[发明专利]一种深槽超结MOSFET功率器件及其制备方法

权利要求书

1.一种深槽超结MOSFET功率器件，包括由下至上按序依次设置的漏极电极（1）、衬底（2）、外延层（3）、体区（5）、源区、栅极结构以及源极电极（11），其特征在于：所述外延层（3）中刻蚀形成有多个沟槽，多个所述沟槽间互不连通且均沿垂直方向设置，所述沟槽的侧壁与水平面间的夹角范围为80°~90°，所述沟槽的底端宽度不大于其上端宽度；每个所述沟槽内均填充有至少两层填充层（4），多个所述沟槽内填充层（4）的数量相同且每层填充层（4）的上端面高度保持一致，单个所述沟槽内填充层（4）的掺杂浓度由下至上递减。

2.根据权利要求1所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：所述衬底（2）的掺杂类型为n型，所述外延层（3）的掺杂类型为n型且形成于所述衬底（2）之上，所述外延层（3）的掺杂浓度低于所述衬底（2）的掺杂浓度，所述漏极电极（1）位于所述衬底（2）的下方。

3.根据权利要求1所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：所述填充层（4）的材质为p型硅，每层所述填充层（4）的上端面保持水平、侧面与所述沟槽的内壁相触接。

4.根据权利要求1所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：在单个所述沟槽内，以所述沟槽垂直方向上中心点处的掺杂浓度为基准，位于最上层的所述填充层（4）的掺杂浓度与基准间的差值及位于最下层的所述填充层（4）的掺杂浓度与基准间的差值均不超过基准的50%。

5.根据权利要求1所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：所述体区（5）的掺杂类型为p型、形成于所述沟槽上方，在水平方向上、相邻两个所述沟槽间的所述外延层不会被所述体区（5）穿通。

6.根据权利要求1所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：所述源区形成于所述体区（5）之上、由源极（6）和源极接触层（7）共同构成，在水平方向上、所述源极接触层（7）位于所述源极（6）的外侧，所述源极（6）的掺杂类型为n型且其掺杂浓度高于所述外延层（3）及所述体区（5），所述源极接触层（7）的掺杂类型为p型且其掺杂浓度高于所述体区（5），所述源极（6）与所述源极接触层（7）之间形成欧姆接触。

7.根据权利要求1所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：所述栅极结构由栅极氧化层（8）、多晶硅栅极（9）以及栅介质保护层（10）共同构成，所述栅极氧化层（8）的材质为二氧化硅、覆盖于所述体区（5）及所述源区之上，所述多晶硅栅极（9）位于所述栅极氧化层（8）之上并完全覆盖所述栅极氧化层（8）的上端面，所述栅介质保护层（10）的材质为绝缘材料、位于所述栅极氧化层（8）及所述多晶硅栅极（9）二者上方并将二者罩于其内部。

8.根据权利要求6所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于：所述源极电极（11）位于所述源区及所述栅极结构上方，所述源极电极（11）的下端面分别与所述源极（6）及所述源极接触层（7）二者的上端面相触接。

9.一种深槽超结MOSFET功率器件的制备方法，用于加工如权利要求1~8任一所述的一种深槽超结MOSFET功率器件，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取一块衬底（2），在其上形成一层致密的外延层（3），随后利用刻蚀工艺在所述外延层（3）上开设多个沟槽，控制所述沟槽的侧壁与水平面间的夹角范围在80°~90°之间，保证多个所述沟槽间互不连通且均沿垂直方向设置；

S2、使用p型硅在所述沟槽内分多次进行填充、直至将所述沟槽填充完全，在填充过程中，所使用的p型硅的掺杂浓度随填充次数依次降低；

S3、利用离子注入并退火扩散的工艺在所述外延层（3）的上端面形成一层体区（5），随后再次利用离子注入并退火扩散的工艺在所述体区（5）的上端面形成一层源区；

S4、将栅极氧化层（8）、多晶硅栅极（9）以及栅介质保护层（10）三者按照由下至上的顺序组合形成栅极结构，随后将所述栅极结构设置于所述体区（5）及所述源区之上；

S5、将源极电极（11）设置于所述源区及所述栅极结构上方，保证所述源极电极（11）的下端面分别与所述源极（6）及所述源极接触层（7）二者的上端面相触接；

S6、将漏极电极（1）设置于所述衬底（2）的下方，保证所述漏极电极（1）的上端面与所述衬底（2）的下端面相触接。