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，超结器件结构包括：第一导电类型的半导体衬底；第一导电类型的外延层，位于半导体衬底的上表面；第二导电类型的柱结构，位于外延层内，且沿外延层的厚度方向延伸，柱结构与外延层具有不同的晶格常数，外延层包含硅材料层；柱结构包含锗硅材料层。本发明专利技术通过形成与外延层具有不同晶格常数的柱结构，引入均匀可控的缺陷，从而增加载流子复合几率，降低载流子寿命，以达到在器件关断时载流子迅速减少的目的，对外延的第一导电类型薄膜产生压应力，导致外延第一导电类型漂移区载流子迁移率发生改变，相比传统超结器件，提升了反向恢复能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
超结器件结构及其制备方法


[0001]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

[0002]在现代生活中，电能是一种经济实用且清洁可控的能源。对于电能的传输和转换，功率器件正扮演着越来越重要的角色。其中，超结器件(Super Junction)突破了传统硅基高压器件中高耐压与低电阻不可兼得的限制，实现了同时具备高耐压和优异导通的器件特性，是一种极具应用前景的功率器件。
[0003]目前，超结功率器件的开关速度还具有很大限制。这是由于超结器件的寄生二极管反向恢复特性不够理想。这就限制了超结器件在相关领域的应用。为了解决超结器件反向恢复较慢的问题，业界在电路设计参数、器件结构参数及器件物理参数等方面都进行了深入的优化和研究。其中，在优化器件物理参数时，一般通过引入缺陷，增加载流子复合几率，降低载流子寿命，以达到在器件关断时载流子迅速减少的目的。
[0004]然而，由于超结漂移区一般深达数十微米，通过从表面进行高能辐照或金属掺杂等方法引入的缺陷难以保证深入并均匀分布至整个漂移区；且采用辐照工艺或金属扩散工艺引入缺陷也会增加产品成本及制程复杂度。
[0005]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

