[发明专利]具沟槽型终端结构的超级结MOSFET结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

超级结MOSFET（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）采用交替排列的N型和P型柱层的结构。对于N-沟道MOSFET，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MOSFET，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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明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。

本发明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，本发明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：

1）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；