超结器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超结器件，各超结单元的所述N型柱和所述P型柱中的至少一个柱结构具有掺杂浓度的纵向三分段结构，纵向三分段结构为在纵向上包括底部段、中间段和顶部段，中间段的掺杂浓度低于底部段的掺杂浓度，中间段的掺杂浓度低于顶部段的掺杂浓度；具有纵向三分段结构的柱结构在耗尽后，中间段和底部段以及顶部段的杂质离子形成位于中间段中电场阱，电场阱提高残余少子被抽取的难度，从而增加器件的反向恢复的软度因子。本发明专利技术还公开了一种超结器件的制造方法。本发明专利技术能改善器件的体二极管的反向恢复特性和器件的输出电容特性，能提高器件的击穿电压，能调整器件的输出电容的特性。

【技术实现步骤摘要】
超结器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种超结(superjunction)器件；本专利技术还涉及一种超结器件的制造方法。
技术介绍
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(VerticalDouble-diffusedMetal-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-SemiconductorField-EffectTransistor，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。如图1所示，是现有超结器件的示意图，该示意图为截面示意图；以超结器件为平面栅超结N型MOSFET器件为例，超结器件包括：在N型重掺杂的半导体衬底1上形成有N型外延层30，在N型外延层30中形成有N型柱3和P型柱4，N型柱3和P型柱4交替排列形成超结结构，在超结结构的底部的N型外延层30组成N型缓冲层30，该N型缓冲层30的杂质浓度或者与N型柱3得杂质浓度一样，或者高于或低于N型柱3的杂质浓度，在N型缓冲层30之下，是杂质浓度很高(高于1e19原子数/立方厘米)的半导体衬底1。由一个N型柱3和一个P型柱4组成一个超结单元，在每个超结单元中都形成有一个超结器件的原胞结构。在P型柱4的顶部形成有P型阱7，由P型阱7组成P型背栅。在P型阱7中形成有N+区组成的源区8和由P+区组成的P阱引出区9，在P型阱7的表面形成有栅介质层如栅氧化层5和多晶硅栅6。层间膜10，接触孔11，正面金属层12，正面金属层12图形化后分别引出源极和栅极。漏区由减薄后的重掺杂的半导体衬底1直接组成或进一步掺杂组成，在半导体衬底1的背面形成有背面金属层13，背面金属层13引出漏极。图1中界面C1C2为减薄后的半导体衬底1的底部表面，界面B1B2为半导体衬底1的顶部表面，界面A1A2为超结结构的底部界面，界面M1M2为N型外延层30的顶部表面。界面C1C2和界面B1B2之间的厚度为T00，界面C1C2和界面M1M2之间的厚度为T10，界面A1A2和界面M1M2之间的厚度为T20，界面A1A2和界面B1B2之间的厚度为T30。由图1所示可知，每个N型柱3的上方有一个多晶硅栅6，该多晶硅栅6可以部分覆盖周边的P型柱4，也可以不覆盖，每个P型柱4的上方有一个P型阱7，在P型阱7里有一个N+源区8，有一个接触孔11，源极金属通过接触孔11与源区8相连，源区8金属通过经过一个高浓度的P阱引出区9与P型阱7相连。器件的P型柱4的上部通过接触孔11连接到源区8电极，N型柱3通过N+衬底即半导体衬底11连接到漏极13。所述P型柱4和N型柱3的形成方式有两种，一种是沟槽填充；一种是多次外延，光刻和离子注入。在沟槽填充型器件中，在理想的情况下，P型柱4是垂直于硅片表面的，P型柱4和N型柱3能实现很好的电荷平衡，得到更高的击穿电压和更低的比导通电阻。但实际制作过程中，为了改善沟槽填充外延的缺陷，或者缩短沟槽外延填充的时间，会将沟槽刻蚀成为一定的倾斜角，这样器件就不能实现理想的电荷平衡，击穿电压会下降，如图6中曲线104对应于现有沟槽具有倾斜角的沟槽填充形成的超结单元的电场分布曲线，可以看到P-N型柱3区域即超结单元的电场强度分布不是均匀的，而是在上半部分上升，后半部分下降。在现有技术中，为了获得好的耐电流冲击能力(EAS，energyofavalancheforsinglepulse)，会在沟槽顶部填入更浓的P型杂质，这样器件的击穿电压也会有一定程度的下降。