超结器件结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超结器件结构及其制备方法，所述超结器件结构包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的渐变外延层，形成于所述半导体衬底上；所述渐变外延层由具有两种以上组分构成的固溶体组成，且与所述半导体衬底具有不同的晶格常数；所述固溶体的组分比沿所述渐变外延层的厚度方向变化；第二导电类型的柱结构，形成于所述渐变外延层内，沿所述外延层的厚度方向延伸。本发明专利技术通过生长固溶体组分随厚度方向变化且与半导体衬底具有不同晶格常数的渐变外延层，使晶格缺陷在外延层厚度方向均匀可控，通过优化器件的反向恢复特性，实现在器件关断阶段载流子迅速减少的目的；本发明专利技术的工艺简单且成本较低，适于大规模生产。

Structure of superjunction device and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
超结器件结构及其制备方法
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器件结构及其制备方法。
技术介绍
超结器件(superjunction)是一种具有独特优势的半导体功率器件，其具有较高的耐压性能及较低的导通电阻，打破了传统硅基高压器件中高耐压与低电阻无法兼得的限制。目前，在半桥和全桥等功率器件的典型应用中，由于寄生二极管反向恢复特性的局限性，使超结功率器件的开关速度受到了很大限制。为了优化超结器件的反向恢复特性，以减小功耗，增加器件可靠性，较为有效的方法是在漂移区引入缺陷，增加载流子复合几率，降低载流子寿命，以实现在器件关断阶段载流子迅速减少的目的。在现有技术中，一般通过高能电子辐照、中子辐照、金或者铂掺杂等工艺引入缺陷。然而，由于超结器件的漂移区厚度普遍较厚(>40微米)，通过上述工艺引入的缺陷一般只能形成于表层，在整个漂移区的厚度方向上很难实现缺陷的均匀分布；且在现有制程中引入上述工艺也会增加额外的生产成本并提升工艺的复杂度。因此，有必要提出一种新的超结器件结构及其制备方法，解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超结器件结构及其制备方法，用于解决现有技术中在超结漂移区的缺陷引入不均匀的问题。为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术提供了一种超结器件结构，包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的渐变外延层，形成于所述半导体衬底上；所述渐变外延层由具有两种以上组分构成的固溶体组成，且与所述半导体衬底具有不同的晶格常数；所述固溶体的组分比沿所述渐变外延层的厚度方向变化；第二导电类型的柱结构，形成于所述渐变外延层内，沿所述渐变外延层的厚度方向延伸。作为本专利技术的一种优选方案，所述渐变外延层包括锗硅两种组分构成的固溶体；所述半导体衬底包含硅衬底。作为本专利技术的一种优选方案，所述渐变外延层中，自所述渐变外延层的下表面至所述渐变外延层的上表面锗的原子数百分含量逐渐增加或逐渐减小；所述渐变外延层中锗的原子数百分含量的变化范围介于0.5％至10％之间。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一导电类型为n型且所述第二导电类型为p型；或所述第一导电类型为p型且所述第二导电类型为n型。作为本专利技术的一种优选方案，所述超结器件结构还包括：体接触区，通过离子注入工艺形成于所述柱结构的顶部；栅氧化层，形成于所述渐变外延层表面；多晶硅栅，形成于所述栅氧化层表面；源区，通过离子注入工艺形成于所述体接触区表面；层间电介质层，形成于多晶硅栅的表面及侧壁；正面金属电极，形成于所述体接触区、所述源区及所述层间电介质层的表面；背面金属电极，形成于所述半导体衬底远离所述渐变外延层的表面。本专利技术还提供了一种超结器件结构的制备方法，包括如下步骤：提供第一导电类型的半导体衬底；在所述半导体衬底上外延生长第一导电类型的渐变外延层；所述渐变外延层由具有两种以上组分构成的固溶体组成，且与所述半导体衬底具有不同的晶格常数；所述固溶体的组分比沿所述渐变外延层的厚度方向变化；在所述渐变外延层中形成第二导电类型的柱结构，所述柱结构沿所述渐变外延层的厚度方向延伸。作为本专利技术的一种优选方案，所述渐变外延层由锗硅两种组分构成的固溶体组成；所述半导体衬底包含硅衬底。作为本专利技术的一种优选方案，所述渐变外延层中，自所述渐变外延层的下表面至所述渐变外延层的上表面锗的原子数百分含量逐渐增加或逐渐减小；所述渐变外延层中锗的原子数百分含量的变化范围介于0.5％至10％之间。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一导电类型为n型且所述第二导电类型为p型；或所述第一导电类型为p型且所述第二导电类型为n型。作为本专利技术的一种优选方案，在形成所述柱结构后，还包括如下步骤：通过离子注入工艺在所述柱结构的顶部形成体接触区；在所述渐变外延层表面形成栅氧化层；在所述栅氧化层表面形成多晶硅栅；通过离子注入工艺在所述体接触区表面形成源区；在多晶硅栅的表面及侧壁形成层间电介质层；在所述体接触区、所述源区及所述层间电介质层的表面形成正面金属电极；在所述半导体衬底远离所述渐变外延层的表面形成背面金属电极。