[发明专利]超级结功率器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种超级结功率器件及其制备方法。

背景技术

功率半导体器件是实现电能转换和控制必不可少的核心器件。随着节能减排、绿色环保理念的确立与推进，功率半导体的重要性日益提高，应用前景越来越广阔。国家已将促进新型电力电子芯片和器件的产业发展作为重要战略目标。

垂直双扩散金属氧化物半导体(Vertical Double-diffused Mental Oxide Semiconductor，VDMOS)器件，有输入阻抗高、驱动功率低、开关速度快、热稳定性好等优点，成为目前应用最为广泛的新型功率器件。常规结构的VDMOS，随着击穿电压的提高，外延层电阻率和厚度需要增大，导致导通电阻将会很大，导通电阻与击穿电压关系为：R∝BV^2.5，这就是通常所说的“硅极限”。为了减小导通电阻或突破硅极限，现在主流的技术是采用超结技术。

现有技术之一采用在N型衬底上经过多次的N型外延和B注入，通过长时间扩散来形成所需结构。该实现方案，超结结构受外延厚度及扩散限制，为了实现较高深宽比，需要增加外延次数，成本较高。现有技术之二是在N型衬底上生长一定厚度的N型外延层，在这个外延层上刻蚀30～50微米的沟槽，然后在沟槽里填充一定掺杂的P型外延层来形成超结。因为这个沟槽深度往往在30微米以上，实际过程中极易出现空隙和缺陷，对器件的可靠性是一个挑战，且工艺要求非常高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种超级结功率器件及其制备方法，导通电阻较小，耐压性能较高，并且工艺流程较少，制造成本较低。

第一方面，本发明实施例提供了一种超级结功率器件的制备方法，该方法包括：

提供第一导电类型的衬底；

在所述衬底的上方形成第一导电类型的第一外延层；

在所述第一外延层上方进行第一导电类型的离子注入以使所述第一外延层的第一导电类型离子的浓度由上而下逐渐降低，在所述第一外延层上方进行第二导电类型的离子注入以在所述第一外延层内形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区；

在所述第二导电类型柱区顶部形成具有第二导电类型的体区，所述体区超出相对应的所述第二导电类型柱区的两侧并延伸至所述第一导电类型柱区；

在所述体区和所述第一导电类型柱区上方形成栅极氧化层和多晶硅层，并图案化刻蚀形成栅极区；

进行第一导电类型的离子注入，在所述体区内形成源区；

在所述源区和所述栅极区上分别形成源极金属和栅极金属，在所述衬底远离所述外延层的一侧形成漏极金属。

可选地，在所述第二导电类型柱区顶部形成具有第二导电类型的体区，所述体区超出相对应的所述第二导电类型柱区的两侧并延伸至所述第一导电类型柱区之前，重复执行n次下列操作：

在所述衬底的上方形成第一导电类型的第二外延层；

在所述第二外延层上方进行第一导电类型的离子注入以使所述第二外延层的第一导电类型离子的浓度由上而下逐渐降低，在所述第二外延层上方进行第二导电类型的离子注入以在所述第二外延层内形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区；在垂直于所述第二外延层方向上；

其中，n为正整数。

可选地，在所述第二导电类型柱区顶部形成具有第二导电类型的体区，所述体区超出相对应的所述第二导电类型柱区的两侧并延伸至所述第一导电类型柱区之前，重复执行n次操作之后，第一外延层以及n个第二外延层中的所述第二导电类型柱区的总深宽比为0.6(n+1)～1.8(n+1)。

可选地，所述第一外延层的厚度为5～20微米，且电阻率为0.5～5欧姆·厘米。

可选地，1≤n≤6。

可选地，在所述第二导电类型柱区顶部形成具有第二导电类型的体区，所述体区超出相对应的所述第二导电类型柱区的两侧并延伸至所述第一导电类型柱区之前，每次在所述衬底的上方形成的所述第二导电类型的第二外延层的厚度为5～12微米，且电阻率大于20欧姆·厘米。

可选地，在所述第一外延层或所述第二外延层上方进行第一导电类型的离子注入以使所述第一外延层或所述第二外延层的第一导电类型离子的浓度由上而下逐渐降低的所述第一导电类型的离子注入的离子浓度为2e11～1e14原子数每平方厘米。

可选地，所述第二导电类型的离子注入的离子浓度为1e12～1e14原子数每 平方厘米。