導(dǎo)體襯底背面形成由N+區(qū)組成的漏區(qū)；

形成背面金屬層，由所述背面金屬層組成漏極。

本發(fā)明對P型柱進(jìn)行了改進(jìn)，P型柱采用由摻硼的氧化層組成，通過摻硼的氧化層實(shí)現(xiàn)和N型柱的N型摻雜的電荷平衡，同時(shí)，本發(fā)明在P型柱的頂部設(shè)置了深度大于溝槽柵的輔助溝槽柵，輔助溝槽柵能夠在器件擊穿時(shí)對擊穿電子流進(jìn)行分流，從而能夠?qū)沤橘|(zhì)層進(jìn)行保護(hù)，提高柵介質(zhì)層的壽命，從而能提高整個器件的HTRB壽命。

除了提高器件的HTRB壽命外，本發(fā)明器件的各超結(jié)單元結(jié)構(gòu)中由于多了一個輔助溝槽柵，也即額外多了一條柵極結(jié)構(gòu)，能在一定幅度內(nèi)降低器件的源漏導(dǎo)通電阻，這是因?yàn)檩o助溝槽柵能夠增加一定程度的溝道密度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

圖1是現(xiàn)有超結(jié)器件的電流流動區(qū)的俯視圖；

圖2是現(xiàn)有超結(jié)器件的一個超結(jié)器件單元的剖面圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例超結(jié)器件的電流流動區(qū)的俯視圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例超結(jié)器件的一個超結(jié)器件單元的剖面圖。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例超結(jié)器件的電流流動區(qū)的俯視圖；如圖4所示，是本發(fā)明實(shí)施例超結(jié)器件的一個超結(jié)器件單元的剖面圖，具體剖面位置如圖3中的BB箭頭線所示，本發(fā)明實(shí)施例超結(jié)器件的超結(jié)結(jié)構(gòu)由多個交替排列的N型柱1和P型柱2組成，請參考圖3所示；每一所述N型柱1和其鄰近的所述P型柱2組成一個超結(jié)單元。

電荷流動區(qū)的每一個所述超結(jié)單元對應(yīng)于一個超結(jié)器件單元，電荷流動區(qū)的周側(cè)為終端區(qū)，終端區(qū)和電荷流動區(qū)之間還有過渡區(qū)，終端區(qū)和過渡區(qū)用于對電荷流動區(qū)的超結(jié)器件單元進(jìn)行保護(hù)，終端區(qū)和過渡區(qū)中沒有電荷流動，本發(fā)明實(shí)施例僅針對電荷流動區(qū)的超結(jié)器件單元進(jìn)行改進(jìn)，故不對終端區(qū)和過渡區(qū)做詳細(xì)的介紹。

如圖4所示，各所述超結(jié)器件單元包括：

超結(jié)結(jié)構(gòu)由多個交替排列的N型柱1和P型柱2組成；所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的所述N型柱1由N型外延層6組成，在所述N型外延層6中形成有超結(jié)溝槽，所述P型柱2由填充于所述超結(jié)溝槽中的P型摻雜的氧化層組成；所述P型柱2通過氧化層中的P型摻雜實(shí)現(xiàn)和所述N型柱1的電荷平衡。較佳為，所述P型柱2的氧化層為采用TEOS作為硅源形成的氧化層；所述TEOS氧化層采用LPCVD、APCVD、PECVD或爐管工藝制作形成。所述P型柱2的氧化層的P型摻雜的元素為硼。

每一所述N型柱1和其鄰近的所述P型柱2組成一個超結(jié)單元，電荷流動區(qū)的每一個所述超結(jié)單元對應(yīng)于一個超結(jié)器件單元，各所述超結(jié)器件單元包括：

溝槽柵，形成于所述N型柱1的頂部，所述溝槽柵包括柵極溝槽以及形成于所述柵極溝槽底部表面和側(cè)面的柵介質(zhì)層7以及填充于所述柵極溝槽中的多晶硅柵3。較佳為，所述柵介質(zhì)層7為柵氧化層。

