[發(fā)明專利]超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910371948.0
• 申請(qǐng)日: 2019-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN110212026B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅杰馨;薛忠營(yíng);柴展;徐大朋;黃肖艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海功成半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/06;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)及其制備方法。超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型襯底；第一導(dǎo)電類型外延層；多個(gè)第二導(dǎo)電類型柱；多個(gè)第二導(dǎo)電類型阱區(qū)；第一導(dǎo)電類型源區(qū)；第二導(dǎo)電類型阱引出區(qū)；柵極；柵極間隔層，位于柵極內(nèi)，包括間隔絕緣層及間隔金屬層，間隔絕緣層位于第一導(dǎo)電類型柱的上表面，間隔金屬層位于間隔絕緣層的上表面；源極金屬層，位于第二導(dǎo)電類型阱引出區(qū)的表面及第一導(dǎo)電類型源區(qū)的表面；漏極金屬層，位于第一導(dǎo)電類型襯底遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類型外延層的表面。本發(fā)明能有效降低超結(jié)MOS器件體內(nèi)的反向恢復(fù)電荷、縮短超結(jié)器件的反向恢復(fù)時(shí)間，由此能夠降低器件損耗，減小開關(guān)過程中的噪聲干擾，進(jìn)一步提升超結(jié)器件性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

自從80年代末期超結(jié)晶體管(Super-Junction MOS，簡(jiǎn)稱SJ-MOS)結(jié)構(gòu)被首次提出以來，超結(jié)MOS器件就以其導(dǎo)通電阻小、導(dǎo)通速度快和開關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn)而引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，其結(jié)構(gòu)也不斷被優(yōu)化。現(xiàn)有的超結(jié)晶體管中采用由一系列P型和N型半導(dǎo)體薄層交替排列組成的摻雜區(qū)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的VDMOS(Vertical double-diffused MOSFET，垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)器件中單一輕摻雜的漂移區(qū)。在截止態(tài)時(shí)，由于P型和N型層中的耗盡區(qū)電場(chǎng)產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)，使P型和N型層的摻雜濃度可以做的很高而不會(huì)引起器件擊穿電壓的下降；導(dǎo)通時(shí)，這種高濃度的摻雜可以使其導(dǎo)通電阻顯著下降。因?yàn)檫@種特殊的結(jié)構(gòu)，使得超結(jié)MOS器件的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的LDMOS器件。

如前所述，超結(jié)MOS器件利用P型和N型層中的耗盡區(qū)電場(chǎng)產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)電荷平衡，因而為提高超結(jié)器件的擊穿電壓，通常希望超結(jié)器件具有較大的厚度和較低的摻雜濃度，但這會(huì)導(dǎo)致超結(jié)器件的P-N結(jié)的面積相比傳統(tǒng)的功率器件，如平面型雙擴(kuò)散MOSFET(Planar DMOS)大了許多，使得超結(jié)器件在工作過程中，器件體內(nèi)的寄生體二極管在導(dǎo)通后，較大的載流子注入使得反向恢復(fù)電荷Qrr和反向恢復(fù)峰值電流Irrm升高。比如如圖1所示為常用的超結(jié)MOSFET器件與平面MOSFET器件的反向恢復(fù)特性曲線圖，可以看到，在相同的工作條件下(比如相同的工作溫度和電流變化率)，超結(jié)MOSFET器件比平面MOSFET器件的反向恢復(fù)電流更大(超結(jié)MOSFET的反向恢復(fù)峰值電流為14.1A而平面MOSFET器件的反向恢復(fù)峰值電流為12.6A)。這導(dǎo)致超結(jié)MOS器件反向恢復(fù)過程中的功率損耗增加，進(jìn)而導(dǎo)致器件性能劣化和使用壽命下降。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決現(xiàn)有的超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)因存在的反向恢復(fù)電流大而造成的功率損耗增加以及由此引發(fā)的器件性能劣化和使用壽命下降等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種超結(jié)MOS器件結(jié)構(gòu)，其包括：

第一導(dǎo)電類型襯底；

第一導(dǎo)電類型外延層，位于所述第一導(dǎo)電類型襯底的表面；

多個(gè)第二導(dǎo)電類型柱，間隔分布于所述第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)，以在各所述第二導(dǎo)電類型柱之間間隔出第一導(dǎo)電類型柱而形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，第二導(dǎo)電類型不同于第一導(dǎo)電類型；

多個(gè)第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，位于所述第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)，且位于所述第二導(dǎo)電類型柱的上表面；

第一導(dǎo)電類型源區(qū)，位于所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)；

第二導(dǎo)電類型阱引出區(qū)，位于所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)，且和所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)相鄰設(shè)置；

柵極，包括柵氧化層、柵極導(dǎo)電層及層間介質(zhì)層；其中，所述柵氧化層位于所述第一導(dǎo)電類型柱的上表面及所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的部分上表面；所述柵極導(dǎo)電層位于所述柵氧化層的上表面；所述層間介質(zhì)層位于所述柵極導(dǎo)電層的上表面及側(cè)壁；