这样使得沟槽填充的击穿电压进一步下降，相对于多次外延技术在该方面的优势减小。另一方面，电荷平衡在多次外延的技术中，由于每次离子注入的剂量和宽度可以不同，易于形成阶梯的浓度和宽度的分布，使得易于调整器件的体二极管的反向恢复特性和器件的输出电容非线性度，其中体二极管为各所述P型阱7即P型背栅以及P型柱4和各所述N型柱3也即漂移区之间形成的PN二极管，输出电容一般用Coss表示，Coss＝Cgd+Cds，Cgd为器件的栅漏电容，Cds为器件的栅源电容。但在沟槽填充型器件中，在器件体二极管反向恢复得过程中，由于P型柱4和N型柱3在较低的Vds的情况下，发生了完全的耗尽，因此在恢复过程中的没有剩余的载流子可以提供，使得反向恢复的di/dt很大，易于造成电压的振荡，器件也易于损害。同时器件的输出电容的非线性也难于调整。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超结器件，能改善器件的体二极管的反向恢复特性和器件的输出电容特性，能提高器件的击穿电压。为此，本专利技术还提供一种超结器件的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的超结器件的电荷流动区包括由多个交替排列的N型柱和P型柱组成的超结结构；每一所述N型柱和其邻近的所述P型柱组成一个超结单元。各所述超结单元的所述N型柱和所述P型柱中的至少一个柱结构具有掺杂浓度的纵向三分段结构，所述纵向三分段结构为在纵向上包括底部段、中间段和顶部段，所述中间段的掺杂浓度低于所述底部段的掺杂浓度，所述中间段的掺杂浓度低于所述顶部段的掺杂浓度；具有所述纵向三分段结构的所述柱结构在耗尽后，所述中间段和所述底部段以及所述顶部段的杂质离子形成位于所述中间段中电场阱，所述电场阱提高残余少子被抽取的难度，从而增加器件的反向恢复的软度因子。进一步的改进是，各所述P型柱采用填充于沟槽中的P型外延层组成，各所述N型柱由位于各所述沟槽之间的N型外延层组成。进一步的改进是，各所述沟槽的顶部宽度大于底部宽度且各所述沟槽的侧面呈倾斜结构。进一步的改进是，各所述超结单元的所述P型柱中具有所述纵向三分段结构，且各所述超结单元的所述P型柱中至少部分具有横向三分段结构。所述横向三分段结构为在横向上包括外侧段、中间段和内侧段，所述横向三分段结构的中间段由所述纵向三分段结构的中间段延伸形成，所述横向三分段结构的外侧段由所述纵向三分段结构的底部段延伸形成，所述横向三分段结构的内侧段由所述纵向三分段结构的顶部段延伸形成；所述横向三分段结构用于增强所述柱结构耗尽后在所述中间段中形成的所述电场阱。进一步的改进是，各所述超结单元的所述P型柱的所述P型外延层采用第一层P型外延层、第二层P型外延层和第三层P型外延层叠加形成，所述第一层P型外延层在所述沟槽的底部和侧面生长形成并将所述沟槽的底部完全填充，所述第二层P型外延层在所述第一层P型外延层所围区域内的底部和侧面生长形成，所述第三层P型外延层在所述第二层P型外延层所围区域内的底部和侧面生长形成，所述第一层P型外延层、所述第二层P型外延层和所述第三层P型外延层将所述沟槽完全填充，所述第二层P型外延层的掺杂浓度小于所述第一层P型外延层的掺杂浓度，所述第二层P型外延层的掺杂浓度小于所述第三层P型外延层的掺杂浓度。由所述第一层P型外延层组成各所述超结单元的所述P型柱的所述纵向三分段结构的底部段和所述横向三分段结构的外侧段；由所述第二层P型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超结器件，其特征在于：电荷流动区包括由多个交替排列的N型柱和P型柱组成的超结结构；每一所述N型柱和其邻近的所述P型柱组成一个超结单元；各所述超结单元的所述N型柱和所述P型柱中的至少一个柱结构具有掺杂浓度的纵向三分段结构，所述纵向三分段结构为在纵向上包括底部段、中间段和顶部段，所述中间段的掺杂浓度低于所述底部段的掺杂浓度，所述中间段的掺杂浓度低于所述顶部段的掺杂浓度；具有所述纵向三分段结构的所述柱结构在耗尽后，所述中间段和所述底部段以及所述顶部段的杂质离子形成位于所述中间段中电场阱，所述电场阱提高残余少子被抽取的难度，从而增加器件的反向恢复的软度因子。

【技术特征摘要】
