具有横向电场夹断结构的功率半导体器件及其制造方法技术

提供一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，包括：衬底；第一外延层，位于该衬底上方并掺杂有第一类型杂质；第一掺杂区，位于该第一外延层中并掺杂有第二类型杂质；位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质的第二掺杂区和第三掺杂区；其中该第一掺杂区、该第二掺杂区以及该第三掺杂区一同结合形成BODY区，该BODY区的至少一部分掺杂有第一类型杂质以形成源区；栅氧层和栅多晶层，该栅氧层和该栅多晶层位于该第二外延层上方；介质氧化层，位于该栅氧层和该栅多晶层的上方以及侧面；第一导电层，位于该第二外延层上方并用于形成第一电极和/或第二电极；以及第二导电层，位于该衬底下方并用于形成第三电极。还提供了一种上述器件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
具有横向电场夹断结构的功率半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及功率半导体器件领域，具体涉及一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件及其制造方法。
技术介绍
分立的功率半导体器件，如MOSFET，因其开关速度快、电压控制型和输入阻抗高等特性在各种电源系统中得到非常广泛的应用。工业上和学术上对其研究，聚焦于高压、高电流密度、高开关速度、低功耗、高可靠性等，产生了一大批不同的结构，典型的MOSFET结构有VD-MOSFET(垂直扩散MOSFET)、UMOSFET(沟槽型MOSFET)、SJ-MOSFET(超级结MOSFET)、GST-MOSFET(沟槽栅屏蔽MOSFET)等等。参见图1，图1是现有的典型的MOSFET结构图。该MOSFET包括衬底102；位于该衬底上方的外延层104；位于该外延层104中的BODY区106；位于BODY区106中的源区108；位于该外延层104上方的栅氧层110和栅多晶层112；位于该栅氧层和该栅多晶层的上方以及侧面的介质氧化层114；以及位于该介质氧化层114上方以及该衬底102下方的金属层116。在图1的MOSFET结构中，外加偏置电压会影响沟道区的有效长度，为了防止沟道区在反向偏置电压下穿通，必须要留有足够的沟道长度。如果功率半导体器件的击穿电压越高，所需要的沟道长度就越长，沟道越长，则会导致电流密度、跨导、沟道区电阻等一系列参数的恶化。应用层面对功率半导体器件参数的要求，在功率半导体器件设计层面往往是相互矛盾的，比如更高的电压往往意味着更大的导通电阻；又比如提高开关速度往往也会引起更大的导通电阻。有些结构虽然可以获得较好的功率半导体器件电参数折衷，但是对加工工艺要求很高，比如高压的SJ-MOSFET需要用多次的外延工艺来实现电荷耦合平衡结构，GST-MOSFET需要在沟槽中实现栅下隔离的屏蔽结构，这些方法除了对生产线的要求很高，生产成本也很高。因此，迫切的需要对现有功率半导体器件进行改进以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，将相关电性能参数的关键影响因素分离开来，不用考虑结构参数的变化对其他电性参数的影响，给设计提供更大的自由度，更好地分开优化各个电性能参数。为实现上述目的，本专利技术提供一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，包括：衬底；第一外延层，位于该衬底上方并掺杂有第一类型杂质；第一掺杂区，位于该第一外延层中并掺杂有第二类型杂质，该第一类型杂质与该第二类型杂质不相同；第二外延层，位于该第一外延层上方并掺杂有第一类型杂质；第二掺杂区，位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质；第三掺杂区，位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质，其中该第一掺杂区、该第二掺杂区以及该第三掺杂区一同结合形成BODY区，该BODY区的至少一部分掺杂有第一类型杂质以形成源区；栅氧层和栅多晶层，该栅氧层和该栅多晶层位于该第二外延层上方；介质氧化层，位于该栅氧层和该栅多晶层的上方以及侧面；第一导电层，位于该第二外延层上方并用于形成第一电极和/或第二电极；以及第二导电层，位于该衬底下方并用于形成第三电极。优选地，该具有横向电场夹断结构的功率半导体器件还包括第四掺杂区，该第四掺杂区位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质，该第一掺杂区、该第二掺杂区、该第三掺杂区以及该第四掺杂区一同结合形成该BODY区。优选地，该第一外延层的掺杂浓度小于该第二外延层的掺杂浓度。优选地，该第一类型杂质为N型杂质以及该第二类型杂质为P型杂质；或该第一类型杂质为P型杂质以及该第二类型杂质为N型杂质。优选地，该具有横向电场夹断结构的功率半导体器件从由MOSFET以及IGBT所构成的组中选择。本专利技术还提供一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件的制造方法，包括：在衬底上方生长掺杂有第一类型杂质的第一外延层；在该第一外延层掺杂第二类型杂质以形成第一掺杂区，其中该第一类型杂质与第二类型杂质不同；在该第一外延层上方生长掺杂有第一类型杂质的第二外延层，使得该第一掺杂区的该第二类型杂质向上扩散形成第二掺杂区；在该第二外延层上方生长栅氧层和栅多晶层；在该第二外延层掺杂该第二类型杂质以形成第三掺杂区；进行高温扩散，将该第一掺杂区、该第二掺杂区和该第三掺杂区结合在一起形成BODY区；对该BODY区的至少一部分进行掺杂和扩散第一类型杂质以形成源区；在该栅氧层和该栅多晶层的上方和侧面生长介质氧化层；在该第二外延层上方淀积第一导电层，对该导电层进行光刻和腐蚀以形成第一电极和/或第二电极；以及在该衬底下方淀积第二导电层以形成第三电极。