[發(fā)明專利]基于圓柱型超結(jié)區(qū)的復(fù)雜超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制備方法

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• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113517332A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何艷靜;裴冰潔;袁嵩;江希;弓小武
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/331
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發(fā)明公開了一種基于圓柱型超結(jié)區(qū)的復(fù)雜超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制備方法，器件包括從下到上依次設(shè)置的漏極金屬層、N⁺襯底區(qū)、N型第一緩沖層、N型第二緩沖層、N型外延層；若干P型柱區(qū)，間隔設(shè)置在N型外延層內(nèi)；若干P⁺體區(qū)，分別設(shè)置在每個(gè)P型柱區(qū)的上方，其中，每個(gè)P⁺體區(qū)內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)N⁺接觸區(qū)、一P⁺接觸區(qū)，P⁺接觸區(qū)設(shè)置在兩個(gè)N⁺接觸區(qū)之間；介電層，設(shè)置在N型外延層上方且部分覆蓋P⁺體區(qū)；柵極，設(shè)置在介電層內(nèi)且臨近N⁺接觸區(qū)；源極金屬層，設(shè)置在介電層、N⁺接觸區(qū)和P⁺接觸區(qū)上。本發(fā)明在器件內(nèi)增加了兩層緩沖層，通過控制兩層緩沖層的摻雜濃度，從而形成軟恢復(fù)波形，進(jìn)而可以減小反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時(shí)間以獲得高速開關(guān)和降低損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圓柱型超結(jié)區(qū)的復(fù)雜超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)與核心器件，VDMOS結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)提高了擊穿電壓與開關(guān)速度，由于導(dǎo)電方向垂直于硅表面和作為多子器件的優(yōu)點(diǎn)，這個(gè)器件結(jié)構(gòu)一直被沿用至今。

功率器件高耐壓的性能要求VDMOS具有較厚、低濃度的漂移區(qū)，但低摻雜使器件在導(dǎo)通條件下漂移度的載流子濃度不高，這使導(dǎo)通電阻增大，從而提高通態(tài)功耗。研究發(fā)現(xiàn)，器件的關(guān)態(tài)擊穿電壓與開態(tài)導(dǎo)通電阻之間存在2.5次方的正比關(guān)系，為了解決這個(gè)矛盾，提出了“超結(jié)”的概念。以關(guān)態(tài)時(shí)達(dá)到電荷平衡為基礎(chǔ)，利用交替的n區(qū)和p區(qū)替代原有的輕摻雜區(qū)作為漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)稱作超結(jié)。在正偏模式下，超結(jié)半導(dǎo)體器件中高摻雜的n柱提供了足夠的供電流導(dǎo)通的載流子，保證了低的導(dǎo)通電阻，在反向模式下，耗盡區(qū)在n柱和p柱之間沿橫向延伸，形成類本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，使得盡管n區(qū)中摻雜濃度很高，仍能獲得較高的反向擊穿電壓。超結(jié)半導(dǎo)體器件通常是為高壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，N型外延層中的電阻控制導(dǎo)通電阻，因此可以改進(jìn)超結(jié)半導(dǎo)體器件以獲得更好的性能，IGBT作為一種高擊穿電壓開關(guān)元件在反向器電路中被廣泛使用。IGBT具有雙極晶體管的特性，如高擊穿電壓和低導(dǎo)通電壓，以及能夠高速工作的優(yōu)越特性，盡管速度低于MOSFET，它仍是支撐目前電力電子學(xué)的重要半導(dǎo)體元件。由于IGBT的一個(gè)反向擊穿電壓結(jié)，即集電極結(jié)，通常不能使電流向相反方向流動(dòng)，當(dāng)IGBT從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變成正向阻塞狀態(tài)時(shí)，可能產(chǎn)生極大的反向電壓，使器件被擊穿，因此可以用二極管與IGBT并聯(lián)來解決。

但是，這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)在提高開關(guān)速度方面有局限性，比如增加了反向恢復(fù)時(shí)間，降低了開關(guān)速度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于圓柱型超結(jié)區(qū)的復(fù)雜超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制備方法。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于圓柱型超結(jié)區(qū)的復(fù)雜超結(jié)半導(dǎo)體器件，包括：

漏極金屬層；

N⁺襯底區(qū)，設(shè)置在所述漏極金屬層上；

N型第一緩沖層，設(shè)置在所述N⁺襯底區(qū)上；

N型第二緩沖層，設(shè)置在所述N型第一緩沖層上；

N型外延層，設(shè)置在所述N型第二緩沖層上，其中，所述第一緩沖層的摻雜濃度大于所述N型外延層的摻雜濃度，且所述第二緩沖層的摻雜濃度小于所述N型外延層的摻雜濃度；

若干P型柱區(qū)，間隔設(shè)置在所述N型外延層內(nèi)；

若干P⁺體區(qū)，分別設(shè)置在每個(gè)所述P型柱區(qū)的上方并緊挨N型外延層的上表面，其中，每個(gè)所述P⁺體區(qū)內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)N⁺接觸區(qū)、一P⁺接觸區(qū)，且所述P⁺接觸區(qū)設(shè)置在所述兩個(gè)N⁺接觸區(qū)之間；