1.一种超结器件，其特征在于：电荷流动区包括由多个交替排列的N型柱和P型柱组成的超结结构；每一所述N型柱和其邻近的所述P型柱组成一个超结单元；各所述超结单元的所述N型柱和所述P型柱中的至少一个柱结构具有掺杂浓度的纵向三分段结构，所述纵向三分段结构为在纵向上包括底部段、中间段和顶部段，所述中间段的掺杂浓度低于所述底部段的掺杂浓度，所述中间段的掺杂浓度低于所述顶部段的掺杂浓度；具有所述纵向三分段结构的所述柱结构在耗尽后，所述中间段和所述底部段以及所述顶部段的杂质离子形成位于所述中间段中电场阱，所述电场阱提高残余少子被抽取的难度，从而增加器件的反向恢复的软度因子。2.如权利要求1所述的超结器件，其特征在于：各所述P型柱采用填充于沟槽中的P型外延层组成，各所述N型柱由位于各所述沟槽之间的N型外延层组成。3.如权利要求2所述的超结器件，其特征在于：各所述沟槽的顶部宽度大于底部宽度且各所述沟槽的侧面呈倾斜结构。4.如权利要求3所述的超结器件，其特征在于：各所述超结单元的所述P型柱中具有所述纵向三分段结构，且各所述超结单元的所述P型柱中至少部分具有横向三分段结构；所述横向三分段结构为在横向上包括外侧段、中间段和内侧段，所述横向三分段结构的中间段由所述纵向三分段结构的中间段延伸形成，所述横向三分段结构的外侧段由所述纵向三分段结构的底部段延伸形成，所述横向三分段结构的内侧段由所述纵向三分段结构的顶部段延伸形成；所述横向三分段结构用于增强所述柱结构耗尽后在所述中间段中形成的所述电场阱。5.如权利要求4所述的超结器件，其特征在于：各所述超结单元的所述P型柱的所述P型外延层采用第一层P型外延层、第二层P型外延层和第三层P型外延层叠加形成，所述第一层P型外延层在所述沟槽的底部和侧面生长形成并将所述沟槽的底部完全填充，所述第二层P型外延层在所述第一层P型外延层所围区域内的底部和侧面生长形成，所述第三层P型外延层在所述第二层P型外延层所围区域内的底部和侧面生长形成，所述第一层P型外延层、所述第二层P型外延层和所述第三层P型外延层将所述沟槽完全填充，所述第二层P型外延层的掺杂浓度小于所述第一层P型外延层的掺杂浓度，所述第二层P型外延层的掺杂浓度小于所述第三层P型外延层的掺杂浓度；由所述第一层P型外延层组成各所述超结单元的所述P型柱的所述纵向三分段结构的底部段和所述横向三分段结构的外侧段；由所述第二层P型外延层组成各所述超结单元的所述P型柱的所述纵向三分段结构的中间段和所述横向三分段结构的中间段；由所述第三层P型外延层组成各所述超结单元的所述P型柱的所述纵向三分段结构的顶部段和所述横向三分段结构的内侧段。6.如权利要求4所述的超结器件，其特征在于：各所述超结单元的所述N型柱中具有单一掺杂结构；或者，各所述超结单元的所述N型柱中具有所述纵向三分段结构。7.如权利要求3所述的超结器件，其特征在于：各所述超结单元的所述N型柱中具有所述纵向三分段结构。8.如权利要求6或7所述的超结器件，其特征在于：具有所述纵向三分段结构的所述N型柱所对应的所述N型外延层由第一层N型外延层、第二层N型外延层和第三层N型外延层叠加形成，所述第二层N型外延层的掺杂浓度小于所述第三层N型外延层的掺杂浓度。9.如权利要求7所述的超结器件，其特征在于：各所述超结单元的所述P型柱中具有所述纵向三分段结构；或者，各所述超结单元的所述P型柱中具有单一掺杂结构；或者，各所述超结单元的所述P型柱中具有纵向二分段结构，顶部段的掺杂浓度小于底部段的掺杂浓度。10.如权利要求9所述的超结器件，其特征在于：具有所述纵向三分段结构的所述P型柱中至少部分具有横向三分段结构；所述横向三分段结构为在横向上包括外侧段、中间段和内侧段，所述横向三分段结构的中间段由所述纵向三分段结构的中间段延伸形成，所述横向三分段结构的外侧段由所述纵向三分段结构的底部段延伸形成，所述横向三分段结构的内侧段由所述纵向三分段结构的顶部段延伸形成；所述横向三分段结构用于增强所述柱结构耗尽后在所述中间段中形成的所述电场阱。11.如权利要求10所述的超结器件，其特征在于：具有所述纵向三分段结构的所述P型柱的所述P型外延层采用第一层P型外延层、第二层P型外延层和第三层P型外延层叠加形成，所述第一层P型外延层在所述沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖胜安，曾大杰，
申请(专利权)人：深圳尚阳通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44