优选地，该具有横向电场夹断结构的功率半导体器件的制造方法，还包括：对该第二外延层掺杂第二类型杂质以形成第四掺杂区；以及进行高温扩散，将该第一掺杂区、该第二掺杂区、该第三掺杂区以及该第四掺杂区结合在一起形成该BODY区。优选地，该第一外延层的掺杂浓度小于该第二外延层的掺杂浓度。优选地，该第一类型杂质为N型杂质以及该第二类型杂质为P型杂质；或该第一类型杂质为P型杂质以及该第二类型杂质为N型杂质。优选地，该具有横向电场夹断结构的功率半导体器件从由MOSFET以及IGBT所构成的组中选择。本专利技术公开的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，该第一掺杂区、该第二掺杂区以及该第三掺杂区一同结合形成BODY区，该BODY区的至少一部分掺杂有第一类型杂质以形成源区，在外加反向偏置电压下，第一掺杂区之间的第一外延层率先被耗尽，形成横向的电场夹断结构。通过产生横向电场夹断，使得沟道区附近的PN结被屏蔽，后续增加的偏置电压不会消耗沟道区的电荷，沟道区的长度不会进一步缩短。所以，沟道长度和沟道区浓度等器件元胞参数可以和击穿电压的设计分开考虑，使得功率半导体器件的相关参数可以单独分开优化。附图说明图1是现有的典型的MOSFET的结构图；图2是本专利技术公开的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件的第一实施例的剖面结构示意图；图3是本专利技术公开的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件的另一实施例的剖面结构示意图；图4是本专利技术公开的功率半导体器件在外加偏置电压下，发生横向电场夹断的示意图；图5是在第一外延层中形成第一掺杂区的示意图；图6是在第一外延层上生长第二外延层的示意图；图7是将第一掺杂区和第二掺杂区进行高温扩散和场氧化的示意图；图8是生长栅氧层和栅多晶层的示意图；图9是在第二外延层中形成第三掺杂区的示意图；图10是进行高温扩散将第一掺杂区、第二掺杂掺杂区和第三掺杂区结合在一起的示意图；图11是形成源区的示意图；图12是对源区进行扩散的示意图；以及图13是生长介质氧化层和淀积第一导电层和第二导电层的示意图；图14是在第二外延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，包括：/n衬底；/n第一外延层，位于该衬底上方并掺杂有第一类型杂质；/n第一掺杂区，位于该第一外延层中并掺杂有第二类型杂质，该第一类型杂质与该第二类型杂质不相同；/n第二外延层，位于该第一外延层上方并掺杂有第一类型杂质；/n第二掺杂区，位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质；/n第三掺杂区，位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质，其中该第一掺杂区、该第二掺杂区以及该第三掺杂区一同结合形成BODY区，该BODY区的至少一部分掺杂有第一类型杂质以形成源区；/n栅氧层和栅多晶层，该栅氧层和该栅多晶层位于该第二外延层上方；/n介质氧化层，位于该栅氧层和该栅多晶层的上方以及侧面；/n第一导电层，位于该第二外延层上方并用于形成第一电极和/或第二电极；以及/n第二导电层，位于该衬底下方并用于形成第三电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，包括：
衬底；
第一外延层，位于该衬底上方并掺杂有第一类型杂质；
第一掺杂区，位于该第一外延层中并掺杂有第二类型杂质，该第一类型杂质与该第二类型杂质不相同；
第二外延层，位于该第一外延层上方并掺杂有第一类型杂质；
第二掺杂区，位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质；
第三掺杂区，位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质，其中该第一掺杂区、该第二掺杂区以及该第三掺杂区一同结合形成BODY区，该BODY区的至少一部分掺杂有第一类型杂质以形成源区；
栅氧层和栅多晶层，该栅氧层和该栅多晶层位于该第二外延层上方；
介质氧化层，位于该栅氧层和该栅多晶层的上方以及侧面；
第一导电层，位于该第二外延层上方并用于形成第一电极和/或第二电极；以及
第二导电层，位于该衬底下方并用于形成第三电极。


2.如权利要求1所述的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，其特征在于，该具有横向电场夹断结构的功率半导体器件还包括第四掺杂区，该第四掺杂区位于该第二外延层中并掺杂有该第二类型杂质，该第一掺杂区、该第二掺杂区、该第三掺杂区以及该第四掺杂区一同结合形成该BODY区。


3.如权利要求1所述的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，其特征在于，该第一外延层的掺杂浓度小于该第二外延层的掺杂浓度。


4.如权利要求1所述的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，其特征在于，该第一类型杂质为N型杂质以及该第二类型杂质为P型杂质；或该第一类型杂质为P型杂质以及该第二类型杂质为N型杂质。


5.如权利要求1所述的具有横向电场夹断结构的功率半导体器件，其特征在于，该功率半导体器件从由MOSFET以及IGBT所构成的组中选择。

【专利技术属性】
技术研发人员：何慧强，
申请(专利权)人：无锡鸣沙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32