如上所述，本专利技术提供一种超结器件结构及其制备方法，通过生长固溶体组分随厚度方向变化且与半导体衬底具有不同晶格常数的渐变外延层，使晶格缺陷在渐变外延层厚度方向均匀可控，以优化超结功率器件的反向恢复特性，实现在器件关断阶段载流子迅速减少的目的；本专利技术的工艺简单且成本较低，适于大规模生产。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的一种超结器件结构的制备方法的流程图。图2显示为本专利技术实施例一中提供的半导体衬底的截面示意图。图3显示为本专利技术实施例一中在半导体衬底上形成渐变外延层后的截面示意图。图4显示为本专利技术实施例一中在渐变外延层上形成沟槽后的截面示意图。图5显示为本专利技术实施例一中在渐变外延层内形成的柱结构的截面示意图。图6显示为本专利技术实施例一中在渐变外延层内形成的柱结构的俯视图。图7显示为本专利技术实施例一中通过离子注入工艺在渐变外延层内的柱结构的顶部形成体接触区的截面示意图。图8显示为本专利技术实施例一中在渐变外延层的上表面形成栅氧化层的截面示意图。图9显示为本专利技术实施例一中在栅氧化层的上表面形成多晶硅栅的截面示意图。图10显示为本专利技术实施例一中通过离子注入工艺在体接触区内形成源区的截面示意图。图11显示为本专利技术实施例一中在多晶硅栅的表面及侧壁形成层间电介质层的截面示意图。图12显示为本专利技术实施例一中形成正面金属电极和背面金属电极的截面示意图。元件标号说明101半导体衬底102渐变外延层103柱结构103a沟槽104体接触区105栅氧化层106多晶硅栅107源区108电介质层109正面金属电极110背面金属电极a柱结构的宽度b柱结构之间的间距S1～S10步骤1)～10)具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1至图12，本专利技术提供了一种超结器件结构的制备方法，包括如下步骤：1)提供第一导电类型的半导体衬底101；2)在所述半导体衬底101上外延生长第一导电类型的渐变外延层102；所述渐变外延层102由具有两种以上组分构成的固溶体组成，且与所述半导体衬底101具有不同的晶格常数；所述固溶体的组分比沿所述渐变外延层102的厚度方向变化；3)在所述渐变外延层102中形成第二导电类型的柱结构103，所述柱结构103沿所述渐变渐变外延层102的厚度方向延伸。在步骤1)中，请参阅图1的S1步骤及图2，提供第一导电类型的半导体衬底101。图2是所述半导体衬底101的截面示意图。可选地，在本实施例中，所述第一导电类型为n型，所述半导体衬底101为n型硅衬底。在本专利技术的其他实施案例中，所述半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超结器件结构，其特征在于，包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的渐变外延层，形成于所述半导体衬底上；所述渐变外延层由具有两种以上组分构成的固溶体组成，且与所述半导体衬底具有不同的晶格常数；所述固溶体的组分比沿所述渐变外延层的厚度方向变化；第二导电类型的柱结构，形成于所述渐变外延层内，沿所述渐变外延层的厚度方向延伸。

【技术特征摘要】
1.一种超结器件结构，其特征在于，包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的渐变外延层，形成于所述半导体衬底上；所述渐变外延层由具有两种以上组分构成的固溶体组成，且与所述半导体衬底具有不同的晶格常数；所述固溶体的组分比沿所述渐变外延层的厚度方向变化；第二导电类型的柱结构，形成于所述渐变外延层内，沿所述渐变外延层的厚度方向延伸。2.根据权利要求1所述的一种超结器件结构，其特征在于，所述渐变外延层包括锗硅两种组分构成的固溶体；所述半导体衬底包含硅衬底。3.根据权利要求2所述的一种超结器件结构，其特征在于，所述渐变外延层中，自所述渐变外延层的下表面至所述渐变外延层的上表面锗的原子数百分含量逐渐增加或逐渐减小；所述渐变外延层中锗的原子数百分含量的变化范围介于0.5％至10％之间。4.根据权利要求1所述的一种超结器件结构，其特征在于，所述第一导电类型为n型且所述第二导电类型为p型；或所述第一导电类型为p型且所述第二导电类型为n型。5.根据权利要求1所述的一种超结器件结构，其特征在于，所述超结器件结构还包括：体接触区，通过离子注入工艺形成于所述柱结构的顶部；栅氧化层，形成于所述渐变外延层表面；多晶硅栅，形成于所述栅氧化层表面；源区，通过离子注入工艺形成于所述体接触区表面；层间电介质层，形成于多晶硅栅的表面及侧壁；正面金属电极，形成于所述体接触区、所述源区及所述层间电介质层的表面；背面金属电极，形成于所述半导体衬底远离所述渐变外延层的表面。6.一种超结器件结构的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐大朋，梁欢，黄肖艳，薛忠营，罗杰馨，柴展，
申请(专利权)人：上海功成半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31