阅读说明：本技术 沟槽栅器件及其制作方法 (Trench gate device and manufacturing method thereof ) 是由 赵龙杰 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种沟槽栅器件及其制作方法,涉及半导体制造领域。该沟槽栅器件至少包括形成有超级结结构的衬底、形成于衬底中的沟槽栅结构、位于衬底表面的层间介质层；沟槽栅结构包括覆盖沟槽底部和侧壁的栅介质层、位于栅介质层内侧的多晶硅栅、位于多晶硅栅内侧的中间介质层、位于中间介质层内侧的辅助多晶硅层；在衬底中,沟槽栅结构的外侧形成有源区；层间介质层中形成有接触孔,多晶硅栅、辅助多晶硅层、源区分别通过接触孔引出；引出的辅助多晶硅层与引出的源区连接；解决了目前带有超级结结构的沟槽栅器件容易受到电磁干扰影响的问题；达到了降低电磁干扰对具有超级结结构的沟槽栅器件性能的影响的效果。(The application discloses a trench gate device and a manufacturing method thereof, and relates to the field of semiconductor manufacturing. The trench gate device at least comprises a substrate with a super junction structure, a trench gate structure formed in the substrate and an interlayer dielectric layer positioned on the surface of the substrate; the trench gate structure comprises a gate dielectric layer covering the bottom and the side wall of the trench, a polysilicon gate positioned on the inner side of the gate dielectric layer, an intermediate dielectric layer positioned on the inner side of the polysilicon gate, and an auxiliary polysilicon layer positioned on the inner side of the intermediate dielectric layer; forming an active region on the outer side of the trench gate structure in the substrate; a contact hole is formed in the interlayer dielectric layer, and the polysilicon gate, the auxiliary polysilicon layer and the source region are respectively led out through the contact hole; the led-out auxiliary polycrystalline silicon layer is connected with the led-out source region; the problem that the existing trench gate device with the super junction structure is easily influenced by electromagnetic interference is solved; the effect of reducing the influence of electromagnetic interference on the performance of the trench gate device with the super junction structure is achieved.)

沟槽栅器件及其制作方法

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种沟槽栅器件及其制作方法。

背景技术

超级结是一种用于提升器件反相击穿电压，以及保持较小导通电阻的MOSFET结构。超级结产品的耐压是由特殊的P柱区域与附近的N外延区域的横向耗尽所形成的耗尽区，在纵向提供耐压保护能力。

随着技术的发展，超级结器件的使用也越来越广泛。半导体器件集成度要求越来高，器件元胞尺寸也逐渐减小，器件结构也随需求发生了改变，沟槽栅结构出现。虽然采用沟槽栅结构的器件能够实现更快的开关速度和更低的开关损耗，但是也更容易受到电磁干扰。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种沟槽栅器件及其制作方法。该技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种沟槽栅器件，至少包括形成有超级结结构的衬底、形成于衬底中的沟槽栅结构、位于衬底表面的层间介质层；

