SGT器件的源极场板引出结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种屏蔽栅沟槽(sgt)器件的源极场板引出结构；本发明还涉及一种sgt器件的源极场板引出结构的制造方法。

背景技术：

1、沟槽(trench)mosfet，跟平面mosfet相比，降低了器件的jfet效应，器件的步进(pⅰtch)可以大幅降低，增加了沟道密度，降低了沟道电阻。而sgt mosfet是在沟槽mosfet的基础上，通过在漂移区中引入源极场板，利用源极场板对漂移区的横向耗尽，从而在不降低击穿电压的情况下，大幅提高漂移区的掺杂浓度，降低漂移区的电阻。sgt mosfet的源极场板需要引出。目前引出源极场板主要有如下几个方式在原胞区采用trench加宽的方式实现：

2、第一种为：

3、如图1所示，源极场板形成于沟槽1中，故沟槽1也称为源极沟槽(source trench)，多个沟槽1会平行排列在原胞区中。为了source trench里面的金属跟源极相连，需要在上面打接触孔2。这就需要增加其source trench的宽度，需要source trench里面的源极场板如源极多晶硅(source poly)的宽度可以更宽。增加source trench的宽度会导致source-trench和source-trench之间的距离发生变化，如图1中，在未设置接触孔2处的宽度为d1，而设置了接触孔2处的宽度为d2。

4、以一个典型的30v sgt器件为例：通常30v的sgt器件的pitch在0.8μm附近，sourcetrench的宽度在没有加宽的时候是0.4μm，如果需要将source trench引出，需要将宽度增加为0.55μm；这样平台区(mesa)即沟槽1之间的区域的宽度有0.4μm降为0.25μm；mesa的宽度降低，source-trench对漂移区的耗尽能力为增强，从而产生过耗尽，这会降低器件的击穿电压。

5、针对上面描述的图1所示结构的问题，在图2所示的第二种现有结构中，在版图上做了相应的补偿，包括：

6、将打接触孔2的地方是错开排列的，这样没有接触孔2的地方mesa宽度还是0.4μm；有接触孔2的地方mesa的宽度d3从原来的d2的0.25μm提高至0.325μm；mesa的宽度增加，过耗尽的效应依然存在，但是得到了部分的缓解。这种方式，也会降低有源区的尺寸，增加芯片面积。

7、如图3所示的现有第三种结构中，不是在原胞区，而是在终端将source-trench引出即将沟槽中的源极场板引出。这种结构中，、source-trench会采用闭环的版图设计，包括：

8、原胞区的沟槽1是采用条形结构，终端区的沟槽3的宽度会增加且呈环形环绕在原胞区周侧。接触孔2设置在沟槽1两端的沟槽3的顶部。这样，原胞区的沟槽1中的源极场板会和沟槽3中的源极场板，并通过顶部的接触孔2连接到源极金属。这种结构的一个问题是在沟槽1和3的交界处即区域4a处，区域4a的漂移区会被3个沟槽包围即两侧的沟槽1和一侧的沟槽3从三个侧面包围区域4a的漂移区，故漂移区会被三面耗尽；而平台区4的中间区域宽度d1均匀，这些区域的漂移区仅会被两侧的沟槽1侧面包围，故漂移区会被二面耗尽，图3中，标注了宽度d1两侧的沟槽还单独采用1a和1b标出。所以，区域4a处的漂移区会出现过耗尽，也即中间区域的漂移区正好耗尽时，区域4a处的漂移区会过耗尽，如反偏时会加相同的漏极电压，漏极电压需要保证将中间区域的漂移区正好耗尽，但是这时就会出现区域4a处的漂移区的过耗尽，从而会在区域4a处形成一个弱(weak)点即击穿弱点，这也会降低器件的击穿电压。

