超级结功率器件及其制造方法技术

本发明专利技术的公开了一种超级结功率器件包括：第一掺杂类型的衬底外延层，其内设置有第一掺杂类型的漏区和若干个侧壁倾斜的第二掺杂类型的柱状外延掺杂区；第二掺杂类型的体区，其设置在每个所述柱状外延掺杂区的顶端，所述体区内设有第一掺杂类型的源区；JFET区，其位于每两个相邻的所述体区之间，所述体区和JFET区之上设有栅氧化层，所述栅氧化层之上设有栅极；其中，所述柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内设有第二掺杂类型的补偿注入区。本发明专利技术的超级结功率器件能够在保持导通电阻基本不变的条件下提高击穿电压，并改善其反向恢复特性，而且制造工艺简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
超级结功率器件及其制造方法
本专利技术属于半导体功率器件
，特别是涉及一种超级结功率器件及其制造方法。
技术介绍
超级结功率器件是在衬底外延层内形成多个柱状外延掺杂区，柱状外延掺杂区与衬底外延层具有相反的掺杂类型，在柱状外延掺杂区与衬底外延层之间载流子容易互相耗尽从而提高超级结功率器件的击穿电压。现有技术中，超结功率器件的制造方法通常是先生长一层或者双层的衬底外延层，然后在衬底外延层内形成沟槽，然后进行衬底外延层材料生长从而在沟槽内形成柱状外延掺杂区。现有技术的技术缺点是如果保持超结功率器件的导通电阻不变，其击穿电压就无法持续提高，而如果通过提高衬底外延层的厚度来改善击穿电压，其导通电阻就会变大。专利号为201510024006.7的中国专利中提出了一种超级结功率器件的制造方法，在沟槽形成后、柱状外延掺杂区形成前，进行带角度的N型离子注入从而在沟槽的侧壁两侧及底部形成N型注入层，该N型注入层能够中和从柱状外延掺杂区扩散过来的P型杂质的区域，也即能防止柱状外延掺杂区的P型杂质扩散进入到衬底外延层内，避免出现柱状外延掺杂区宽度变宽、掺杂变淡，这能大大降低超级结功率器件的导通电阻。但是该技术存在以下缺点，由于柱状外延掺杂区的侧壁通常都有倾斜的角度，这使得柱状外延掺杂区的底部宽度变小从而破坏了柱状外延掺杂区底部的电荷平衡，而柱状外延掺杂区底部最先发生碰撞电离，这使得超级结功率器件的击穿电压降低。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术中提出了一种超级结功率器件及其制造方法，在侧壁倾斜的柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内设有补偿注入区，这样可以调节柱状外延掺杂区底部部位的掺杂浓度，提高超级结功率器件的击穿电压，并改善其反向恢复特性。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种超级结功率器件，包括：第一掺杂类型的衬底外延层，其内设置有第一掺杂类型的漏区和若干个侧壁倾斜的第二掺杂类型的柱状外延掺杂区；第二掺杂类型的体区，其设置在每个所述柱状外延掺杂区的顶端，所述体区内设有第一掺杂类型的源区；JFET区，其位于每两个相邻的所述体区之间，所述体区和JFET区之上设有栅氧化层，所述栅氧化层之上设有栅极；其中，所述柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内设有第二掺杂类型的补偿注入区。优选的，所述柱状外延掺杂区的侧壁倾斜的角度范围为大于80度且小于90度。优选的，所述补偿注入区的掺杂浓度不高于所述柱状外延掺杂区的掺杂浓度。优选的，所述补偿注入区的外侧壁垂直，所述补偿注入区的内侧壁倾斜。优选的，所述栅极是覆盖该超级结功率器件沟道区及所述JFET区的全栅栅极。优选的，所述栅极是覆盖并超出该超级结功率器件沟道区且在所述JFET区之上断开的分栅栅极。优选的，所述第一掺杂类型为n型掺杂，所述第二掺杂类型为p型掺杂。优选的，所述第一掺杂类型为p型掺杂，所述第二掺杂类型为n型掺杂。一种上述超级结功率器件的制造方法，包括以下步骤：步骤一：提供一第一掺杂类型的衬底外延层并进行刻蚀，形成凹陷在所述衬底外延层内的多个侧壁倾斜的沟槽，所述侧壁倾斜的角度范围为大于80度且小于90度；步骤二：进行第二掺杂类型的离子注入，在所述沟槽的侧壁两侧及底部的所述衬底外延层内形成第二掺杂类型的补偿注入区；步骤三：进行氧化，使所述补偿注入区进一步扩散，然后去除所述氧化形成的氧化层；步骤四：进行第二掺杂类型的衬底外延层材料生长，在所述沟槽内形成第二掺杂类型的柱状外延掺杂区；步骤五：在所述柱状外延掺杂区的顶端形成第二掺杂类型的体区；步骤六：形成超级结功率器件的栅氧化层和栅极；步骤七：形成超级结功率器件的源区、漏区以及所述源区、栅极、漏区的电极接触体。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提出的一种超级结功率器件及其制造方法，在柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内形成补偿注入区，能够调节衬底外延层内的杂质掺杂，特别是靠近柱状外延掺杂区底部的衬底外延层区域的杂质掺杂，从而使超级结区域更加垂直，电荷更容易平衡，进而在不提高导通电阻的前提下提高超级结功率器件的击穿电压，并改善其反向恢复特性，而且制造工艺简单，易于实现。