OSFET器件的电流流动区由多个原胞周期性排列组成，各所述原胞的栅极结构包括: 第一沟槽，形成于第一导电类型外延层中，所述第一导电类型外延层形成于第一导电类型半导体衬底表面； 屏蔽电极，由填充于所述第一沟槽中的第二导电类型外延层回刻后形成，所述屏蔽电极位于所述第一沟槽的底部； 在所述屏蔽电极顶部形成有所述屏蔽电极的第二导电类型外延层回刻后形成的第二沟槽； 沟槽栅，由形成于所述第二沟槽的电极材料层组成;所述沟槽栅底部通过栅极间隔离介质膜和所述屏蔽电极隔离;所述沟槽栅和所述第二沟槽的侧面之间隔离有栅介质膜； 沟道区由形成于所述第一导电类型外延层中的第二导电类型阱组成，被所述沟槽栅侧面覆盖的所述沟道区的表面用于形成沟道;所述沟道区底部的所述第一导电类型外延层组成漂移区； 所述屏蔽电极和相邻的所述漂移区直接接触且载流子平衡，在横向上，各所述原胞的所述屏蔽电极和所述漂移区组成交替排列的结构，在所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件为反向偏置状态下，所述屏蔽电极对相邻的所述漂移区进行横向耗尽。2.如权利要求1所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件，其特征在于:源区由形成于所述第二导电类型阱表面的第一导电类型的重掺杂区组成，所述源区通过接触孔连接到由正面金属层组成的源极； 所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件还包括有屏蔽电极连接区，所述屏蔽电极连接区形成有由填充于所述第一沟槽中的第二导电类型外延层组成的屏蔽电极，所述原胞的屏蔽电极和所述屏蔽电极连接区的屏蔽电极相连接并通过形成于所述屏蔽电极连接区的屏蔽电极顶部的接触孔连接到所述源极； 所述屏蔽电极连接区位于所述电流流动区之中；或者，所述屏蔽电极连接区位于终端区之中，所述终端区环绕在所述电流流动区周侧。3.如权利要求1所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件，其特征在于:在同一横向上，相邻的所述屏蔽电极之间的间距小于等于20微米;或者，在同一横向上，相邻的所述屏蔽电极之间的间距大于20微米。4.如权利要求2所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件，其特征在于:所述接触孔采用金属塞结构。5.如权利要求2或4所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件，其特征在于:在所述接触孔的顶部形成有金属娃化物。6.如权利要求1所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件，其特征在于:所述第二沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度且在横向上所述第二沟槽的区域将所述第一沟槽的区域全部覆盖。7.如权利要求1所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件，其特征在于:所述沟槽栅的电极材料层为多晶硅;或者，所述沟槽栅的电极材料层为金属钨硅。8.一种屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、提供一表面形成有第一导电类型外延层的第一导电类型半导体衬底，采用光刻刻蚀工艺在所述第一导电类型外延层中刻蚀形成第一沟槽； 步骤二、采用外延生长工艺形成第二导电类型外延层，所述第二导电类型外延层将所述第一沟槽完全填充并延伸到所述第一沟槽外部表面； 步骤三、对所述第二导电类型外延层进行采用化学机械研磨或回刻使所述第一沟槽外部表面的所述第二导电类型外延层去除； 步骤四、采用光刻工艺将屏蔽栅沟槽MOSFET器件的电流流动区的各原胞的第二沟槽的形成区域打开，所述第二沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度且在横向上所述第二沟槽的区域将所述第一沟槽的区域全部覆盖； 对打开的所述第二沟槽的形成区域的外延层进行刻蚀，刻蚀后的所述第二导电类型外延层位于所述第一沟槽的底部并组成屏蔽电极并在所述屏蔽电极的顶部形成第二沟槽；步骤五、在所述屏蔽电极顶部表面形成栅极间隔离介质膜;在所述屏蔽电极顶部的所述第二沟槽侧面形成栅介质膜;在所述第二沟槽中填充电极材料层形成沟槽栅，所述沟槽栅底部通过栅极间隔离介质膜和所述屏蔽电极隔离;所述沟槽栅和所述第二沟槽的侧面之间隔离有栅介质膜； 步骤六、通过离子注入和退火工艺在所述第一导电类型外延层中形成第二导电类型阱并由所述第二导电类型阱组成沟道区，被所述沟槽栅侧面覆盖的所述沟道区的表面用于形成沟道;所述沟道区底部的所述第一导电类型外延层组成漂移区； 所述屏蔽电极和相邻的所述漂移区直接接触且载流子平衡，在横向上，各所述原胞的所述屏蔽电极和所述漂移区组成交替排列的结构，在所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件为反向偏置状态下，所述屏蔽电极对相邻的所述漂移区进行横向耗尽。