本發明涉及半導體制造，尤其涉及一種超結溝槽柵mosfet結構及其形成方法。

背景技術：

1、溝槽柵mosfet器件是一種常見的mofet器件變種，它包括柵極、源極和漏極，通過調整柵極電壓來控制電流的流動，其中核心原理是利用柵極電場對溝道中的電子進行控制。當柵極和源極之間存在正電壓時，在溝道中形成一個電子氣體，從而允許電流通過。當柵極電壓為零或者負電壓時，溝道變為絕緣體，電流停止。

2、溝槽柵mosfet器件被廣泛用于功率轉換電路，常用于功率開關器件。為了改善中高壓(50v～200v)溝槽柵的導通電阻，超結-溝槽柵概念被提了出來，溝槽柵的導通電阻rsp和擊穿電壓bv是其重要的參數指標之一，獲得更高的擊穿電壓，更低的導通電阻可以提高產品的競爭力。

3、然而，現有的超結溝槽柵mosfet器件的性能較差。

技術實現思路

1、本發明解決的技術問題是提供一種超結溝槽柵mosfet結構及其形成方法，能夠有效提升最終形成的超結溝槽柵mosfet結構的性能，使得形成的超結溝槽柵mosfet結構具有更廣泛的使用范圍。

2、為解決上述問題，本發明提供一種超結溝槽柵mosfet結構，包括：襯底，襯底表面具有第一漂移區，第一漂移區的表面具有第二漂移區，第二漂移區的表面具有體區，第一漂移區和第二漂移區內具有第一摻雜離子，第一漂移區內的第一摻雜離子的濃度大于第二漂移區內的第一摻雜離子的濃度，體區內具有第二摻雜離子，第二摻雜離子的類型與第一摻雜離子的類型相反；貫穿體區和第二漂移區的溝槽，溝槽的底部暴露出第一漂移區；位于溝槽底部的第一漂移區內的摻雜柱，摻雜柱內具有第二摻雜離子；位于部分溝槽內介質層，介質層的頂部表面低于體區的底部表面，介質層的底部表面與摻雜柱的頂部表面接觸；位于剩余溝槽內且位于介質層上方的溝槽柵。

3、可選的，摻雜柱內第二摻雜離子的濃度范圍為1e12cm-2至1e13cm-2，注入能量范圍為50kev至4000kev。

4、可選的，溝槽柵包括位于介質層頂部表面的柵介質層；位于柵介質層上柵極多晶硅層，柵極多晶硅層填充滿溝槽。

5、可選的，還包括：位于溝槽柵兩側的體區內的源端重摻雜區，源端重摻雜區內具有第三摻雜離子，第三摻雜離子的類型與第一摻雜離子的類型相同。

6、可選的，還包括：位于體區表面的層間介質層，位于層間介質層內的插塞，插塞的底部延伸至體區內，插塞貫穿溝槽柵兩側的源端重摻雜區。

7、可選的，還包括：位于插塞底部的重摻雜區，重摻雜區位于體區內，重摻雜區內具有第四摻雜離子，第四摻雜離子的類型與第三摻雜離子的類型相反。

8、可選的，還包括位于層間介質層頂部表面的源端金屬層，源端金屬層還位于插塞的頂部表面。

9、可選的，還包括：位于襯底表面的漏端金屬層，漏端金屬層與漂移區分別位于襯底的兩側。

10、可選的，溝槽的底部暴露出第一漂移區的頂部表面或者溝槽的底部延伸至第一漂移區內。

11、相應的，本發明還提供一種超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，包括步驟：提供襯底，在襯底表面形成第一漂移區，在第一漂移區的表面形成第二漂移區，第二漂移區的表面形成體區，第一漂移區和第二漂移區內具有第一摻雜離子，第一漂移區內的第一摻雜離子的濃度大于第二漂移區內的第一摻雜離子的濃度，體區內具有第二摻雜離子，第二摻雜離子的類型與第一摻雜離子的類型相反；刻蝕體區和部分漂移區，形成貫穿體區和第二漂移區的溝槽，溝槽的底部暴露出第一漂移區；在溝槽底部的第一漂移區內形成摻雜柱，摻雜柱內具有第二摻雜離子；在部分溝槽內形成介質層，介質層的頂部表面低于體區的底部表面，介質層的底部表面與摻雜柱的頂部表面接觸；在剩余溝槽內形成溝槽柵，溝槽柵位于介質層的上方。

12、可選的，溝槽的形成方法包括：在體區的表面形成刻蝕停止層；

13、在刻蝕停止層的表面形成硬掩膜層；在硬掩膜層的表面形成光刻膠層，光刻膠層內具有暴露出部分硬掩膜層表面的開口；以光刻膠層為掩膜，刻蝕硬掩膜層，在硬掩膜層內形成暴露出部分刻蝕停止層的硬掩膜開口；去除光刻膠層；以硬掩膜層為掩膜刻蝕所述刻蝕停止層、體區、第二漂移區形成溝槽，溝槽的底部暴露出第一漂移區。

14、可選的，溝槽的底部暴露出第一漂移區的頂部表面或者溝槽的底部延伸至第一漂移區內。

15、可選的，摻雜柱和介質層的形成方法包括：在溝槽的側壁形成犧牲氧化層；以硬掩膜層為掩膜，對溝槽底部的第一漂移區進行離子注入，形成摻雜柱，摻雜柱內具有第二摻雜離子，摻雜柱內第二摻雜離子的濃度范圍為1e12cm-2至1e13cm-2，注入能量范圍為50kev至4000kev；去除硬掩膜層、犧牲氧化層和刻蝕停止層；在溝槽內形成初始介質層，初始介質層填充滿溝槽；回刻蝕初始介質層至表面低于體區的底部表面，在部分溝槽內形成介質層。

