超结器件结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种超结器件结构，包括：第一导电类型衬底；第一导电类型外延层，位于第一导电类型衬底的表面；多个第二导电类型柱，间隔分布于第一导电类型外延层内，以间隔出第一导电类型柱而形成超结结构；多个第二导电类型阱区，位于第一导电类型外延层内，且位于第二导电类型柱的上表面；第一导电类型源区，位于第二导电类型阱区内；第二导电类型阱引出区，位于第二导电类型阱区内；隧穿二极管，位于第一导电类型外延层内，且位于第二导电类型柱和第一导电类型衬底之间。本实用新型专利技术的超结器件结构能有效降低超结器件体内的反向恢复电荷和反向恢复时间，减小开关过程中的噪声干扰，进一步提升超结器件性能。

Super junction device structure

【技术实现步骤摘要】
超结器件结构
本技术涉及半导体器件领域，特别是涉及一种超结器件结构。
技术介绍
自从80年代末期超结晶体管(Super-JunctionMOS，简称SJ-MOS)结构被首次提出以来，超结MOS器件就以其导通电阻小、导通速度快和开关损耗低等优点而引起了业界的广泛关注，其结构也不断被优化。现有的超结晶体管中采用由一系列P型和N型半导体薄层交替排列组成的掺杂区代替传统的VDMOS(VerticalDouble-diffusedMOSFET，垂直双扩散金属氧化物半导体)器件中单一轻掺杂的漂移区。在截止态时，由于P型和N型层中的耗尽区电场产生相互补偿效应，使P型和N型层的掺杂浓度可以做的很高而不会引起器件击穿电压的下降；导通时，这种高浓度的掺杂可以使其导通电阻显著下降。因为这种特殊的结构，使得超结MOS器件的性能优于传统的VDMOS器件。如前所述，超结MOS器件利用P型和N型层中的耗尽区电场产生相互补偿效应而实现电荷平衡，因而为提高超结器件的击穿电压，通常希望超结器件具有较大的厚度和较低的掺杂浓度，但这会导致超结器件的P-N结的面积相比传统的功率器件，如平面型双扩散MOSFET(PlanarDMOS)大了许多，使得超结器件在工作过程中，器件体内的寄生体二极管在导通后，较大的载流子注入使得超结器件的反向恢复电荷Qrr和反向恢复峰值电流Irrm升高。比如如图1所示为现有技术中的超结MOSFET器件与平面MOSFET器件的反向恢复特性曲线图，可以看到，在相同的工作条件下(比如相同的工作温度和电流变化率)，超结MOSFET器件比平面MOSFET器件的反向恢复电流更大(超结MOSFET的反向恢复峰值电流为14.1A而平面MOSFET器件的反向恢复峰值电流为12.6A)。这导致超结器件反向恢复过程中的功率损耗增加，进而容易导致器件性能劣化和使用寿命下降。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种超结MOS器件结构，用于解决现有的超结MOS器件结构存在的因反向恢复电流大而造成的功率损耗增加以及由此引发的器件性能劣化和使用寿命下降等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种超结器件结构，所述超结器件结构包括：第一导电类型衬底；第一导电类型外延层，位于所述第一导电类型衬底的表面；多个第二导电类型柱，间隔分布于所述第一导电类型外延层内，以在各所述第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱而形成超结结构，第二导电类型不同于第一导电类型；多个第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱的上表面；第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区内；第二导电类型阱引出区，位于所述第二导电类型阱区内，且和所述第一导电类型源区相邻设置；以及，隧穿二极管，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱和所述第一导电类型衬底之间。可选地，所述隧穿二极管的厚度为2～4μm。可选地，所述隧穿二极管的数量和所述第二导电类型柱的数量相同。可选地，所述第一导电类型源区的下表面和所述第二导电类型阱区的下表面之间具有间距。可选地，所述第一导电类型衬底包括N型衬底且所述第二导电类型柱包括P型柱，或所述第一导电类型衬底包括P型衬底且所述第二导电类型柱包括N型柱。可选地，所述超结器件结构还包括第一导电类型缓冲层，位于所述第一导电类型衬底和所述第一导电类型外延层之间。可选地，所述超结器件结构还包括：栅极结构，所述栅极结构包括栅氧化层、栅极导电层及层间介质层；其中，所述栅氧化层位于所述第一导电类型柱的上表面及所述第二导电类型阱区的部分上表面，所述栅极导电层位于所述栅氧化层的上表面，所述层间介质层位于所述栅极导电层的上表面及侧壁；源极金属层，位于所述第二导电类型阱引出区的表面及所述第一导电类型源区的表面；漏极金属层，位于所述第一导电类型衬底远离所述第一导电类型外延层的表面。可选地，所述源极金属层包括铝层，所述栅极导电层包括多晶硅层，所述漏极金属层包括钛层、镍层和银层中的一种或多种。