具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及场效应晶体管技术领域，具体是指一种具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管及其制造方法。

背景技术：

随着电子信息技术的迅速发展，特别是像时尚消费电子和便携式产品的快速发展，金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)等功率器件的需求量越来越大，mosfet主要分为横向和纵向两种，横向mosfet的明显优势是其较好的集成性，可以更容易集成到现有技术的工艺平台上，但由于其耐压的漂移区在表面展开，显示出了其最大的不足，占用的面积较大，面积代表成本，耐压越高的器件，劣势越明显，而纵向mosfet很好的避免了这一问题，因此，超高压的分立器件仍然以纵向为主。

然而，随着应用电压的不断增大，导通电阻相对于击穿电压呈现2.5次方指数增大，导通电阻大小就决定承受电流能力的大小，进而决定了器件的面积，从而影响成本，在不改变衬底材料的情况下，超结的出现改变了这个关系，超结的击穿电压和导通电阻几乎成线性关系，因此超结优势非常明显，超结利用了电荷平衡的概念可以将epi做到较高浓度，有效降低了导通电阻，但如何进一步降低导通电阻，提高开关速度，进而提升器件性能，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种具有二氧化硅深槽，且该深槽周围具有p型层与n型外延，进一步降低导通电阻的同时，提高开关速度，从而可以提升器件整体性能的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管及其制造方法。

为了实现上述的目的，本发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法，包括以下步骤：

(1)在作为漏极的衬底之上的n-外延层中刻蚀深槽；

(2)在所述的深槽中进行p-注入，在深槽内壁上形成p-层；

(3)在所述的深槽中填充二氧化硅；

(4)在所述的深槽及n-外延层的顶端刻蚀栅极沟槽，进行栅氧化，并填充多晶硅，形成栅极；

(5)在器件顶部形成源极。

该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(11)在作为漏极的n+衬底上生长n-外延层；

(12)在所述的n-外延层的顶端覆盖掩膜；

(13)在所述的n-外延层中刻蚀深槽。

该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)沿垂直方向，在所述的深槽中进行第一次p-注入，在深槽底部上形成p-层；

(22)成一定角度，在所述的深槽中进行第二次p-注入，在深槽侧壁上形成p-层；

(23)去除掩膜。

该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(5)具体包括以下步骤：

(51)在所述的n-外延层的顶端进行p-注入形成p-体区；

(52)在所述的p-体区的顶部，沿所述的栅极沟槽进行n+注入，形成n+区，并在相邻两个器件的n+区之间进行p+注入；

(53)利用后段工艺，形成源极。

本发明还提供利用上述制造方法制成的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管，其包括：

衬底，作为漏极；

n-外延层，位于所述衬底之上；

二氧化硅深槽，形成于所述的n-外延层中；

栅极沟槽，形成于所述的二氧化硅深槽与所述的n-外延层顶部；

源极，形成于器件顶部。

该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管中，所述的二氧化硅深槽的二氧化硅填充与深槽内壁之间具有p-层。

该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管还包括：

p-体区，形成于所述的n-外延层的顶端；

n+区，沿所述的栅极沟槽形成于所述的p-体区的顶部；

p+区，形成于相邻两个器件的所述n+区之间。

采用了该发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管及其制造方法，该晶体管具有二氧化硅深槽，且该深槽周围具有p型层与n型外延，从而与现有的超结结构mosfet相比，其导通电阻更小，同时由于栅极与漏极的接触面积更小，而且有二氧化硅深槽隔离，所以栅漏电容更小，开关速度更快，进而进一步提升了器件整体性能，且本发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管其结构简单，生成制造方法简便，生产及应用成本也相对低廉。