輔助溝槽柵，形成于所述P型柱2的頂部，所述輔助溝槽柵包括輔助柵極溝槽以及填充于所述輔助柵極溝槽中的輔助柵極多晶硅4。

所述輔助柵極溝槽的深度大于所述柵極溝槽的深度，所述輔助溝槽柵用于在器件擊穿時(shí)對擊穿電流進(jìn)行分流，從而對所述柵介質(zhì)層7進(jìn)行保護(hù)。

溝道區(qū)由形成于所述溝槽柵兩側(cè)的所述N型柱1表面的P阱8組成。

由N+區(qū)組成的源區(qū)9形成于所述溝道區(qū)的表面。

在所述源區(qū)9的頂部形成有接觸孔11，該接觸孔11的頂部和由正面金屬層13形成的源極連接。所述接觸孔11穿過層間膜10，所述層間膜10覆蓋在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的表面。

所述源極對應(yīng)的接觸孔11的底部形成有由P+區(qū)組成的溝道引出區(qū)12，所述溝道引出區(qū)12的結(jié)深大于所述源區(qū)9的結(jié)深，所述溝道引出區(qū)12的底部和所述溝道區(qū)接觸并將所述溝道區(qū)也連接到所述源極。

所述多晶硅柵3和所述輔助柵極多晶硅4都通過接觸孔11連接到柵極。

所述N型外延層6形成于半導(dǎo)體襯底5表面，漏區(qū)由形成于減薄后的所述半導(dǎo)體襯底5背面的N+區(qū)組成；本發(fā)明實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底5為N型重?fù)诫s結(jié)構(gòu)，漏區(qū)直接由減薄后的所述半導(dǎo)體襯底5組成。在其它實(shí)施例中也能為：漏區(qū)為由減薄后的所述半導(dǎo)體襯底5再疊加背面N型重?fù)诫s離子注入雜質(zhì)組成。

在所述漏區(qū)的背面形成有和所述漏區(qū)接觸的背面金屬層14，由所述背面金屬層14組成漏極。

比較圖2和圖4所示可知，本發(fā)明實(shí)施例對P型柱2進(jìn)行了改進(jìn)，P型柱2采用由摻硼的氧化層組成，通過摻硼的氧化層實(shí)現(xiàn)和N型柱1的N型摻雜的電荷平衡，同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例在P型柱2的頂部設(shè)置了深度大于溝槽柵的輔助溝槽柵，輔助溝槽柵能夠在器件擊穿時(shí)對擊穿電子流進(jìn)行分流，從而能夠?qū)沤橘|(zhì)層進(jìn)行保護(hù)，提高柵介質(zhì)層的壽命，從而能提高整個器件的HTRB壽命。

除了提高器件的HTRB壽命外，本發(fā)明實(shí)施例器件的各超結(jié)單元結(jié)構(gòu)中由于多了一個輔助溝槽柵，也即額外多了一條柵極結(jié)構(gòu)，能在一定幅度內(nèi)降低器件的源漏導(dǎo)通電阻，這是因?yàn)檩o助溝槽柵能夠增加一定程度的溝道密度，圖4中溝道主要形成于所述多晶硅柵3側(cè)面覆蓋的所述P阱8即溝道區(qū)的表面，而在輔助柵極多晶硅4通過P型柱2的氧化層也能對所述P阱8進(jìn)行一定的側(cè)面覆蓋，在一定程度上能夠增加溝道密度。

本發(fā)明實(shí)施例超結(jié)器件的制造方法包括如下步驟：

步驟一、提供一N型外延層6，采用光刻刻蝕工藝在所述N型外延層6中形成超結(jié)溝槽。所述N型外延層6形成于半導(dǎo)體襯底如硅襯底5表面。

步驟二、在所述超結(jié)溝槽中填充P型摻雜的氧化層，由填充于所述超結(jié)溝槽中的氧化層組成P型柱2，由各所述P型柱2之間的所述N型外延層6組成N型柱1。