沟槽栅结构包括覆盖沟槽底部和侧壁的栅介质层、位于栅介质层内侧的多晶硅栅、位于多晶硅栅内侧的中间介质层、位于中间介质层内侧的辅助多晶硅层；

在衬底中，沟槽栅结构的外侧形成有源区；

层间介质层中形成有接触孔，多晶硅栅、辅助多晶硅层、源区分别通过接触孔引出；

引出的辅助多晶硅层与引出的源区连接。

可选的，在衬底中，沟槽栅结构的外侧形成有阱区，源区位于阱区的顶部。

可选的，超级结结构的N型柱内形成有沟槽栅结构。

可选的，在沟槽栅结构中，沟槽底部至沟槽深度的1/4至1/2处由多晶硅栅完全填充。

第二方面，本申请实施例提供了一种沟槽栅器件的制作方法，该方法包括：

在形成有超级结结构的衬底中形成沟槽；

在所沟槽内形成栅介质层；

利用多晶硅填充沟槽的一部分，形成多晶硅栅；

在沟槽内形成中间介质层；

利用多晶硅填充沟槽中的间隙，形成辅助多晶硅层；

在衬底中形成沟槽栅器件的源区；

沉积层间介质层，并在层间介质层中形成接触孔，接触孔用于将多晶硅栅、辅助多晶硅层、源区引出；

将引出的辅助多晶硅层与引出的源区连接。

可选的，在形成有超级结结构的衬底中形成沟槽，包括：

在衬底中超级结结构的N型柱内形成沟槽。

可选的，栅介质层为氧化层。

可选的，利用多晶硅填充沟槽的一部分，形成多晶硅栅，包括：

沉积多晶硅至沟槽深度的1/4至1/2处被完全填充，形成多晶硅栅。

可选的，在衬底中形成沟槽栅器件的源区，包括：

在沟槽的外侧形成阱区；

在阱区的顶部形成沟槽栅器件的源区。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

通过在形成有超级结结构的衬底中形成沟槽，在沟槽内形成栅介质层，利用多晶硅填充沟槽的一部分，形成沟槽栅，在沟槽内形成中间介质层，利用多晶硅填充沟槽中的间隙，形成辅助多晶硅层，形成源区，形成层间介质层，形成接触孔，利用接触孔引出多晶硅栅、辅助多晶硅层、源区，将引出的辅助多晶硅层和源区连接；解决了目前带有超级结结构的沟槽栅器件容易受到电磁干扰影响的问题；达到了降低电磁干扰对具有超级结结构的沟槽栅器件性能的影响的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的电流与时间关系的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的电压与栅源电容关系的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的制作方法的流程图；

图5是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的制作方法的实施示意图；

图6是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的制作方法的实施示意图；

图7是本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的制作方法的实施示意图；

其中：11，衬底；12，栅介质层；13，多晶硅栅；14，中间介质层；15，辅助多晶硅层；16，源区；17，层间介质层；18，第一类型外延层；19，第二类型外延层；20，接触孔。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本申请实施例提供了一种沟槽栅器件，该沟槽栅器件至少包括形成有超级结结构的衬底、形成于衬底中的沟槽栅结构、位于衬底表面的层间介质层。

如图1所示，沟槽栅结构包括覆盖沟槽底部和侧壁的栅介质层12、位于栅介质层12内侧的多晶硅栅13、位于多晶硅栅13内侧的中间介质层14、位于中间介质层内侧的辅助多晶硅层15。

由多晶硅栅13、中间介质层14和辅助多晶硅层15构成的夹层结构完全填充沟槽。

在衬底中，沟槽栅结构的外侧形成有源区16。可选的，沟槽栅结构的两侧形成有源区。

衬底11上的第一类型外延层18中形成有第二类型外延层19，第一类型与第二类型相反，第一类型外延层18与第二类型外延层19交替排列构成超级结结构。

在一个例子中，第一类型外延层为N型外延层，第二类型外延层为P型外延层。

层间介质层17中形成有接触孔20，多晶硅栅13、辅助多晶硅层15、源区16分别通过接触孔20引出。

引出的辅助多晶硅层15与源区16连接。

如图1所示，沟槽栅结构的外侧形成有阱区21，源区16位于阱区21的顶部。源区16和阱区21的掺杂类型相反。

可选的，沟槽栅结构的两侧形成有阱区。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，第一类型外延层为N型外延层，第二类型外延层为P型外延层，N型外延层和P型外延层交替排列构成超级结结构，超级结结构的N型柱内形成有沟槽栅结构。

在基于图1所述实施例的可选实施例中，在沟槽栅结构中，从沟槽底部到沟槽深度的处，由多晶硅栅完全填充；沟槽内的剩余空间被多晶硅栅部分填充，沟槽中存在间隙。

在一个例子中，在沟槽栅结构中，从沟槽底部至沟槽深度的1/3处，由多晶硅栅完全填充；从沟槽深度的1/3处至沟槽顶部的空间被多晶硅栅部分填充，从沟槽深度的1/3处至沟槽顶部的空间中存在间隙。

在一个例子中，如图2所示，曲线221表示现有沟槽栅器件，曲线222表示本申请实施例提供的沟槽栅器件，横坐标为时间，纵坐标为电流，可以看出，曲线222对应的本申请实施例提供的沟槽栅器件的di/dt比曲线221对应现有沟槽栅器件的di/dt小；如图3所示，横坐标表示电压，纵坐标表示Cgs，曲线331表示现有的沟槽栅器件，曲线332表示本申请实施例提供的沟槽栅器件，可以看出，本申请实施例提供的沟槽栅器件的Cgs/Cgd(栅源电容/栅漏电容)大于现有的沟槽栅器件的Cgs/Cgd。