9、如图4所示的现有第四种结构为在图3所示的基础上的一种变换结构，图4的结构是一种半开半闭环结构。

10、如图4所示，它跟图3所示结构的最大的区别是每个原胞区的沟槽1跟终端大的source-trench即沟槽3，只有一端相连，另外一端有一个间隔(space)；这个space的宽度对器件的击穿电压(bv)有很大的影响。如果space的宽度选的过小，器件容易实现过耗尽；如果space的宽度过大，则会导致这部分漂移区的耗尽能力不足，也会降低器件的击穿电压这种方式，跟闭环设计相比，可以避免过耗尽，提升器件的击穿电压。但是这也会带来一个缺点，因为沟槽1只在一端跟沟槽3相连；这会导致沟槽1中的源极场板的寄生电阻增加3倍。沟槽1中的源极场板的寄生电阻大，会导致sgt mosfet在开关过程中，漏极的电压会耦合到源极场板；这个电阻值越大，耦合的电压会变得越高。源极场板的电位增加，会导致器件的击穿电压降低，导致器件更容易发生动态雪崩。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种sgt器件的源极场板引出结构，能对原胞区的沟槽中源极场板进行原胞区外部引出，且能使原胞区中源极场板对各平台区中的漂移区的耗尽能力均匀，避免出现弱点区域并改善器件的击穿电压；还能降低原胞区的沟槽中源极场板的引出电阻。为此，本发明还公开了一种sgt器件的源极场板引出结构的制造方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的sgt器件的源极场板引出结构中，在半导体衬底中形成有沟槽，所述沟槽中形成有源极场板，所述沟槽包括连通在一起的多个第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽、第四沟槽和第五沟槽。

3、各所述第一沟槽平行排列且位于sgt器件的原胞区中。

4、终端区环绕在所述原胞区的周侧。

5、由所述第二沟槽、所述第三沟槽、所述第四沟槽和所述第五沟槽连接形成沟槽环，所述沟槽环位于所述终端区中且环绕在所述原胞区的周侧。

6、所述第二沟槽和所述第三沟槽都和所述第一沟槽平行，各所述第一沟槽位于所述第二沟槽和所述第三沟槽之间。

7、所述第四沟槽的第一端连接所述第二沟槽的第一端，所述第四沟槽的第二端连接所述第三沟槽的第一端，所述第五沟槽的第一端连接所述第二沟槽的第二端，所述第五沟槽的第二端连接所述第三沟槽的第二端。

8、各所述第一沟槽的第一端都连接到所述第四沟槽的内侧面上，各所述第一沟槽的第二端都连接到所述第五沟槽的内侧面上。

9、所述第一沟槽之间、所述第二沟槽和所述第一沟槽之间以及所述第三沟槽和所述第一沟槽之间的所述半导体衬底形成平台区。

10、和所述源极场板连接的第一接触孔位于所述终端区中，各所述平台区的宽度均匀。所述第一接触孔连接到源极。

11、所述平台区中形成有第一导电类型掺杂的漂移区，在沿各所述平台区的长度方向上，所述漂移区分成主体漂移区和位于所述主体漂移区两侧的端部漂移区。

12、所述主体漂移区被所述沟槽从两个侧面覆盖，所述端部漂移区被所述沟槽从3个侧面覆盖。

13、在反偏时，所述源极场板从两个侧面对所述主体漂移区进行耗尽，所述源极场板从3个侧面对所述端部漂移区进行耗尽；所述端部漂移区的掺杂浓度大于所述主体漂移区的掺杂浓度，使反偏时所述源极场板对所述端部漂移区的耗尽能力和对所述主体漂移区的耗尽能力相同。

14、进一步的改进是，在所述第四沟槽的所述源极场板的顶部形成有所述第一接触孔。

15、进一步的改进是，在所述第五沟槽的所述源极场板的顶部也形成有所述第一接触孔。

16、进一步的改进是，所述第四沟槽和所述第五沟槽的宽度相等，各所述第一沟槽的宽度相等，所述第四沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度，所述第四沟槽的宽度大于等于所述第一接触孔的宽度。

