[发明专利]一种电荷补偿MOS半导体装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种电荷补偿MOS半导体装置，本发明还涉及一种电荷补偿MOS半导体装置的制备方法。本发明的半导体装置是制造半导体功率器件的基本结构。

背景技术

功率半导体器件被大量使用在电源管理和电源应用上，具有沟槽结构和电荷补偿结构的半导体器件，已成为功率器件发展的重要趋势。对于功率半导体器件，不断降低导通电阻和不断提高电流密度的要求成为器件发展的重要趋势。

传统沟槽MOS器件，垂直沟槽整个内壁生长有栅氧，沟槽内填充有栅极多晶硅，沟槽边侧的硅体内从上往下设置有源区、体区和漏区。当体区和漏区间加反向偏压时，反向偏压所形成的耗尽层主要降落在漏区中，其源区与漏区之间的导通电阻，主要由漏区的体电阻和靠近沟槽体区的沟道电阻构成。当提高器件的体区源区与漏区之间反向击穿电压时，需要增加沟道长度或增加沟道所在区域的杂质掺杂浓度，同时也需要降低漏区的掺杂浓度或提高漏区的厚度，因此造成器件的源区和漏区之间导通电阻和导通压降的升高。

发明内容

本发明主要针对上述的问题而提出，提供一种电荷补偿MOS半导体装置及其制备方法。

一种电荷补偿MOS半导体装置，其特征在于：包括：衬底层，为半导体材料；漂移层，为第一传导类型的半导体材料，位于衬底层之上；多个沟槽，位于漂移层表面，沟槽内下部设置有掺氧多晶半导体材料；体区，为第二传导类型的半导体材料，位于沟槽间漂移层上部；源区，为第一传导类型的半导体材料，位于体区内上部临靠沟槽和器件表面；栅极介质，为多晶半导体材料或金属，位于沟槽内上部，栅极介质与体区和源区间通过绝缘材料层进行隔离。

一种电荷补偿MOS半导体装置的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：在衬底层外延生长第一导电类型半导体材料层；在半导体材料表面形成钝化层，在待形成沟槽区表面去除钝化层；在所形成窗口依次进行第二导电类型杂质扩散和第一导电类型杂质扩散；在所形成窗口进行刻蚀半导体材料，形成沟槽；在沟槽内淀积掺氧多晶半导体材料，干法反刻蚀掺氧多晶半导体材料；进行热氧化，在沟槽内壁形成钝化层，淀积栅极介质，进行栅极介质回刻蚀；在器件表面淀积钝化层，腐蚀去除栅极介质、源区和体区表面的钝化层。

本发明的半导体装置接一定的反向偏压时，漂移层中第一传导类型的半导体材料和沟槽内下部掺氧多晶半导体材料形成电荷补偿结构，提高器件的反向击穿电压，从而改善了传统半导体器件导通电阻与反向阻断特性之间的矛盾；本发明的半导体装置与传统超结器件相比，降低了器件对第一传导类型的半导体材料和第二传导类型的半导体材料中的电荷平衡的要求，降低了器件的制造难度。

附图说明

图1为本发明的一种电荷补偿MOS半导体装置的剖面示意图；

图2为本发明的一种电荷补偿MOS半导体装置的剖面示意图；

图3为本发明的一种电荷补偿MOS半导体装置的剖面示意图。

其中，1、衬底层；2、第二传导类型半导体材料；3、第一传导类型半导体材料；4、掺氧多晶硅；5、多晶半导体材料；7、漂移层；8、体区；9、源区；10、二氧化硅。

具体实施方式

实施例1

图1为本发明的一种电荷补偿MOS半导体装置的剖面图，下面结合图1详细说明本发明的半导体装置。

一种电荷补偿MOS半导体装置，包括：衬底层1，为N传导类型半导体硅材料，磷原子掺杂浓度为1E19cm^-3；漂移层7，位于衬底层1之上，为N传导类型的半导体硅材料，磷原子掺杂浓度为1E16cm^-3，厚度为38um；体区8，位于漂移层7之上，为P传导类型的半导体硅材料，体区8的表面具有硼原子重掺杂接触区，体区8厚度为4um；源区9，临靠沟槽和体区8，为磷原子重掺杂N传导类型的半导体硅材料，源区9厚度为1.5um；二氧化硅10，为硅材料的氧化物，位于沟槽侧壁；掺氧多晶硅4，位于沟槽内下部；多晶半导体材料5，为磷原子重掺杂的多晶硅，位于沟槽上部，为器件引入栅极。

本实施例的工艺制造流程如下：

第一步，在衬底层1表面通过外延生长第一传导类型半导体材料层，形成漂移层7；

第二步，在表面淀积氮化硅层，在待形成沟槽区域表面去除氮化硅；

第三步，进行磷扩散，然后进行硼扩散工艺，形成器件的体区8和源区9；

第四步，去除表面氧化层，进行干法硅刻蚀，去除硅半导体材料，形成沟槽；

第五步，在沟槽内淀积形成掺氧多晶硅4，进行掺氧多晶硅4反刻蚀；