请参考图4，其示出了本申请实施例提供的一种沟槽栅器件的制作方法的流程图，该方法至少包括如下步骤：

步骤401，在形成有超级结结构的衬底中形成沟槽。

步骤402，在沟槽内形成栅介质层。

步骤403，利用多晶硅填充沟槽的一部分，形成多晶硅栅。

如图5所示，沟槽的底部和侧壁被栅介质层12覆盖，第一次沉积多晶硅后沟槽的底部被多晶硅填充，沟槽的侧壁也有多晶硅，多晶硅栅13形成，沟槽内形成有间隙。

在利用多晶硅第一次填充沟槽时，衬底表面会形成一层多晶硅。

步骤404，在沟槽内形成中间介质层。

如图6所示，沟槽内形成有中间介质层14，多晶硅栅13位于中间介质层14与栅介质层12之间。

在形成中间介质层14时，衬底表面会形成一层中间介质层。

步骤405，利用多晶硅填充沟槽中间的间隙，形成辅助多晶硅层。

如图6所示，在沟槽内形成中间介质层14后，沟槽内仍存在间隙。

利用多晶硅再次填充沟槽，如图7所示，沟槽内形成辅助多晶硅层15，沟槽被完全填充。

中间介质层14位于多晶硅栅13与辅助多晶硅层15之间。

在利用多晶硅第二次填充沟槽时，衬底表面再次形成一层多晶硅。

在沟槽栅结构形成后，去除衬底表面的多晶硅、中间介质层、栅介质层。

步骤406，在衬底中形成沟槽栅器件的源区。

沟槽栅器件的源区位于沟槽栅结构的外侧。

在一个例子中，沟槽栅器件的源区位于沟槽栅结构的两侧，如图1所示。

步骤407，沉积层间介质层，并在层间介质层中形成接触孔。

通过接触孔将多晶硅栅、辅助多晶硅层、源区引出，如图1所示。

步骤408，将引出的辅助多晶硅层与引出的源区连接。

可选的，在正面金属层将引出的辅助多晶硅层与引出的源区连接。

综上所述，本申请实施例提供的沟槽栅器件的制作方法，通过在形成有超级结结构的衬底中形成沟槽，在沟槽内形成栅介质层，利用多晶硅填充沟槽的一部分，形成沟槽栅，在沟槽内形成中间介质层，再次利用多晶硅填充沟槽中的间隙，形成辅助多晶硅层，形成源区，形成层间介质层，形成接触孔，利用接触孔引出多晶硅栅、辅助多晶硅层、源区，将引出的辅助多晶硅层和源区连接；解决了目前带有超级结结构的沟槽栅器件容易受到电磁干扰影响的问题；达到了降低电磁干扰对具有超级结结构的沟槽栅器件性能的影响的效果。

在基于图4所示实施例的可选实施例中，在衬底上形成用于制作沟槽栅结构的沟槽之前，在衬底上的外延层中形成P型柱、N型柱交替排列的超级结结构。

在基于图4所示实施例的可选实施例中，步骤“在形成有超级结结构的衬底中形成沟槽”，可以由如下方式实现：

在衬底中超级结结构的N型柱内形成用于形成沟槽栅结构的沟槽。

可选的，在N型柱上方定义出用于形成沟槽栅结构的沟槽区域，通过刻蚀工艺刻蚀衬底，形成沟槽。

在基于图4所示实施例的可选实施例中，栅介质层为氧化层。

在基于图4所示实施例的可选实施例中，中间介质层的材料为介电质。

比如：中间介质层的材料为氧化物，或，中间介质层的材料为不导电的陶瓷材料。

在基于图4所示实施例的可选实施例中，步骤“利用多晶硅填充沟槽的一部分，形成多晶硅栅”，可以由如下方式实现：

沉积多晶硅至沟槽深度的1/4至1/2处被完全填充，形成多晶硅栅。

在沉积多晶硅时，沟槽的侧壁也会形成多晶硅层，当沟槽底部到沟槽深度的1/4至1/2处被多晶硅完全填充时，沟槽内1/4至1/2深度到沟槽顶部的区域不会被多晶硅完全填充，形成的间隙用于生长中间介质层和辅助多晶硅层。

在基于图4所示实施例的可选实施例中，步骤“在衬底中形成沟槽栅器件的源区”可以通过如下方式实现：

在沟槽的外侧形成阱区。

可选的，在沟槽栅结构形成后，通过离子注入工艺在沟槽栅结构外侧的衬底中形成阱区。比如，在沟槽栅结构两侧的衬底中形成P阱。

在阱区的顶部形成沟槽栅器件的源区。

可选的，通过离子注入工艺在阱区的顶部形成源区，比如，在P阱顶部形成N+源区。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。