[发明专利]超结器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种超结器件，包括：N型外延层，所述N型外延层进行干法刻蚀形成多个沟槽；各沟槽为顶部宽底部窄的侧面倾斜结构，在沟槽的底部形成有第一P型离子注入区，在沟槽中填充有第一P型外延层，由第一P型离子注入区和第一P型外延层叠加形成P型柱，由各P型柱之间的N型外延层组成N型柱，由多个交替排列的N型柱和P型柱组成的超结结构。本发明还公开了一种超结器件的制造方法。本发明第一P型离子注入区能增加P型柱的底部区域的P型杂质总量，从而能补偿侧面倾斜的沟槽带来的P和N型柱之间的电荷失配，能改善具有倾斜沟槽的超结结构的P型柱和N型柱之间的电荷平衡，提高器件的纵向耐压能力，提高器件的源漏击穿电压。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种超结(superjunction)器件的制造方法。

背景技术

超结结构就是交替排列的N型柱和P型柱组成结构。如果用超结结构来取代垂直双扩散MOS晶体管(Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor，VDMOS)器件中的N型漂移区，在导通状态下通过N型柱提供导通通路，导通时P型柱不提供导通通路；在截止状态下由PN立柱共同承受反偏电压，就形成了超结金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。超结MOSFET能在反向击穿电压与传统的VDMOS器件一致的情况下，通过使用低电阻率的外延层，而使器件的导通电阻大幅降低。

现有超结器件中，在电流流动区中，有交替排列的P型柱和N型柱，以条状的P-N柱即交替排列的P型柱和N型柱的结构为例，每个N柱的上方有一个栅极结构如多晶硅栅，该多晶硅栅可以部分覆盖周边的P型柱，也可以不覆盖，每个P型柱的上方有一个P型阱(PWell)，在P型阱里有一个N+源区，有一个接触孔，源极金属通过接触孔与源区相连，源极金属通过经过一个高浓度的P+接触区与P区即P型阱相连，源极金属即为组成源极的正面金属层。

在电流流动区和承受电压的终端区域之间，存在一个过渡区，过渡区中有一个和电流流动区的P型阱相连的P型环区域，该P型环区域上有接触孔，接触孔之下也有一个高浓度的P+接触区；因此P型环，通过P+接触区域、P型环区域的接触孔、正面金属层即源极、器件电流流动区的源区上接触孔和源区接触孔底部的P+接触区实现和器件的源区以及器件流动区中的P型阱相连接。终端区用于在横向上承受源区和漏区之间的电压，在一般的超结MOSFET器件中，该终端区主要由交替排列的P-N柱构成，或者在交替排列的P-N柱之外侧，还有一个N+截止区。这个交替排列的P-N区在源区和漏区之间加反向偏置时，其中的载流子互相耗尽，形成一个耗尽区用于承受这个横向电压。为了提高器件的竞争能力，需要采用最小的终端尺寸，这样P-N柱的横向电场强度就会加大，从而使得器件终端的设计更加重要。

特别是，在沟槽填充型超结MOSFET中，为了易于填充，得到没有缺陷的P型外延填充，并且有较高的产出通量，通常将P型柱做成又一定的倾斜，也即先将沟槽的侧面做成倾斜结构，方便P型柱的填充，填充完成后P型柱的侧面也为倾斜结构。如果P型柱的侧面的倾斜角为88.35度，P型柱顶部宽度大例如4μm，那么底部宽度小例如1.7μm，这时当N型外延层采用单一浓度，填充P型柱的P型外延也采用单一浓度时，总有一个部分P型杂质和N型杂质会产生很大的杂质总量的偏差，大的杂质总量偏差主要在靠近Si和SiO2界面的顶部区域或靠近N+半导体衬底的底部区域，从而降低器件的BVds，Si和SiO2界面中的Si是指N型外延层采用N型硅外延层时的硅，SiO2是指在N型外延层表面形成的二氧化硅介质膜，N+半导体衬底通常为硅衬底，N型外延层形成于N+半导体衬底表面上。这时一般的设定是使得器件的电荷平衡放在P-N柱的纵向位置的中心附近，这样这个中心位置以上的部分的P型杂质量多于同一水平线上的N型杂质量；这个中心位置以下的部分，P型杂质的总量少于同一水平线上的N型杂质总量。

发明内容