在另一可选方案中，所述超结器件结构包括：第一导电类型衬底；第一导电类型外延层，位于所述第一导电类型衬底的表面；多个第二导电类型柱，间隔分布于所述第一导电类型外延层内，以在各所述第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱而形成超结结构，第二导电类型不同于第一导电类型；第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型柱和所述第二导电类型柱的表面；第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区的表面；第二导电类型阱引出区，位于所述第二导电类型阱区的表面，且和所述第一导电类型源区相邻设置；沟槽，自所述第一导电类型源区延伸至所述第一导电类型柱内；栅极结构，所述栅极结构包括栅氧化层、栅极导电层及层间介质层；其中，所述栅氧化层位于所述沟槽的侧壁表面，所述栅极导电层位于所述栅氧化层内侧且填充所述沟槽，所述层间介质层位于所述栅极导电层及所述栅氧化层的上表面；源极金属层，位于所述第二导电类型阱引出区、所述第一导电类型源区及所述层间介质层的表面；漏极金属层，位于所述第一导电类型衬底远离所述第一导电类型外延层的表面；隧穿二极管，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱和所述第一导电类型衬底之间。如上所述，本技术的超结器件结构，具有以下有益效果：本技术的超结器件结构将隧穿二极管融入其中，由于隧穿二极管的开关速度在皮秒量级(而普通二极管的开关速度为纳秒量级)，因此能有效降低超结器件体内的反向恢复电荷、缩短超结器件体内的寄生二极管的反向恢复时间，由此能够降低器件反向恢复过程中的损耗，减小开关过程中的噪声干扰，进一步提升超结器件性能，提高器件以及采用了该器件的系统的稳定性。附图说明图1显示为现有技术中的超结MOSFET和平面MOSFET器件的反向恢复特性曲线图。图2显示为本技术实施例一的超结器件结构的示意图。图3显示为依本技术实施例一的超结器件结构制备的一超结MOS器件结构示意图。图4显示为依本技术实施例一的超结器件结构制备的另一超结MOS器件结构示意图。元件标号说明11第一导电类型衬底13第二导电类型柱14第一导电类型柱15第二导电类型阱区16第一导电类型源区17第二导电类型阱引出区18隧穿二极管181第一导电类型隧穿层182第二导电类型隧穿层19栅极结构191栅氧化层192栅极导电层193层间介质层20源极金属层21漏极金属层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，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技术的其他优点与功效。本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：/n第一导电类型衬底；/n第一导电类型外延层，位于所述第一导电类型衬底的表面；/n多个第二导电类型柱，间隔分布于所述第一导电类型外延层内，以在各所述第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱而形成超结结构，第二导电类型不同于第一导电类型；/n多个第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱的上表面；/n第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区内；/n第二导电类型阱引出区，位于所述第二导电类型阱区内，且和所述第一导电类型源区相邻设置；/n隧穿二极管，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱和所述第一导电类型衬底之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种超结器件结构，其特征在于，包括：
第一导电类型衬底；
第一导电类型外延层，位于所述第一导电类型衬底的表面；
多个第二导电类型柱，间隔分布于所述第一导电类型外延层内，以在各所述第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱而形成超结结构，第二导电类型不同于第一导电类型；
多个第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱的上表面；
第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区内；
第二导电类型阱引出区，位于所述第二导电类型阱区内，且和所述第一导电类型源区相邻设置；
隧穿二极管，位于所述第一导电类型外延层内，且位于所述第二导电类型柱和所述第一导电类型衬底之间。


2.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于：所述隧穿二极管的厚度为2～4μm。


3.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于：所述隧穿二极管的数量和所述第二导电类型柱的数量相同。


4.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于：所述第一导电类型源区的下表面和所述第二导电类型阱区的下表面之间具有间距。


5.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于：所述第一导电类型衬底包括N型衬底且所述第二导电类型柱包括P型柱，或所述第一导电类型衬底包括P型衬底且所述第二导电类型柱包括N型柱。


6.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于：所述超结器件结构还包括第一导电类型缓冲层，位于所述第一导电类型衬底和所述第一导电类型外延层之间。


7.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于，所述超结器件结构还包括：
栅极结构，所述栅极结构包括栅氧化层、栅极导电层及层间介质层；其中，所述栅氧化层位于所述第一导电类型柱的上表面及所述第二导电类型阱区的部分上表面，所述栅极导电层位于所述栅氧化层的上表面，所述层间介质层位于所述栅极导电层...

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