[發(fā)明專利]高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010535214.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111584621A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱袁正;周錦程;王根毅;周永珍
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫新潔能股份有限公司
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L29/06;H01L29/78;H01L21/027;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;涂三民

1.一種高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)，包括漏極金屬（1）、位于漏極金屬（1）上的第一導電類型襯底（2）及位于第一導電類型襯底（2）上的第一導電類型外延層（3），在第一導電類型外延層（3）的上表面設(shè)置第二導電類型體區(qū)（8），在第二導電類型體區(qū)（8）的上表面設(shè)置互相平行的溝槽（4），溝槽（4）穿透第二導電類型體區(qū)（8）進入第一導電類型外延層（3）內(nèi)，所述第二導電類型體區(qū)（8）被溝槽（4）切割成條狀并且互相平行，其特征是：在第二導電類型體區(qū)（8）的上表面兩側(cè)均設(shè)有在溝槽（4）的延伸方向上呈間隔設(shè)置的第一導電類型源區(qū)（9），在第二導電類型體區(qū)（8）的上表面中部設(shè)有第二導電類型阱區(qū)（10），所述第一導電類型源區(qū)（9）的下表面低于第二導電類型阱區(qū)（10）的下表面，塊狀第二導電類型阱區(qū)（13）沿著溝槽（4）的延伸方向上呈間隔設(shè)置在第二導電類型阱區(qū)（10）上，第一導電類型源區(qū)（9）被塊狀第二導電類型阱區(qū)（13）斷開；

在所述溝槽（4）的側(cè)壁與底面設(shè)有柵氧層（5），在柵氧層（5）內(nèi)設(shè)有柵極導電多晶硅（6），在柵氧層（5）與柵極導電多晶硅（6）的上表面設(shè)有絕緣介質(zhì)層（7），在絕緣介質(zhì)層（7）、第一導電類型源區(qū)（9）與第二導電類型阱區(qū)（10）的上表面設(shè)有源極金屬（11）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)，其特征是：所述第一導電類型源區(qū)（9）的上表面與第二導電類型阱區(qū)（10）的上表面平齊，第一導電類型源區(qū)（9）的下表面位于第二導電類型阱區(qū)（10）的下表面的下方。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)，其特征是：所述柵氧層（5）的上表面與柵極導電多晶硅（6）的上表面平齊，且柵氧層（5）的上表面、柵極導電多晶硅（6）的上表面位于第一導電類型源區(qū)（9）的下表面的上方。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)，其特征是：所述第二導電類型阱區(qū)（10）的雜質(zhì)摻雜濃度低于第一導電類型源區(qū)（9）的雜質(zhì)摻雜濃度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)，其特征是：對于N型功率半導體器件，所述第一導電類型為N型導電，所述第二導電類型為P型導電；對于P型功率半導體器件，所述第一導電類型為P型導電，所述第二導電類型為N型導電。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)，其特征是：所述絕緣介質(zhì)層（7）的上表面位于第二導電類型阱區(qū)（10）的上表面的下方或兩者平齊。

7.權(quán)利要求1所述的高可靠性高密度元胞功率半導體器件結(jié)構(gòu)的制造方法包括以下步驟：

步驟一：在第一導電類型襯底（2）的上表面形成第一導電類型外延層（3），然后選擇性刻蝕出溝槽（4）；

步驟二：在溝槽（4）的側(cè)壁與底面以及第一導電類型外延層（3）的上表面形成柵氧層（5）；

步驟三：在柵氧層（5）的上表面淀積導電多晶硅；

步驟四：刻蝕第一導電類型外延層（3）上方的導電多晶硅與溝槽（4）上段部分對應(yīng)的導電多晶硅，形成柵極導電多晶硅（6），然后淀積絕緣介質(zhì)層（7）；

步驟五：刻蝕掉第一導電類型外延層（3）上方的絕緣介質(zhì)層（7）；

步驟六：在相鄰溝槽（4）之間的第一導電類型外延層（3）上注入第二導電類型雜質(zhì)，第二導電類型雜質(zhì)的注入最低點低于柵極導電多晶硅（6）的上表面且高于溝槽（4）的底面，退火后形成第二導電類型體區(qū)（8）；

步驟七：在第二導電類型體區(qū)（8）的上段注入大劑量的第二導電類型雜質(zhì)，激活后形成第二導電類型阱區(qū)（10）；

步驟八：刻蝕去除柵極導電多晶硅（6）上方的絕緣介質(zhì)層（7）；

步驟九：淀積光刻膠（12），選擇性刻蝕去除光刻膠（12），留下的光刻膠（12）呈網(wǎng)格狀分布，在第二導電類型阱區(qū)（10）的上表面中部留下了互相平行的第一類光刻膠條（14），第一類光刻膠條（14）的長度方向與溝槽（4）的延伸方向平行，第一類光刻膠條（14）的寬度小于第二導電類型阱區(qū)（10）的寬度，在與溝槽（4）的延伸方向垂直的方向上留下了互相平行的第二類光刻膠條（15），以第一類光刻膠條（14）與第二類光刻膠條（15）為阻擋，注入第一導電類型雜質(zhì)，第一導電類型雜質(zhì)的注入最低點低于柵極導電多晶硅（6）的上表面且高于第二導電類型體區(qū)（8）的下表面，激活后形成第一導電類型源區(qū)（9），最后去除光刻膠（12），在第二類光刻膠條（15）阻擋處形成了塊狀第二導電類型阱區(qū)（13）；

步驟十：淀積絕緣介質(zhì)層（7）；

步驟十一：刻蝕部分絕緣介質(zhì)層（7），使得絕緣介質(zhì)層（7）的上表面不高于第二導電類型阱區(qū)（10）的上表面；

步驟十二：在絕緣介質(zhì)層（7）、第一導電類型源區(qū)（9）與第二導電類型阱區(qū)（10）的上表面形成源極金屬（11），在第一導電類型襯底（2）的下表面形成漏極金屬（1）。