17、进一步的改进是，所述第二沟槽和所述第三沟槽的宽度相等；所述第二沟槽的宽度等于所述第四沟槽的宽度，或者所述第二沟槽的宽度等于所述第一沟槽的宽度。

18、进一步的改进是，所述沟槽还包括多个形成于所述终端区中的第六沟槽。

19、所述源极场板也填充在各所述第六沟槽中。

20、各所述第六沟槽平行排列且所述第六沟槽的长度方向和所述第一沟槽的长度方向相同。

21、各所述第六沟槽的内侧端都连接到所述第四沟槽的外侧面上，各所述第六沟槽的外侧端延伸到所述第四沟槽的外侧面外部中。

22、在所述第六沟槽中的所述源极场板的顶部形成有所述第一接触孔。

23、进一步的改进是，所述沟槽还包括多个形成于所述终端区中的第七沟槽。

24、所述源极场板也填充在各所述第七沟槽中。

25、各所述第七沟槽平行排列且所述第七沟槽的长度方向和所述第一沟槽的长度方向相同。

26、各所述第七沟槽的内侧端都连接到所述第五沟槽的外侧面上，各所述第七沟槽的外侧端延伸到所述第五沟槽的外侧面外部。

27、在所述第七沟槽中的所述源极场板的顶部形成也形成有所述第一接触孔。

28、进一步的改进是，在所述第四沟槽和所述第五沟槽中的所述源极场板的顶部未形成所述第一接触孔时，各所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽、所述第四沟槽和所述第五沟槽的宽度相等。

29、所述第六沟槽和所述第七沟槽的宽度相等，所述第六沟槽之间的间距和所述第七沟槽之间的间距相等。

30、所述第六沟槽的宽度大于等于所述第一沟槽的宽度，所述第六沟槽之间的间距大于等于或小于所述第一接触孔之间的间距。

31、进一步的改进是，在所述半导体衬底上还形成有第一导电类型掺杂的第一外延层，各所述沟槽形成于所述第一外延层中，所述第一外延层的掺杂浓度按照所述主体漂移区的掺杂浓度设置，各所述端部漂移区的第一导电类型掺杂杂质是在所述主体漂移区的第一导电类型掺杂杂质的基础上增加了第一导电类型的第一注入区的掺杂杂质，所述第一注入区通过第一导电类型的离子注入同时形成于各所述端部漂移区中，所述第一注入区的注入区域通过光刻定义。

32、进一步的改进是，在所述沟槽中还形成有栅极导电材料层。

33、在所述源极场板和所述沟槽的内侧表面隔离有屏蔽栅介质层。

34、在所述栅极导电材料层和所述源极场板之间间隔有栅极间介质层。

35、在所述栅极导电材料层和所述沟槽的内侧表面之间隔离有栅介质层。

36、进一步的改进是，sgt器件的栅极结构为上下结构，所述栅极导电材料层位于所述源极场板的顶部。

37、或者，sgt器件的栅极结构为左右结构，所述栅极导电材料层位于所述源极场板的左右两侧。

38、为解决上述技术问题，本发明提供的制造如权利要求1所述的sgt器件的源极场板引出结构的方法包括如下步骤：

39、提供所述半导体衬底，在形成所述沟槽之前或者之后，采用如下步骤形成所述端部漂移区：

40、采用光刻工艺定义第一注入区的形成区域，所述第一注入区的形成区域覆盖位于各所述第一沟槽的两端处的所述原胞区并延伸到所述原胞区外侧的所述终端区中；在俯视面上，在所述原胞区中，所述第一注入区和各所述平台区的交叠区域为所述端部漂移区的形成区域。

41、进行第一导电类型的离子注入形成所述第一注入区；在所述第一注入区和各所述平台区的交叠区域中形成所述端部漂移区；所述主体漂移区的第一导电类型掺杂杂质由组成所述平台区的所述半导体衬底的第一导电类型掺杂杂质组成；各所述端部漂移区的第一导电类型掺杂杂质由组成所述平台区的所述半导体衬底的第一导电类型掺杂杂质的基础上和所述第一注入区的掺杂杂质叠加形成。

