[发明专利]沟槽栅超结器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种沟槽栅超结器件，包括：超结沟槽，由硬质掩膜层光刻刻蚀形成的第一开口定义；在超结沟槽和顶部的第一开口中填充有P型外延层并组成P型薄层；硬质掩膜层被去除且形成P型薄层的P型突出结构并由P型突出结构之间区域自对准形成顶部沟槽；在顶部沟槽的侧面和底部表面形成有第二N型外延层并自对准围成沟槽栅的栅极沟槽；栅极沟槽中形成由栅介质层和多晶硅栅。由P型薄层之间的第一和二N型外延层叠加形成N型薄层，超结由N型薄层和P型薄层交替排列形成。本发明还公开一种沟槽栅超结器件的制造方法。本发明能自对准定义出沟槽栅，从而能节省一张沟槽栅光罩并节约成本，还有利于器件的尺寸进一步的缩小。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种沟槽栅超结器件；本发明还涉及一种沟槽栅超结器件的制造方法。

背景技术

超结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和N型薄层也称N型柱组成，利用P型薄层和N型薄层完成匹配形成的耗尽层来提升反向耐压同时保持较小的导通电阻。

超结通常采用沟槽刻蚀加沟槽外延填充的方法形成，首先在N型外延层表面形成超结沟槽，之后在超结沟槽中填充P型外延层形成P型薄层；P型薄层之间的N型外延层组成N型薄层。

具有超结的器件称为超结器件，超结通常设置在漂移区中。超结器件包括超结MOSFET，在超结MOSFET中在各N型薄层的顶部需要形成栅极结构，栅极结构包括平面栅和沟槽栅。栅极结构为沟槽栅的超结器件简称为沟槽栅超结器件。沟槽栅能进一步提升器件的动静态性能。

沟槽栅由形成于栅极沟槽内侧表面的栅介质层如栅氧化层和填充于所述栅极沟槽中的多晶硅栅组成。现有方法中，栅极沟槽需要采用光刻工艺定义并定义在N型薄层的顶部。光刻工艺的采用会带来成本的增加且不利于器件的尺寸缩小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽栅超结器件，能自对准定义出沟槽栅，从而能节省一张沟槽栅光罩并节约成本，还有利于器件的尺寸进一步的缩小。为此，本发明还提供一种沟槽栅超结器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的沟槽栅超结器件包括：

超结沟槽，形成于第一N型外延层中；在所述第一N型外延层表面形成有硬质掩膜层，所述超结沟槽由所述硬质掩膜层光刻刻蚀形成的第一开口定义。

在所述超结沟槽和顶部的所述第一开口中填充有P型外延层并组成P型薄层。

在所述P型薄层形成后所述硬质掩膜层被去除且形成所述P型薄层的P型突出结构，所述P型突出结构由填充于所述第一开口中的P型外延层组成，所述P型突出结构之间自对准形成顶部沟槽。

在所述顶部沟槽的侧面和底部表面形成有第二N型外延层，所述第二N型外延层在所述顶部沟槽内部自对准围成一个沟槽栅的栅极沟槽。

在所述栅极沟槽的侧面和底部表面形成有所述沟槽栅的栅介质层，所述沟槽栅的多晶硅栅填充于形成有所述栅介质层的所述栅极沟槽中。

由所述P型薄层之间的所述第一N型外延层和所述第二N型外延层叠加形成N型薄层，在所述N型薄层的顶部自对准形成有所述沟槽栅。

超结由所述N型薄层和所述P型薄层交替排列形成。

进一步的改进是，所述第一N型外延层形成于N型半导体衬底表面。

进一步的改进是，所述N型半导体衬底为硅衬底。

进一步的改进是，所述第一N型外延层为第一N型硅外延层，所述P型外延层为P型硅外延层，所述第二N型外延层为第二N型硅外延层。

进一步的改进是，在所述超结的表面形成由P型体区，所述P型体区的深度小于等于所述栅极沟槽的深度，被所述多晶硅栅侧面覆盖的所述P型体区的表面用于形成沟道。