[發明專利]超結器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201610670810.7
• 申請日: 2016-08-15
• 公開（公告）號: CN107768442A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 曾大杰
• 申請（專利權）人: 深圳尚陽通科技有限公司
• 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: 郭四華

技術領域

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

背景技術

超結結構就是交替排列的N型柱和P型柱組成結構。如果用超結結構來取代垂直雙擴散MOS晶體管(Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor，VDMOS)器件中的N型漂移區，在導通狀態下通過N型柱提供導通通路，導通時P型柱不提供導通通路；在截止狀態下由PN立柱共同承受反偏電壓，就形成了超結金屬-氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。如圖1所示，是現有超結器件的結構圖，該超結器件為超結功率器件，這里是以N型超結MOSFET為例進行介紹。由圖1可知，N型超結器件包括：

多晶硅柵1，厚度通常在之間。多晶硅柵1的頂部會通過接觸孔連接到由正面金屬層組成的柵極。

柵氧化層2，用來是實現多晶硅柵1和溝道的隔離，柵氧化層2的厚度決定了多晶硅柵1的耐壓，通常為了保證一定的多晶硅柵1的耐壓，柵氧化層2的厚度一般大于

源區3，由N型重摻雜區即N+區組成，源區3的摻雜劑量即離子注入摻雜的注入劑量通常是在1e15/cm²以上。源區3的頂部會通過接觸孔連接到由正面金屬層組成的源極。

P型溝道區5，P型溝道區5的摻雜劑量通常是在5e13/cm²～1e14/cm²之間，P型溝道區5的摻雜決定了器件的閾值電壓，摻雜劑量越高，器件的閾值電壓越高。被多晶硅柵1覆蓋的P型溝道區5的表面用于形成溝道。

空穴收集區4，由形成于所述P型溝道區5表面的P型重摻雜區即P+區組成。

N型外延層7，其摻雜的體濃度通常是在1e15/cm³～5e16/cm³之間，N型外延層7作為器件的漂移區，N型外延層7的厚度決定了器件的擊穿電壓。

P型柱6，P型柱6和由P型柱6之間的N型外延層7組成的N型柱交替排列形成超結結構，超結結構中，各P型柱6和對應的N型柱互補摻雜并實現對N型柱的橫向耗盡，通過各P型柱6和相鄰的N型柱之間的互相橫向耗盡能夠輕易實現對整個超結結構中的N型漂移區耗盡，從而能同時實現高的摻雜濃度和高的擊穿電壓。

P型柱6在工藝上通常有兩種實現方式，一種是通過多次外延形成，另外一種是通過挖槽和P型硅填入形成的。

N型外延層7形成于半導體襯底9上，半導體襯底9為N型高摻雜，其體濃度1e19/cm³以上，其高的摻雜濃度是為了減小半導體襯底9的電阻。超結功率器件為MOSFET器件時，由N型高摻雜的半導體襯底9組成漏區，并在半導體襯底9的背面形成由背面金屬層組成的漏極。

N型緩沖層(Buffer)8形成于所述超結結構和高摻雜的所述半導體襯底9之間，N型緩沖層8主要目的是為了防止因為工藝的熱過程，高摻雜的半導體襯底9的雜質原子擴散到漂移區，造成漂移區的摻雜濃度提高，從而降低器件的擊穿電壓。N型緩沖層8的摻雜濃度通常跟N型外延層7的摻雜濃度基本保持一致。

結型場效應晶體管(JFET)注入區10，圖1所示的結構是平面柵結構，平面柵結構會存在寄生的JFET，JFET注入區10的摻雜類型和所述N型外延層7相同，通過增加JFET注入區10后能夠降低導通電阻；相反如果沒有JFET注入區10，溝通電阻會增加。

如圖1所示的超結器件存在一個寄生二極管，該寄生二極管為溝道區5和所述漂移區7即N型外延層7形成寄生體二極管，這個寄生體二極管在某些應用場合，如軟開關的應用中會被使用到。在某些情況下，這個寄生體二極管需要反向恢復。反向恢復對應的超結MOSFET的漏極電流隨時間的變化通常如圖2所示：