[发明专利]具有反向快速恢复特性的超结结构半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超结结构半导体器件制造方法，尤其是一种具有反向快速恢复特性的超结结构半导体器件制造方法，属于超结结构半导体的技术领域。

背景技术

一种公知的半导体结构—超结结构（Super Junction）被广泛地应用于半导体功率MOSFET器件当中，其具有高耐压和低导通电阻的特性。超结结构形成于器件的漂移层内。该漂移层包括N导电类型柱（N柱）和P导电类型柱（P柱），N柱与P柱交替邻接设置而成的多个P-N柱对形成超结结构。N柱具有N导电类型杂质，P柱具有P导电类型杂质，而且，N柱的杂质量与P柱的杂质量保持一致。当具有超结结构的MOSFET器件截止时，超结结构中的N柱和P柱分别被耗尽，耗尽层从每个N柱与P柱间的P-N结界面延伸，由于N柱内的杂质量和P柱内的杂质量相等，因此耗尽层延伸并且完全耗尽N柱与P柱，从而支持器件耐压。

然而，普通的超结器件的一个缺点就是它的寄生体二极管的反向恢复特性比较差，超结结构的P-N柱状结构是用来获得电荷平衡的，这给超结器件的寄生体二极管带来两个后果：一是P-N结的面积对比传统不带超结结构的功率MOSFET，如平面型双扩散MOSFET（Planar DMOS）大了许多，导致超结器件当应用于需要反向续流二极管的一些拓扑电路的情况时，如半桥（例如HID半桥或LLC）和全桥（例如ZVS桥），寄生体二极管在导通后，较大载流子注入使得反向恢复电荷Qrr和反向恢复峰值电流Irrm升高；二是由于P-N结柱的快速耗尽使得器件的dv/dt增大，导致寄生的NPN晶体管开通或是很快恢复过来。这些缺点，使得普通的超结器件在硬开关应用时由于较高的反向恢复峰值电流Irrm和dv/dt非常容易损坏。

以HID半桥应用为例，附图1是一款典型的半桥电路，图中T1、T2和T3是一款普通的超结MOSFET器件，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8及D9为二极管，其中二极管D6、D7、D8及D9构成整流桥；L1、L2、L3及L4为电感，C1、C2、C3、C4、C5及C6为电容，电容C1两端并联有电源Vdd，MOSFET器件T1的栅极端与控制器20相连，所述控制器21采用LG562，21为负载，负载21的两端分别与电容C3、C4及电感L3相连，22为变压器。由于普通超结MOSFET器件T2和T3其反向恢复特性较差，因此，在T2、T3上面又分别外并了一款二极管D4、D5，这样虽然可以在一定程度上解决因为T2、T3容易因为过高Irrm和dv/dt而失效的问题，但是，由于电路当中增加了额外的器件，所以整个电路的功耗也会增加，T2、T3的功效也会降低，这种情况在现今不断追求节能降耗的发展方向下，不是一种好的选择。

对于普通超结MOSFET器件，目前公知的半导体制造工艺流程包括：（a）、在给定的第一导电类型半导体基板上形成超结结构；所述形成超结结构的半导体工艺流程包括多次外延的制造工艺或深沟槽外延填充的制造工艺；（b）、在上述具有超结结构的半导体基板对应于超结结构的表面上，通过常规半导体工艺，得到半导体器件的MOS结构，具体来讲，包括绝缘栅氧化层、导电多晶硅、第二导电类型阱区、第一导电类型源区、绝缘介质层、栅极金属和源极金属；所述MOS结构包括平面型MOS结构（Planar MOS）或沟槽型MOS结构（Trench MOS）；（c）、研磨减薄上述半导体基板的另一表面，所述表面与已形成MOS结构的半导体基板表面上下对应；（d）、在上述经过研磨减薄的半导体基板表面上形成漏极金属。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有反向快速恢复特性的超结结构半导体器件制造方法，其反向恢复电荷Qrr低，反向恢复时间Trr短，反向恢复峰值电流Irrm小，而且制造工艺简单，成本低廉，适于批量生产。

按照本发明提供的技术方案，一种具有反向快速恢复特性的超结结构半导体器件制造方法，所述超结结构半导体器件的制造方法包括如下步骤：

a、提供具有第一导电类型的半导体基板，所述半导体基板具有对应的第一主面与第二主面，半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型外延层与第一导电类型衬底；

b、在所述半导体基板的第一导电类型外延层内形成超结结构，所述超结结构包括第一导电类型的第一柱及第二导电类型的第二柱，所述第一导电类型的第一柱与第二导电类型的第二柱在第一导电类型外延层内交替排布；