超级结器件及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超级结器件，在电流流动区和终端保护结构中一个以上P型薄层的底部穿透N型硅外延层并和N+硅基片接触；各P型薄层中至少一部分由填充于沟槽中的P型硅组成；各P型薄层中，填充于沟槽中的P型硅的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各P型硅的底部区域的杂质浓度约为最佳电荷平衡的杂质浓度，各P型硅的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的2倍以上。本发明专利技术还提供一种超级结器件的制造方法。本发明专利技术能提高器件的反向击穿电压，并改善反向击穿电压的稳定性，能保证器件在感性元件存在的电路中的抗过冲电流能力，能提高器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉 及半导体集成电路制造领域，特别是涉及ー种超级结器件；本专利技术还涉及一种超级结器件的制造方法。
技术介绍
超级结MOSFET采用新的耐压层结构，利用一系列的交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层来在截止状态下在较低电压下就将所述P型半导体薄层和N型半导体薄层耗尽，实现电荷相互补偿，从而使P型半导体薄层和N型半导体薄层在高掺杂浓度下能实现高的击穿电压，从而同时获得低导通电阻和高击穿电压，打破传统功率MOSFET理论极限。在美国专利US5216275中，以上的交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层是与N+衬底相连的；在美国专利US6630698B1中，中间的P型半导体薄层和N型半导体薄层与N+衬底可以有大于O的间隔。现有技术中，P型半导体薄层和N型半导体薄层的形成ー种是通过外延成长然后进行光刻和注入，多次反复该过程得到需要的厚度的P型半导体薄层和N型半导体薄层，这种エ艺在600V以上的MOSFET中，一般需要重复5次以上，生产成本和生产周期长。另ー种是通过一次生长ー种类型的需要厚度的外延之后，进行沟槽的刻蚀，之后在沟槽中填入相反类型的硅；该方法エ艺成本和エ艺周期短；但如果该薄层与衬底之间有一定的厚度，由于沟槽的刻蚀有一定的エ艺变化，沟槽深度也就易于发生变化，因此造成器件反向击穿电压变化范围较大；同时，在同样的外延厚度下，当P型半导体薄层和N型半导体薄层不接触到N+衬底时器件的反向击穿电压会比P型半导体薄层和N型半导体薄层接触到N+衬底的反向击穿电压低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供ー种超级结器件，能提高器件的反向击穿电压，并改善反向击穿电压的稳定性，能保证器件在感性元件存在的电路中的抗过冲电流能力，能提高器件的可靠性。为此，本专利技术还提供一种超级结器件的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供ー种超级结器件，在一 N+硅基片上形成有一 N型硅外延层，超级结器件的中间区域为电流流动区，所述电流流动区包含多个交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的外周，所述终端保护结构包括多个环绕于所述电流流动区的外周且交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层。ー个以上所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。各所述P型薄层中由填充于沟槽中的P型硅组成、或者各所述P型薄层中由形成于所述N型硅外延层中的P型注入区加上形成于所述P型注入区上部的填充于沟槽中的P型硅组成。各所述P型薄层中，填充于沟槽中的所述P型硅的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型硅的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85% 115%，各所述P型硅的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200%以上。进ー步 的改进是，所有的所述P型薄层的底部都穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。进ー步的改进是，所述电流流动区中的所述P型薄层的底部都不穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；所述终端保护结构中的所述P型薄层的底部都穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。进ー步的改进是，所述电流流动区中的所述P型薄层的底部都不穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；所述终端保护结构中的ー个以上的所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。进ー步的改进是，在所述电流流动区中，一 P型背栅形成于各所述P型薄层上部或所述P型背栅形成于各所述P型薄层上部并延伸到各所述P型薄层上部两侧的所述N型薄层中，一源区形成于各所述P型背栅中，在所述电流流动区的所述N型硅外延层上部形成有栅氧、栅极以及源极，在所述N+硅基片的背面形成有漏扱。所述终端保护结构还包括至少一 P型环、ー沟道截止环、一終端介质膜、至少ー多晶硅场板；所述P型环、所述P型薄层和所述沟道截止环都呈环状结构、并由内往外依次环绕于所述电流流动区的外周。所述P型环形成于所述終端保护结构区域的所述N型硅外延层的表面层中且和所述最外侧P型区域相邻。所述沟道截止环形成于最外侧P型薄层外侧的所述N型硅外延层的表面层中。所述終端介质膜形成于所述終端保护结构区域的所述N型硅外延层上并和所述电流流动区的外侧边缘相隔一定距离，所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的ー侧具有一台阶结构。所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜之间的区域上。一层间膜形成于所述終端保护结构区域的所述N型硅外延层、所述终端介质膜和所述多晶硅场板上。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超级结器件的制造方法，包括如下步骤步骤一、在一 N+硅基片上形成N型硅外延层，在所述N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅以及終端保护结构区域的P型环。步骤ニ、利用光刻刻蚀在所述电流流动区和所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层上形成沟槽，ー个以上的所述沟槽穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。步骤三、在所述沟槽中形成P型硅并将所述N型硅外延层表面的硅去掉，从而在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的所述P型薄层和N型薄层；各所述P型薄层的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型薄层的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85% 115%，各所述P型薄层的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200%以上。步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀在所述终端保护结构区域形成終端介质膜；所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的ー侧具有一台阶结构。步骤五、在所述N+硅基片上形成栅氧和多晶硅，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少ー多晶硅场板，所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜之间的区域上。步骤六、利用光刻和离子注入エ艺形成源区和沟道截止环。步骤七、淀积形成层间膜。步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔。步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅和后续金属层的欧姆接触。步骤十、在所述N+硅基片表面淀积金属层，并进行光刻刻蚀形成所述源极和所述栅极的电极图形。步骤十一、对所述N+硅基片进行背面减薄。步骤十二、在所述N+硅基片背面进行金属化 形成漏扱。为解决上述技术问题，本专利技术提供另ー种超级结器件的制造方法，包括如下步骤步骤一、在一 N+硅基片上形成第一 N型硅外延层，通过光刻エ艺用光刻胶在所述第一 N型硅外延层上定义出P型注入区，所述P型注入区为将要形成的P型薄层中底部会和所述N+硅基片接触的部分所述P型薄层的底部区域，在所述P型注入区的所述第一 N型硅外延层中注入P型杂质并形成第一 P型薄层、所述第一 P型薄层和所述N+硅基片接触，将所述光刻胶去除。步骤ニ、在所述第一N型硅外延层上形成第二N型硅外延层；在所述第二N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅以及終端保护结构区域的P型环；利用光刻刻蚀在所述第二 N型硅外延层上形成沟槽，在所有要形成所述P型薄层的位置处都形成有所述沟槽；在形成有所述第一 P型薄层的位置处，所述沟槽位于各所述第一 P型薄层的上部且所述沟槽的底部和所述第一 P型薄层接触；在未形成有所述第一 P型薄层的位置处，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级结器件，在一N+硅基片上形成有一N型硅外延层，超级结器件的中间区域为电流流动区，所述电流流动区包含多个交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的外周，所述终端保护结构包括多个环绕于所述电流流动区的外周且交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层；其特征在于：一个以上所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；各所述P型薄层中由填充于沟槽中的P型硅组成、或者各所述P型薄层中由形成于所述N型硅外延层中的P型注入区加上形成于所述P型注入区上部的填充于沟槽中的P型硅组成；各所述P型薄层中，填充于沟槽中的所述P型硅的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型硅的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述P型硅的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖胜安，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：