42、进一步的改进是，在所述半导体衬底上还形成有第一导电类型掺杂的第一外延层，各所述沟槽形成于所述第一外延层中。

43、所述平台区由所述第一沟槽之间、所述第二沟槽和所述第一沟槽之间以及所述第三沟槽和所述第一沟槽之间的所述第一外延层组成。

44、所述第一外延层的掺杂浓度按照所述主体漂移区的掺杂浓度设置。

45、各所述端部漂移区的第一导电类型掺杂杂质是在所述主体漂移区的第一导电类型掺杂杂质的基础上增加了第一导电类型的第一注入区的掺杂杂质。

46、进一步的改进是，所述第一注入区的离子注入的工艺参数包括：

47、注入能量包括1mev～4mev。

48、注入剂量包括5e11cm-2～3e12cm-2。

49、注入次数为一次或者多次。

50、进一步的改进是，sgt器件为n型器件，第一导电类型为n型，所述第一注入区的离子注入的杂质包括磷。

51、本发明采用了沟槽环结构，故原胞区中第一沟槽内的源极场板能和终端区中的沟槽环的沟槽中的源极场板接触，并从而能实现将和源极场板连接的第一接触孔设置在终端区中，这样原胞区中的第一沟槽的宽度不需要为了设置第一接触孔而增加，故能实现第一沟槽的宽度均匀分布，这样第一沟槽之间的平台区的宽度也就能均匀分布，所以，消除第一沟槽的宽度不均匀所产生的对平台区中的漂移区的非均匀耗尽，特别是避免对宽度较窄处的平台区中的漂移区的过耗尽，从而能消除由此产生的弱点。

52、同时，为了消除第一沟槽和沟槽环的相交区域处的平台区中的漂移区会被三面耗尽而产生过耗尽的缺陷，本发明增加被三面耗尽区域的漂移区部分即端部漂移区的掺杂浓度，端部漂移区的掺杂浓度的增加会降低源极场板对端部漂移区的耗尽能力，且本发明能通过增加端部漂移区的掺杂浓度使得反偏时源极场板对端部漂移区的耗尽能力和对主体漂移区的耗尽能力相同，故本发明能通过增加端部漂移区的掺杂浓度来消除由于端部漂移区的三面耗尽所产生的耗尽弱点。

53、所以，本发明的沟槽环结构和端部漂移区的设置能同时消除平台区中间区域的耗尽弱点和端部区域的耗尽弱点，最后能避免出现弱点区域并改善器件的击穿电压。

54、另外，由于第一接触孔是设置在终端区中，使得本发明的第一接触孔的设置方便，能根据实际需要进行设置，例如：能设置在沟槽环中的第一沟槽的两侧中的单侧，也能设置在第一沟槽的两侧的双侧都设置，能第一沟槽两侧的沟槽环外再设置位于终端区中的沟槽即第六沟槽或第七沟槽并在第六沟槽或第七沟槽中实现单侧或双侧第一接触孔的设置。分别能得到不同的技术效果，例如：

55、双侧第一接触孔的设置能使得源极电压从两端进入到第一沟槽的源极场板中，从而能降低源极场板的引出电阻即引出结构的寄生电阻。

56、引入第六沟槽或第七沟槽，则能取消沟槽环中设置的第一接触孔，从而使得沟槽环的各沟槽的宽度能和第一沟槽的宽度相同，防止沟槽环的沟槽宽度过大所带来的沟槽深度增加，从而能防止由于沟槽深度增加所带来的对器件性能的不利影响。

57、第六沟槽或第七沟槽中耐压主要靠屏蔽介质层如二氧化硅组成的屏蔽氧化层的承受，耐压较大，使得第六沟槽或第七沟槽的宽度和间距能自由选择；而且通过第六沟槽或第七沟槽的设置，能增加输出电容(coss)，而且coss的线性度更好，也能在开关中起到r-c吸收电路(snubber)的作用，能降低开关过程中的尖峰(spike)。