9.如权利要求8所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤: 步骤七、采用离子注入和激活工艺在所述第二导电类型阱表面形成由第一导电类型的重掺杂区组成的源区； 步骤八、沉积层间膜，采用光刻刻蚀工艺形成穿过所述层间膜的接触孔； 步骤九、通过离子注入工艺在所述接触孔的底部形成第二导电类型接触区；之后在所述接触孔中填充金属； 步骤十、形成正面金属层并对所述正面金属层进行光刻刻蚀形成源极金属层和栅极金属层;所述源极金属层通过接触孔和所述源区连接； 所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件还包括有屏蔽电极连接区，所述屏蔽电极连接区形成有由填充于所述第一沟槽中的第二导电类型外延层组成的屏蔽电极，步骤四中所述屏蔽电极连接区的所述第一沟槽中的第二导电类型外延层被保护而不被刻蚀;步骤八中在所述屏蔽电极连接区的屏蔽电极顶部形成有所述接触孔，所述原胞的屏蔽电极和所述屏蔽电极连接区的屏蔽电极相连接并通过形成于所述屏蔽电极连接区的屏蔽电极顶部的接触孔连接到所述源极； 所述屏蔽电极连接区位于所述电流流动区之中；或者，所述屏蔽电极连接区位于终端区之中，所述终端区环绕在所述电流流动区周侧。10.如权利要求8或9所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法，其特征在于:步骤一中的所述第一沟槽的光刻刻蚀工艺之前还包括在所述第一导电类型外延层表面形成硬质掩模层的步骤，光刻刻蚀时依次对所述硬质掩模层和所述第一导电类型外延层进行刻蚀形成所述第一沟槽； 所述硬质掩模层由第一氧化膜组成;或者，所述硬质掩模层由第一氧化膜、第二氮化膜和第三氧化膜从底部到顶部叠加形成； 步骤一的所述第一沟槽形成后、步骤二的所述外延生长工艺之前对所述硬质掩模层进行刻蚀并使刻蚀后的所述硬质掩模层仅保留所述第一氧化膜。11.如权利要求10所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法，其特征在于:步骤四包括如下分步骤:去除所述硬质掩模层;淀积第四氧化膜;采用光刻刻蚀工艺将所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件的电流流动区的各原胞的所述第二沟槽的形成区域的所述第四氧化膜去除；以光刻刻蚀后的所述第四氧化膜为掩模对外延层进行刻蚀并形成所述屏蔽电极为位于所述屏蔽电极顶部的第二沟槽； 或者，步骤四包括如下分步骤:采用光刻工艺将所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件的电流流动区的各原胞区域都打开;在所述屏蔽栅沟槽MOSFET器件的电流流动区的各原胞区域以所述硬质掩模层的所述第一氧化膜为自对准掩模对外延层进行刻蚀并形成所述屏蔽电极为位于所述屏蔽电极顶部的第二沟槽。12.如权利要求9所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法，其特征在于:步骤九中在所述接触孔中填充的金属层包括淀积在所述接触孔的侧面和底部表面的金属阻挡层以及将所述接触孔完成填充的金属填充层； 在步骤九的所述接触孔填充金属之前还包括在所述接触孔的底部形成金属硅化物的步骤，所述接触孔填充金属之后所述接触孔中的金属和底部的所述金属硅化物相接触;或者，在所述第二导电类型接触区形成之后直接在所述接触孔中填充金属，所述接触孔填充金属之后所述接触孔中的金属和底部的所述第二导电类型接触区相接触。13.如权利要求8所述的屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法，其特征在于:步骤五中采用热氧化工艺同时形成由热氧化膜组成的所述栅极间隔离介质膜和所述栅介质膜； 或者，步骤五中，先采用化学气相淀积加回刻工艺形成由氧化膜组成的所述栅极间隔离介质膜，之后再采用热氧化工艺形成由热氧化膜组成的所述栅介质膜。
【专利摘要】本发明公开了一种屏蔽栅沟槽MOSFET器件，原胞的栅极结构中，屏蔽电极由填充于沟槽中的外延层回刻后形成，沟槽栅形成于屏蔽电极的顶部；屏蔽电极和相邻的漂移区直接接触且载流子平衡，在横向上，各原胞的屏蔽电极和所述漂移区组成交替排列的结构，在器件反向偏置时，屏蔽电极对相邻的漂移区进行横向耗尽。本发明还公开了一种屏蔽栅沟槽MOSFET器件的制造方法。本发明不需要在屏蔽电极的底部设置介质膜，能减小器件单元的步进，减低器件的比导通电阻，同时减少制造难度、改善器件性能的一致性。
【IPC分类】H01L29/423, H01L21/28, H01L21/336, H01L29/78
【公开号】CN105702739
【申请号】CN201610288315
【发明人】肖胜安
【申请人】深圳尚阳通科技有限公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年5月4日