[發(fā)明專利]超級結(jié)器件及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310390256.3
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN104425602B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖勝安
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31211
• 代理人: 丁紀(jì)鐵

1.一種超級結(jié)器件，超級結(jié)器件的中間區(qū)域為電流流動區(qū)，終端保護結(jié)構(gòu)環(huán)繞于所述電流流動區(qū)的外周；其特征在于：

電流流動區(qū)包括多個交替排列的N型薄層和P型薄層，在所述N型薄層和所述P型薄層的頂部形成有P阱；所述電流流動區(qū)的所述N型薄層和所述P型薄層的底部和N+硅襯底接觸；

所述N型薄層包括高電阻率部分和低電阻率部分，所述高電阻率部分為所述N型薄層的中間部分，所述低電阻率部分位于所述高電阻率部分的兩側(cè)且和鄰近的所述P型薄層相接觸；所述高電阻率部分和所述低電阻率部分的電阻率之比大于5:1；

所述N型薄層和其鄰近的所述P型薄層的電荷不平衡，所述N型薄層的所述低電阻率部分和其鄰近的所述P型薄層的電荷平衡；所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數(shù)大于所述P型薄層的P型載流子數(shù)，從而保證所述N型薄層和其鄰近的所述P型薄層的電荷不平衡，所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數(shù)減去所述P型薄層的P型載流子數(shù)的差值要小于所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數(shù)的10％、以及小于所述P型薄層的P型載流子數(shù)的10％；

所述N型薄層和所述P型薄層之間連接反偏電壓的條件下，所述低電阻率部分和所述P型薄層之間形成橫向耗盡區(qū)，所述高電阻率部分不被所述P型薄層完全橫向耗盡而在所述高電阻率部分中具有不和所述P型薄層形成橫向耗盡區(qū)的區(qū)域，所述高電阻率部分的未被所述P型薄層橫向耗盡的部分和所述P阱之間形成縱向耗盡區(qū)；在反偏電壓增加時，所述P阱對所述高電阻率部分的縱向耗盡形成的縱向耗盡區(qū)的深度增加。

2.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件，其特征在于：所述N型薄層的所述高電阻率部分的分布區(qū)域不和所述終端保護結(jié)構(gòu)鄰接。

3.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件，其特征在于：所述N型薄層的高電阻率部分的寬度為一種或二種以上。

4.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件，其特征在于：所述超級結(jié)器件為超級結(jié)MOSFET器件、超級結(jié)高壓二極管或超級結(jié)IGBT器件。

5.一種超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、在N+硅襯底上淀積第一N型外延硅層；所述第一N型外延硅層的厚度和后續(xù)形成的電流流動區(qū)的N型薄層的高電阻率部分的厚度相同；

步驟二、在所述第一N型外延硅層表面依次淀積第一二氧化硅層、第二氮化硅層和第三二氧化硅層；利用光刻刻蝕工藝依次對所述第三二氧化硅層、所述第二氮化硅層和所述第一二氧化硅層形成溝槽圖形掩模；

步驟三、以所述溝槽圖形掩模為掩模對所述第一N型外延硅層進行刻蝕形成多個溝槽，所述溝槽的底部和所述硅襯底相連接；超級結(jié)器件的中間區(qū)域為所述電流流動區(qū)，終端保護結(jié)構(gòu)環(huán)繞于所述電流流動區(qū)的外周；在所述電流流動區(qū)中，各所述溝槽之間的所述第一N型外延硅層呈薄層結(jié)構(gòu)并分別定義出所述N型薄層的高電阻率部分；依次將所述溝槽圖形掩模的所述第三二氧化硅層和所述第二氮化硅層去除，所述第一二氧化硅層保留；

步驟四、在所述硅襯底正面淀積形成第二N型外延硅層，所述第二N型外延硅層形成于所述溝槽的底面和側(cè)面，所述第一N型外延硅層的電阻率和所述第二N型外延硅層的電阻率之比大于5:1；在所述電流流動區(qū)中，形成于所述高電阻率部分的兩側(cè)面的所述第二N型外延硅層組成低電阻率部分，所述高電阻率部分和所述低電阻率部分組成所述N型薄層；

步驟五、在所述硅襯底正面淀積形成第三P型外延硅層，所述第三P型外延硅層和所述第二N型外延硅層接觸并將所述溝槽完全填滿；將所述溝槽頂部表面的硅和氧化硅都去除；

在所述電流流動區(qū)中，由填充于所述溝槽中的所述第三P型外延硅層組成P型薄層，所述電流流動區(qū)中的所述P型薄層和所述N型薄層呈交替排列結(jié)構(gòu)；

所述N型薄層和其鄰近的所述P型薄層的電荷不平衡，所述N型薄層的所述低電阻率部分和其鄰近的所述P型薄層的電荷平衡；所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數(shù)大于所述P型薄層的P型載流子數(shù)，從而保證所述N型薄層和其鄰近的所述P型薄層的電荷不平衡，所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數(shù)減去所述P型薄層的P型載流子數(shù)的差值要小于所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數(shù)的10％、以及小于所述P型薄層的P型載流子數(shù)的10％；

所述N型薄層和所述P型薄層之間連接反偏電壓的條件下，所述低電阻率部分和所述P型薄層之間形成橫向耗盡區(qū)，所述高電阻率部分不被所述P型薄層完全橫向耗盡而在所述高電阻率部分中具有不和所述P型薄層形成橫向耗盡區(qū)的區(qū)域；

步驟六、在所述N型薄層和所述P型薄層的頂部形成P阱；所述N型薄層和所述P型薄層之間連接反偏電壓時，所述高電阻率部分的未被所述P型薄層橫向耗盡的部分和所述P阱之間形成縱向耗盡區(qū)；在反偏電壓增加時，所述P阱對所述高電阻率部分的縱向耗盡形成的縱向耗盡區(qū)的深度增加。