[发明专利]带有很高的衬底-栅极击穿和嵌入式雪崩箝位二极管的横向超级结器件

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体功率器件。更确切地说，本发明是涉及制备横向功率器件的结构和方法，该器件含有一个超级结结构，带有形成在漏极衬底和栅极之间的雪崩箝位二极管。这种横向超级结结构降低了导通电阻，同时结构上的改进提高了衬底和漏极之间的击穿电压，改善了非箝位感应开关(UIS)性能。

背景技术

MOSFET功率器件等传统的带有超级结结构的半导体功率器件，可以在维持高击穿电压的同时，显著降低导通电阻，从而获得性能上的提高。但是，要在MOSFET器件中制备超级结结构的制备技术和器件结构，仍然面临许多制备能力上的难题。用于高压应用的带有超级结结构的传统的垂直功率器件，由于它们的结构特点需要许多费时、复杂和昂贵的制备工艺，在制备能力和成本上仍然有所局限。按照目前方法的制备工艺要制成垂直结构，包括很多连续的掩膜、植入和外延生长过程。由于制备高密度的交替掺杂立柱会直接增加制备步骤，因此不可能完成。要制备高密度的这种立柱，太多的因素会影响相邻的交替掺杂立柱之间的电荷平衡的准确性，导致很窄的工艺范围。Tatsuhiko Fujihira在《日本应用物理学杂志36(1997)》6254-6262页发表的题为“半导体超级结器件的理论”的论文中揭露，图1A表示MOSFET垂直超级结器件的一种典型设计。要制备图1A所示的垂直电荷平衡的交替掺杂立柱，不仅困难而且成本昂贵，高密度时尤其如此。

基于上述原因，带有超级结结构的横向JFET功率器件，伴有交替掺杂导电类型的堆积式水平层形成，克服了这些困难。这种器件可以与低压MOSFET配置级联，实现了传统器件的常闭操作。Coe在专利US 4,754,310中，提出了带有电荷平衡的超级结结构的横向功率器件，配置交替导电类型的堆积式水平层延伸到源极和漏极立柱之间。有效地制备堆积式水平层的这 种结构无需使用掩模。但是，如图1B所示的典型器件配置受到漏极-衬底击穿电压的限制，以及来自难以提高非箝位感应开关(UIS)的进一步限制。图1C表示Tatsuhiko Fujihira在上述《半导体超级结器件的理论》一文中提出的另一种横向超级结器件的示例。这种器件将电流分布到堆积式n-型导电路径中时，要承载过多的通道电阻。

因此，在功率半导体器件的设计和制备工艺中，仍然有必要提出形成横向功率器件的新颖的器件结构和制备方法，从而使上述困难与局限得以解决。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提出了一种在P-外延层上形成结型场效应管(JFET)和MOSFET功率器件的新型的、改良的器件结构和制备方法，P-外延层蚀刻中间半导体层，在N衬底上方，构成带有在N型深立柱之间延伸的横向超级结结构的底部半导体层，起源极和漏极立柱的作用，P+深立柱蚀刻JFET栅极。在这个结构中，将漏极端移动到衬底，以便将两个高电流端分开，将两个平面分开，更好地分布电流。可以通过使漏极沟槽的深度比源极和栅极更深，实现上述目的，从而使漏极端穿过P外延区，触及N+衬底。这种结构还会产生凹的或鞍状的N+漏极衬底-P-外延N+漏极立柱结，获得高衬底闭锁电压。另外，从N+漏极衬底到P-外延层，一直到P+栅极立柱，所形成的N+-P-P+栅极-漏极雪崩箝位二极管，蚀刻强大的高压二极管，将雪崩电流转移出该器件的超级结层。

本发明的另一方面在于，提出了一种带有低压MOSFET与超级结JFET集成结构的常闭的半导体功率器件的新型的、改良的器件结构和制备方法。低压MOSFET设置在器件表面附近，具有可以获得制备常闭开关所需的级联连接的结构。

阅读以下较佳实施例的详细说明并参照附图之后，本发明的这些和其他的特点和优势，对于本领域的技术人员而言，无疑将显而易见。

附图说明

图1A表示一种垂直超级结功率器件的传统结构的横截面视图。

图1B表示传统的横向功率器件的横截面视图。

图1C表示传统的横向超级结功率器件的横截面视图。

图2表示本发明所述的横向超级结功率器件的横截面视图。

图3A至3N表示本发明所述的横向超级结功率器件的制备方法的一系列横截面视图。

图3A-1至3C-1表示制备本发明所述的横向超级结功率器件的可选方法的一系列横截面视图。

图4A至4C表示本发明所述的集成横向超级结结构的MOSFET的可能布局的俯视图。

图5A至5B表示本发明所述的集成横向超级结结构的MOSFET的透视图的横截面。

图5C表示图5A和5B所示器件的俯视图。