較佳為，所述P型柱2的氧化層為采用TEOS作為硅源形成的氧化層。所述TEOS氧化層采用LPCVD、APCVD、PECVD或爐管工藝制作形成。

由多個所述N型柱1和所述P型柱2交替排列組成的超結(jié)結(jié)構(gòu)；每一所述N型柱1和其鄰近的所述P型柱2組成一個超結(jié)單元，所述P型柱2通過氧化層中的P型摻雜實(shí)現(xiàn)和所述N型柱1的電荷平衡。較佳為，所述P型柱的氧化層的P型摻雜的元素為硼。

步驟三、采用光刻刻蝕工藝對所述N型柱1的頂部的N型外延層6進(jìn)行刻蝕形成位于所述N型柱1的頂部形成柵極溝槽。

步驟四、在所述柵極溝槽的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層7。

步驟五、采用光刻刻蝕工藝在所述P型柱2的頂部的氧化層進(jìn)行刻蝕形成位于所述P型柱2的頂部形成輔助柵極溝槽；所述輔助柵極溝槽的深度大于所述柵極溝槽的深度。

步驟六、進(jìn)行多晶硅淀積同時(shí)填充所述柵極溝槽和所述輔助柵極溝槽，填充于所述柵極溝槽中的多晶硅組成多晶硅柵3，填充于所述輔助柵極溝槽中的多晶硅組成輔助柵極多晶硅4。

由填充于所述柵極溝槽中的所述多晶硅柵3和所述柵介質(zhì)層7組成溝槽柵，由填充于所述輔助柵極溝槽中的所述柵極多晶硅組成輔助溝槽柵，所述輔助溝槽柵用于在器件擊穿時(shí)對擊穿電流進(jìn)行分流，從而對所述柵介質(zhì)層7進(jìn)行保護(hù)。

步驟七、采用P型離子注入工藝和退火擴(kuò)散工藝形成P阱8，所述P阱8位于所述溝槽柵兩側(cè)的所述N型柱1表面并組成溝道區(qū)。

步驟八、進(jìn)行N型重?fù)诫s的離子注入在所述溝道區(qū)的表面形成由N+區(qū)組成的源區(qū)9。

步驟九、形成層間膜10，所述層間膜10覆蓋在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的表面。

步驟十、進(jìn)行接觸孔11的開口并在開口內(nèi)填充金屬形成所述接觸孔11。

較佳為，在所述接觸孔11的開口形成后金屬填充前還包括步驟：

進(jìn)行P型重?fù)诫s的離子注入在所述源極對應(yīng)的接觸孔11的底部形成有由P+區(qū)組成的溝道引出區(qū)12，所述溝道引出區(qū)12的結(jié)深大于所述源區(qū)9的結(jié)深，所述溝道引出區(qū)12的底部和所述溝道區(qū)接觸并將所述溝道區(qū)也連接到所述源極。

步驟十一、形成正面金屬層13并圖形化形成柵極和源極；所述多晶硅柵3和所述輔助柵極多晶硅4都通過接觸孔11連接到柵極，在所述源區(qū)9通過接觸孔11連接到源極。

還包括如下步驟：

對所述半導(dǎo)體襯底5背面進(jìn)行減薄，在減薄后的所述半導(dǎo)體襯底5背面形成由N+區(qū)組成的漏區(qū)。本發(fā)明實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底5為N型重?fù)诫s結(jié)構(gòu)，漏區(qū)直接由減薄后的所述半導(dǎo)體襯底5組成。在其它實(shí)施例中也能為：漏區(qū)為由減薄后的所述半導(dǎo)體襯底5再疊加背面N型重?fù)诫s離子注入雜質(zhì)組成，也即在所述半導(dǎo)體襯底5減薄后需要在進(jìn)行一次N型重?fù)诫s的背面離子注入。

形成背面金屬層14，由所述背面金屬層14組成漏極。

以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。