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1是本专利技术提出的超级结功率器件的第一个实施例的剖面结构示意图；图2是本专利技术提出的超级结功率器件的第二个实施例的剖面结构示意图；图3至图6是本专利技术提出的超级结功率器件制造方法的一个实施例的制造工艺流程示意图；图7是一个实施例中，不同注入剂量的补偿注入区得到的超级结功率器件的击穿电压曲线示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本专利技术所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。同时，为清楚地说明本专利技术的具体实施方式，说明书附图中所列示意图，放大了本专利技术所述的层和区域的厚度，且所列图形大小并不代表实际尺寸；说明书附图是示意性的，不应限定本专利技术的范围。说明书中所列实施例不应仅限于说明书附图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状如制造引起的偏差等，如刻蚀得到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，在本专利技术实施例中均以矩形表示。超级结功率器件通常包括元胞区和终端区，其中，元胞区用于获得低导通电阻，终端区用于提高元胞区中最边缘的元胞的耐压；终端区是超级结功率器件中的通用结构，根据不同产品的要求有不同的设计结构，在本专利技术实施列中不再展示和描述超级结功率器件的终端区的具体结构，本专利技术主要在元胞区做了改进。图1是本专利技术提出的一种超级结功率器件的第一个实施例的剖面结构示意图，图1中示出了本专利技术的一种超级结功率器件的元胞区的剖面结构，本专利技术的一种超级结功率器件的元胞区包括：第一掺杂类型的衬底外延层200和衬底外延层200底部的第一掺杂类型的漏区210；衬底外延层200的材质优选为硅，但不局限于为硅。衬底外延层200的内部设有凹陷在衬底外延层200内的用于与衬底外延层200杂质形成电荷平衡的多个侧壁倾斜的第二掺杂类型的柱状外延掺杂区202，本实施例中仅示出了3个柱状外延掺杂区202，其数量多少可根据具体产品设计要求确定。柱状外延掺杂区202的侧壁倾斜的角度Φ的范围为80℃<Φ<90℃，优选的范围为88℃<Φ<90℃。在每个柱状外延掺杂区202的顶部分别设有第二掺杂类型的体区203，且每个体区203超出相对应的柱状外延掺杂区202两侧并延伸至衬底外延层200的内部。在每个体区203的内部分别设有第一掺杂类型的源区206。在柱状外延掺杂区202的侧壁两侧及底部的衬底外延层内设有第二掺杂类型的补偿注入区201，补偿注入区201的掺杂浓度优选的应低于柱状外延掺杂区202的掺杂浓度，补偿注入区201主要用于调节靠近柱状外延掺杂区202底部的衬底外延层区域的掺杂浓度，以达到最佳的电荷平衡，提高器件的击穿电压。在柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内形成补偿注入区，能够调节衬底外延层内的杂质掺杂，特别是靠近柱状外延掺杂区底部的衬底外延层区域的杂质掺杂，从而使超级结区域更加垂直，电荷更容易平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级结功率器件，其特征在于，包括：第一掺杂类型的衬底外延层，其内设置有第一掺杂类型的漏区和若干个侧壁倾斜的第二掺杂类型的柱状外延掺杂区；第二掺杂类型的体区，其设置在每个所述柱状外延掺杂区的顶端，所述体区内设有第一掺杂类型的源区；JFET区，其位于每两个相邻的所述体区之间，所述体区和JFET区之上设有栅氧化层，所述栅氧化层之上设有栅极；其中，所述柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内设有第二掺杂类型的补偿注入区。

【技术特征摘要】
1.一种超级结功率器件，其特征在于，包括：第一掺杂类型的衬底外延层，其内设置有第一掺杂类型的漏区和若干个侧壁倾斜的第二掺杂类型的柱状外延掺杂区；第二掺杂类型的体区，其设置在每个所述柱状外延掺杂区的顶端，所述体区内设有第一掺杂类型的源区；JFET区，其位于每两个相邻的所述体区之间，所述体区和JFET区之上设有栅氧化层，所述栅氧化层之上设有栅极；其中，所述柱状外延掺杂区的侧壁两侧及底部的衬底外延层内设有第二掺杂类型的补偿注入区。2.如权利要求1所述的超级结功率器件，其特征在于，所述柱状外延掺杂区的侧壁倾斜的角度范围为大于80度且小于90度。3.如权利要求1所述的超级结功率器件，其特征在于，所述补偿注入区的掺杂浓度不高于所述柱状外延掺杂区的掺杂浓度。4.如权利要求1所述的超级结功率器件，其特征在于，所述补偿注入区的外侧壁垂直，所述补偿注入区的内侧壁倾斜。5.如权利要求1所述的超级结功率器件，其特征在于，所述栅极是覆盖该超级结功率器件沟道区及所述JFET区的全栅栅极。6.如权利要求1所述的超级结功率器件，其特征在于，所述栅极是覆盖并超出...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，龚轶，袁愿林，刘伟，
申请(专利权)人：苏州东微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32