[發明專利]超級結器件及制造方法

有效

• 申請號: 201310390256.3
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN104425602B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 肖勝安
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種超級結器件；本發明還涉及一種超級結器件的制造方法。

背景技術

超級結MOSFET采用新的耐壓層結構，利用一系列的交替排列的P型半導體薄層和N型半導體薄層來在截止狀態下在較低電壓下就將所述P型半導體薄層和N型半導體薄層耗盡，實現電荷相互補償，從而使P型半導體薄層和N型半導體薄層在高摻雜濃度下能實現高的擊穿電壓，從而同時獲得低導通電阻和高擊穿電壓，打破傳統功率MOSFET理論極限。在美國專利US5216275中，以上的交替排列的P型半導體薄層和N型半導體薄層是與N+襯底相連的；在美國專利US6630698B1中，中間的P型半導體薄層和N型半導體薄層與N+襯底可以有大于0的間隔。

現有技術中，P型半導體薄層和N型半導體薄層的形成一種是通過外延成長然后進行光刻和注入，多次反復該過程得到需要的厚度的P型半導體薄層和N型半導體薄層，這種工藝在600V以上的MOSFET中，一般需要重復5次以上，生產成本和生產周期長。另一種是通過一次生長一種類型的需要厚度的外延之后，進行溝槽的刻蝕，之后在溝槽中填入相反類型的硅；這種方法雖然難度大，但具有簡化工藝流程，提高穩定性的效果；采用溝槽結構之后，由于P/N薄層即交替排列的P型半導體薄層和N型半導體薄層中P型半導體薄層和N型半導體薄層在縱方向上的摻雜濃度易于控制，而且沒有多次外延工藝造成的薄層中P型半導體薄層和N型半導體薄層或其中之一的摻雜濃度在縱向上發生變化從而帶來附加的縱向電場，保證了器件能獲得好的漏電特性和高的擊穿電壓。

在超級結工藝中，由于采用了交替的P/N薄層，超級結器件的體內二極管即P型半導體薄層和N型半導體薄層之間形成的二極管在較低的電壓下例如50伏Vds就會把P型半導體薄層和N型半導體薄層完全耗盡掉，這使得該二極管具有很硬的反向恢復特性，這一硬的反向恢復特性造成器件的恢復電流急劇變化，反向恢復中波動劇烈，引起電路中的電磁干擾（EMI-ELECTROMAGENETIC INTERFERENCE）,對電路中別的器件的工作帶來影響，在這點上，超級結器件不如常規的MOSFET器件，因為常規的MOSFET器件N-漂移區的耗盡是一直隨著電壓(Vds)的增加而擴展，反向恢復特性較軟。另一方面，在現有溝槽填充工藝中，溝槽底部都是停留在N-外延中，溝槽的深度直接影響器件的擊穿電壓等特性，也造成了均一性的問題，這在采用更低電阻率以降低比導通電阻時，會對工藝的余量造成很大的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超級結器件，能提高器件的反向恢復特性，且比導通電阻較低，還能改善器件特性對溝槽工藝的依賴性。為此，本發明還提供一種超級結器件的制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的超級結器件的中間區域為電流流動區，終端保護結構環繞于所述電流流動區的外周；電流流動區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型薄層和所述P型薄層之間連接反偏電壓的條件下，所述高電阻率部分不被所述P型薄層完全橫向耗盡，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；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的深度增加。

進一步的改進是，所述N型薄層的所述高電阻率部分的分布區域不和所述終端保護結構鄰接。

進一步的改進是，所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數減去所述P型薄層的P型載流子數的差值要小于所述N型薄層的低電阻率部分的N型載流子數的10%、以及小于所述P型薄層的P型載流子數的10%。

進一步的改進是，所述N型薄層的高電阻率部分的寬度為一種或二種以上。

進一步的改進是，所述超級結器件為超級結MOSFET器件、超級結高壓二極管或超級結IGBT器件。

為解決上述技術問題，本發明提供的超級結器件的制造方法包括如下步驟：