[0006]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难以保证深入并均匀分布至整个漂移区的问题。
[0007]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：
[0008]第一导电类型的半导体衬底；
[0009]第一导电类型的外延层，位于所述半导体衬底的上表面；
[0010]第二导电类型的柱结构，位于所述外延层内，且沿所述外延层的厚度方向延伸，所述柱结构与所述外延层具有不同的晶格常数；
[0011]其中，所述外延层包含硅材料层；所述柱结构包含锗硅材料层。
[0012]作为本专利技术的一种可选方案，在所述柱结构中，各区域具有相同的锗的原子数百分含量，所述锗的原子数百分含量为0.5％～30％。
[0013]作为本专利技术的一种可选方案，在所述柱结构中，锗的原子数百分含量沿所述外延层的厚度方向渐变；靠近所述半导体衬底一侧的所述锗的原子数百分含量最高，或者，靠近所述半导体衬底一侧的所述锗的原子数百分含量最低；所述锗的原子数百分含量的渐变范围为5％至35％。
[0014]作为本专利技术的一种可选方案，所述外延层包含硅材料层；所述柱结构沿所述外延
层的厚度方向具有由硅材料层和锗硅材料层周期性重复层叠构成的层叠结构；在所述锗硅材料层中，各区域具有相同的锗的原子数百分含量，所述锗的原子数百分含量为0.5％～30％。
[0015]作为本专利技术的一种可选方案，所述第一导电类型为n型且所述第二导电类型为p型；或者，所述第一导电类型为p型且所述第二导电类型为n型。
[0016]作为本专利技术的一种可选方案，所述超结器件结构还包括：
[0017]体接触区，位于所述外延层内，且位于所述柱结构的顶部；
[0018]栅氧化层，位于所述外延层的上表面；
[0019]多晶硅栅，位于所述栅氧化层的上表面；
[0020]源区，位于所述体接触区内；
[0021]层间电介质层，位于所述多晶硅栅的表面及侧壁；
[0022]正面金属电极，位于所述体接触区、所述源区及所述层间电介质层的表面；
[0023]背面金属电极，位于所述半导体衬底远离所述外延层的表面。
[0024]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：
[0025]提供第一导电类型的半导体衬底；
[0026]在所述半导体衬底上外延生长第一导电类型的外延层；
[0027]在所述外延层内形成第二导电类型的柱结构，且所述柱结构沿所述外延层的厚度方向延伸；所述柱结构与所述外延层具有不同的晶格常数，其中，所述外延层包含硅材料层；所述柱结构包含锗硅材料层。
[0028]作为本专利技术的一种可选方案，在所述柱结构中，各区域具有相同的锗的原子数百分含量，所述锗的原子数百分含量为0.5％～30％。
[0029]作为本专利技术的一种可选方案，在所述柱结构中，锗的原子数百分含量沿所述外延层的厚度方向渐变；靠近所述半导体衬底一侧的所述锗的原子数百分含量最高，或者，靠近所述半导体衬底一侧的所述锗的原子数百分含量最低；所述锗的原子数百分含量的渐变范围为5％至35％。
[0030]作为本专利技术的一种可选方案，所述外延层包含硅材料层；所述柱结构沿所述外延层的厚度方向具有由硅材料层和锗硅材料层周期性重复层叠构成的层叠结构；在所述锗硅材料层中，各区域具有相同的锗的原子数百分含量，所述锗的原子数百分含量为0.5％～30％。
[0031]作为本专利技术的一种可选方案，所述第一导电类型为n型且所述第二导电类型为p型；或者，所述第一导电类型为p型且所述第二导电类型为n型。
[0032]作为本专利技术的一种可选方案，在形成所述柱结构后，还包括如下步骤：
[0033]通过离子注入工艺在所述外延层内的所述柱结构的顶部形成体接触区；
[0034]在所述外延层的上表面形成栅氧化层；
[0035]在所述栅氧化层的上表面形成多晶硅栅；
[0036]通过离子注入工艺在所述体接触区内形成源区；
[0037]在所述多晶硅栅的表面及侧壁形成层间电介质层；
[0038]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；
[0039]在所述半导体衬底远离所述外延层的表面形成背面金属电极。
[0040]如上所述，本专利技术提供的超结器件结构及其制备方法，通过形成与外延层具有不同晶格常数的柱结构，引入均匀可控的缺陷，从而增加载流子复合几率，降低载流子寿命，以达到在器件关断时载流子迅速减少的目的，对外延的第一导电类型薄膜产生压应力，导致外延第一导电类型漂移区载流子迁移率发生改变，相比传统超结器件，提升了反向恢复能力。
附图说明
[0041]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。
[0042]图2显示为本专利技术实施例一中半导体衬底的截面示意图。
[0043]图3显示为本专利技术实施例一中外延生长外延层的截面示意图。
[0044]图4显示为本专利技术实施例一中形成沟槽的截面示意图。
[0045]图5显示为本专利技术实施例一中形成柱结构的截面示意图。
[0046]图6显示为本专利技术实施例一中形成体接触区的截面示意图。
[0047]图7显示为本专利技术实施例一中形成源区、栅氧化层、多晶硅层、层间电介质层和正面金属电极的截面示意图。
[0048]图8显示为本专利技术实施例二中形成柱结构的截面示意图。
[0049]图9显示为本专利技术实施例二中形成体接触区的截面示意图。
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【技术保护点】

【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；第一导电类型的外延层，位于所述半导体衬底的上表面；第二导电类型的柱结构，位于所述外延层内，且沿所述外延层的厚度方向延伸，所述柱结构与所述外延层具有不同的晶格常数；其中，所述外延层包含硅材料层；所述柱结构包含锗硅材料层。2.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于，在所述柱结构中，各区域具有相同的锗的原子数百分含量，所述锗的原子数百分含量为0.5％～30％。3.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于，在所述柱结构中，锗的原子数百分含量沿所述外延层的厚度方向渐变；靠近所述半导体衬底一侧的所述锗的原子数百分含量最高，或者，靠近所述半导体衬底一侧的所述锗的原子数百分含量最低；所述锗的原子数百分含量的渐变范围为5％至35％。4.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于，所述柱结构沿所述外延层的厚度方向具有由硅材料层和锗硅材料层周期性重复层叠构成的层叠结构；在所述锗硅材料层中，各区域具有相同的锗的原子数百分含量，所述锗的原子数百分含量为0.5％～30％。5.根据权利要求1所述的超结器件结构，其特征在于，所述第一导电类型为n型且所述第二导电类型为p型；或者，所述第一导电类型为p型且所述第二导电类型为n型。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：体接触区，位于所述外延层内，且位于所述柱结构的顶部；栅氧化层，位于所述外延层的上表面；多晶硅栅，位于所述栅氧化层的上表面；源区，位于所述体接触区内；层间电介质层，位于所述多晶硅栅的表面及侧壁；正面金属电极，位于所述体接触区、所述源区及所述层间电介质层的表面；背面金属电极，位于所述半导体衬底远离所述外延层的表面。7.一种超结器件结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供第一导电类型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐大朋，罗杰馨，柴展，黄肖艳，
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：