附图说明

图1为现有技术中具有通过epi生长方式形成的p柱的传统超级结结构图。

图2为现有技术中另一种具有通过epi生长方式形成的p柱的传统超级结结构图

图3为本发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法的步骤流程图。

图4为本发明的制造方法中深槽刻蚀步骤的示意图。

图5为本发明的制造方法中p-type第一次注入步骤的示意图。

图6为本发明的制造方法中p-type第二次注入步骤的示意图。

图7为本发明的制造方法中沟槽内填充二氧化硅步骤的示意图。

图8为本发明的制造方法中栅极沟槽刻蚀，栅氧化及多晶硅填充步骤的示意图。

图9为本发明的制造方法中p-body注入步骤的示意图。

图10为本发明的制造方法中n+和p+注入步骤的示意图。

图11为利用本发明的方法制造的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法的步骤流程图。

在一种实施方式中，该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的制造方法，如图3所示，包括以下步骤：

(1)在作为漏极的衬底之上的n-外延层中刻蚀深槽；

(2)在所述的深槽中进行p-注入，在深槽内壁上形成p-层；

(3)在所述的深槽中填充二氧化硅；

(4)在所述的深槽及n-外延层的顶端刻蚀栅极沟槽，进行栅氧化，并填充多晶硅，形成栅极；

(5)在器件顶部形成源极。

在优选的实施方式中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(11)在作为漏极的n+衬底上生长n-外延层；

(12)在所述的n-外延层的顶端覆盖掩膜；

(13)在所述的n-外延层中刻蚀深槽。

在另一优选的实施方式中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)沿垂直方向，在所述的深槽中进行第一次p-注入，在深槽底部上形成p-层；

(22)成一定角度，在所述的深槽中进行第二次p-注入，在深槽侧壁上形成p-层；

(23)去除掩膜。

在更优选的实施方式中，所述的步骤(5)具体包括以下步骤：

(51)在所述的n-外延层的顶端进行p-注入形成p-体区；

(52)在所述的p-体区的顶部，沿所述的栅极沟槽进行n+注入，形成n+区，并在相邻两个器件的n+区之间进行p+注入；

(53)利用后段工艺，形成源极。

本发明还提供利用上述制造方法制成的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管。

在一种实施方式中，该具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管，包括：

衬底，作为漏极；

n-外延层，位于所述衬底之上；

二氧化硅深槽，形成于所述的n-外延层中；

栅极沟槽，形成于所述的二氧化硅深槽与所述的n-外延层顶部；

源极，形成于器件顶部。

在优选的实施方式中，所述的二氧化硅深槽的二氧化硅填充与深槽内壁之间具有p-层。

在更优选的实施方式中，具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管还包括：

p-体区，形成于所述的n-外延层的顶端；

n+区，沿所述的栅极沟槽形成于所述的p-体区的顶部；

p+区，形成于相邻两个器件的所述n+区之间。

在本发明的应用中，本发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管的主要生产步骤包括：

1、如图4所示，深槽刻蚀；

2、如图5所示，p-type第一次注入；

3、如图6所示，p-type第二次注入；

4、如图7所示，沟槽内填充二氧化硅；

5、如图8所示，栅极沟槽刻蚀，栅氧化及多晶硅填充；

6、如图9所示，p-body注入；

7、如图10所示，n+和p+注入；

8、后端工艺形成如图11所示的最终结构。

本发明二氧化硅深槽结合p包围层的结构，与n型外延形成电荷平衡以实现更好的性能。具体而言，本发明与图1所示的传统平面栅结构相比，因为没有jfet电阻的存在，所以导通电阻更小；与图2所示的传统的沟槽栅结构相比，由于栅极与漏极的接触面积更小，而且有二氧化硅深槽隔离，所以栅漏电容更小，开关速度更快。

采用了该发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管及其制造方法，该晶体管具有二氧化硅深槽，且该深槽周围具有p型层与n型外延，从而与现有的超结结构mosfet相比，其导通电阻更小，同时由于栅极与漏极的接触面积更小，而且有二氧化硅深槽隔离，所以栅漏电容更小，开关速度更快，进而进一步提升了器件整体性能，且本发明的具有超级结结构的沟槽栅场效应晶体管其结构简单，生成制造方法简便，生产及应用成本也相对低廉。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。