[發(fā)明專利]超級(jí)結(jié)功率器件及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610798678.8
• 申請(qǐng)日: 2016-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN107799419A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘圣榮;鄭芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫華潤(rùn)華晶微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 孟金喆,胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超級(jí)結(jié)功率器件及其制備方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和控制必不可少的核心器件。隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保理念的確立與推進(jìn)，功率半導(dǎo)體的重要性日益提高，應(yīng)用前景越來越廣闊。國(guó)家已將促進(jìn)新型電力電子芯片和器件的產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為重要戰(zhàn)略目標(biāo)。

垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Vertical Double-diffused Mental Oxide Semiconductor，VDMOS)器件，有輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率低、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用最為廣泛的新型功率器件。常規(guī)結(jié)構(gòu)的VDMOS，隨著擊穿電壓的提高，外延層電阻率和厚度需要增大，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻將會(huì)很大，導(dǎo)通電阻與擊穿電壓關(guān)系為：R∝BV^2.5，這就是通常所說的“硅極限”。為了減小導(dǎo)通電阻或突破硅極限，現(xiàn)在主流的技術(shù)是采用超結(jié)技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)之一采用在N型襯底上經(jīng)過多次的N型外延和B注入，通過長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散來形成所需結(jié)構(gòu)。該實(shí)現(xiàn)方案，超結(jié)結(jié)構(gòu)受外延厚度及擴(kuò)散限制，為了實(shí)現(xiàn)較高深寬比，需要增加外延次數(shù)，成本較高。現(xiàn)有技術(shù)之二是在N型襯底上生長(zhǎng)一定厚度的N型外延層，在這個(gè)外延層上刻蝕30～50微米的溝槽，然后在溝槽里填充一定摻雜的P型外延層來形成超結(jié)。因?yàn)檫@個(gè)溝槽深度往往在30微米以上，實(shí)際過程中極易出現(xiàn)空隙和缺陷，對(duì)器件的可靠性是一個(gè)挑戰(zhàn)，且工藝要求非常高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超級(jí)結(jié)功率器件及其制備方法，導(dǎo)通電阻較小，耐壓性能較高，并且工藝流程較少，制造成本較低。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超級(jí)結(jié)功率器件的制備方法，該方法包括：

提供第一導(dǎo)電類型的襯底；

在所述襯底的上方形成第一導(dǎo)電類型的第一外延層；

在所述第一外延層上方進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的離子注入以使所述第一外延層的第一導(dǎo)電類型離子的濃度由上而下逐漸降低，在所述第一外延層上方進(jìn)行第二導(dǎo)電類型的離子注入以在所述第一外延層內(nèi)形成交替相間的第一導(dǎo)電類型柱區(qū)和第二導(dǎo)電類型柱區(qū)；

在所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)頂部形成具有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，所述體區(qū)超出相對(duì)應(yīng)的所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)的兩側(cè)并延伸至所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)；

在所述體區(qū)和所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)上方形成柵極氧化層和多晶硅層，并圖案化刻蝕形成柵極區(qū)；

進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的離子注入，在所述體區(qū)內(nèi)形成源區(qū)；

在所述源區(qū)和所述柵極區(qū)上分別形成源極金屬和柵極金屬，在所述襯底遠(yuǎn)離所述外延層的一側(cè)形成漏極金屬。

可選地，在所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)頂部形成具有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，所述體區(qū)超出相對(duì)應(yīng)的所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)的兩側(cè)并延伸至所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)之前，重復(fù)執(zhí)行n次下列操作：

在所述襯底的上方形成第一導(dǎo)電類型的第二外延層；

在所述第二外延層上方進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的離子注入以使所述第二外延層的第一導(dǎo)電類型離子的濃度由上而下逐漸降低，在所述第二外延層上方進(jìn)行第二導(dǎo)電類型的離子注入以在所述第二外延層內(nèi)形成交替相間的第一導(dǎo)電類型柱區(qū)和第二導(dǎo)電類型柱區(qū)；在垂直于所述第二外延層方向上；

其中，n為正整數(shù)。

可選地，在所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)頂部形成具有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，所述體區(qū)超出相對(duì)應(yīng)的所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)的兩側(cè)并延伸至所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)之前，重復(fù)執(zhí)行n次操作之后，第一外延層以及n個(gè)第二外延層中的所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)的總深寬比為0.6(n+1)～1.8(n+1)。

可選地，所述第一外延層的厚度為5～20微米，且電阻率為0.5～5歐姆·厘米。

可選地，1≤n≤6。

可選地，在所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)頂部形成具有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，所述體區(qū)超出相對(duì)應(yīng)的所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)的兩側(cè)并延伸至所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)之前，每次在所述襯底的上方形成的所述第二導(dǎo)電類型的第二外延層的厚度為5～12微米，且電阻率大于20歐姆·厘米。

可選地，在所述第一外延層或所述第二外延層上方進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的離子注入以使所述第一外延層或所述第二外延層的第一導(dǎo)電類型離子的濃度由上而下逐漸降低的所述第一導(dǎo)電類型的離子注入的離子濃度為2e11～1e14原子數(shù)每平方厘米。

可選地，所述第二導(dǎo)電類型的離子注入的離子濃度為1e12～1e14原子數(shù)每 平方厘米。