16、可選的，溝槽柵的形成方法包括：形成介質層之后，在剩余溝槽的側壁以及介質層的表面形成柵介質層；在柵介質層上形成柵極多晶硅層，柵極多晶硅層填充滿溝槽。

17、可選的，形成溝槽柵之后，還包括：對溝槽柵兩側的體區進行離子注入，形成源端重摻雜區，源端重摻雜區內具有第三摻雜離子，第三摻雜離子的類型與第一摻雜離子的類型相同；在體區的表面形成層間介質層；在層間介質層內形成插塞，插塞的底部延伸至體區內，插塞貫穿溝槽柵兩側的源端重摻雜區；在插塞底部的體區內形成重摻雜區，重摻雜區內具有第四摻雜離子，第四摻雜離子的類型與第三摻雜離子的類型相反；在層間介質層頂部表面形成源端金屬層，源端金屬層形成于插塞的頂部表面；在襯底表面形成漏端金屬層，漏端金屬層與漂移區分別位于襯底的兩側。

18、與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

19、本發明的超結溝槽柵mosfet結構的技術方案中，襯底的表面具有第一漂移區，第一漂移區的表面具有第二漂移區，第二漂移區的表面具有體區，第一漂移區和第二漂移區內都具有第一摻雜離子，其中第一漂移區內的第一摻雜離子的濃度大于第二漂移區內的第一摻雜離子的濃度，體區內具有第二摻雜離子，第一摻雜離子的類型與第二摻雜離子的類型相反；溝槽貫穿體區和第二漂移區，溝槽的底部暴露出第一漂移區，摻雜柱位于溝槽的底部第一漂移區內，摻雜柱內同樣具有第二摻雜離子，位于部分溝槽內的介質層，介質層的頂部表面低于體區的底部表面，介質層的底部表面與摻雜柱的頂部表面接觸，溝槽柵位于剩余的溝槽內；摻雜柱用于輔助第一漂移區耗盡，體區輔助第二漂移區耗盡，從而增加整個（第一漂移區和第二漂移區）的長度，有助于提升擊穿電壓，同時體區對第二漂移區進行輔助耗盡，提高第二漂移區的摻雜濃度，降低超結溝槽柵mosfet的導通電阻，具有較廣泛的適用范圍。

技術特征：

1.一種超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，所述摻雜柱內所述第二摻雜離子的濃度范圍為1e12cm-2至1e13cm-2，注入能量范圍為50kev至4000kev。

3.如權利要求1所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，所述溝槽柵包括位于所述介質層頂部表面的柵介質層；位于所述柵介質層上柵極多晶硅層，所述柵極多晶硅層填充滿所述溝槽。

4.如權利要求1所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，還包括：位于所述溝槽柵兩側的所述體區內的源端重摻雜區，所述源端重摻雜區內具有第三摻雜離子，所述第三摻雜離子的類型與所述第一摻雜離子的類型相同。

5.如權利要求4所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，還包括：位于所述體區表面的層間介質層，位于所述層間介質層內的插塞，所述插塞的底部延伸至所述體區內，所述插塞貫穿所述溝槽柵兩側的所述源端重摻雜區。

6.如權利要求5所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，還包括：位于所述插塞底部的重摻雜區，所述重摻雜區位于所述體區內，所述重摻雜區內具有第四摻雜離子，所述第四摻雜離子的類型與所述第三摻雜離子的類型相反。

7.如權利要求6所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，還包括位于所述層間介質層頂部表面的源端金屬層，所述源端金屬層還位于所述插塞的頂部表面。

8.如權利要求1所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，還包括：位于所述襯底表面的漏端金屬層，所述漏端金屬層與所述漂移區分別位于所述襯底的兩側。

9.如權利要求1所述的超結溝槽柵mosfet結構，其特征在于，所述溝槽的底部暴露出所述第一漂移區的頂部表面或者所述溝槽的底部延伸至所述第一漂移區內。

10.一種超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，其特征在于，包括步驟：

11.如權利要求10所述的超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，其特征在于，所述溝槽的形成方法包括：

12.如權利要求10或者11所述的超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，其特征在于，所述溝槽的底部暴露出所述第一漂移區的頂部表面或者所述溝槽的底部延伸至所述第一漂移區內。

13.如權利要求11所述的超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，其特征在于，所述摻雜柱和所述介質層的形成方法包括：

14.如權利要求13所述的超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，其特征在于，所述溝槽柵的形成方法包括：

15.如權利要求14所述的超結溝槽柵mosfet結構的形成方法，其特征在于，形成所述溝槽柵之后，還包括：

技術總結
一種超結溝槽柵MOSFET結構及其形成方法，其中超結溝槽柵MOSFET結構包括：襯底，襯底表面具有第一漂移區，第一漂移區的表面具有第二漂移區，第二漂移區的表面具有體區，第一漂移區和第二漂移區內具有第一摻雜離子，第一漂移區內的第一摻雜離子的濃度大于第二漂移區內的第一摻雜離子的濃度，體區內具有第二摻雜離子，第二摻雜離子的類型與第一摻雜離子的類型相反；貫穿體區和第二漂移區的溝槽，溝槽的底部暴露出第一漂移區；位于溝槽底部的第一漂移區內的摻雜柱，摻雜柱內具有第二摻雜離子；位于部分溝槽內介質層，介質層的頂部表面低于體區的底部表面，介質層的底部表面與摻雜柱的頂部表面接觸；位于剩余溝槽內且位于介質層上方的溝槽柵；能夠有效提升最終形成的超結溝槽柵MOSFET結構的性能，使得形成的超結溝槽柵MOSFET結構具有更廣泛的使用范圍。

技術研發人員：許昭昭,田甜
受保護的技術使用者：華虹半導體（無錫）有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24