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超結(jié)器件及其制造方法與流程

文檔序號:12725492閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種超結(jié)器件,其特征在于:電荷流動區(qū)包括由多個在橫向上交替排列的N型柱和P型柱組成的超結(jié)結(jié)構(gòu);每一所述N型柱和其鄰近的所述P型柱組成一個超結(jié)單元;每一個所述超結(jié)單元的頂部形成有一個超結(jié)器件單元;

各所述超結(jié)器件單元中包括有P型背柵,各所述P型背柵位于對應(yīng)的所述P型柱的頂部,至少一個所述超結(jié)器件單元的所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱具有一個間隔區(qū)域,該間隔區(qū)域通過N型摻雜使所述P型背柵和對應(yīng)的所述P型柱進行分隔;

所述間隔區(qū)域使對應(yīng)的所述超結(jié)單元在反向偏置時使所述P型柱的電壓大于所述P型背柵的電壓,從而增加所述超結(jié)單元完全耗盡時所需的夾斷電壓,提高所述超結(jié)單元在反向偏置過程中耗盡電容隨反向偏置電壓的降低趨勢,使相同的反向偏置電壓下所述超結(jié)單元的耗盡電容更高。

2.如權(quán)利要求1所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述間隔區(qū)域全部由一個N型摻雜區(qū)組成,通過調(diào)節(jié)所述間隔區(qū)域的高度以及N型摻雜區(qū)的摻雜濃度調(diào)節(jié)所述夾斷電壓;所述間隔區(qū)域的高度為所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱之間的間距,所述間隔區(qū)域的高度越大,所述夾斷電壓越大;所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度越高,所述夾斷電壓越大。

3.如權(quán)利要求2所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述間隔區(qū)域的高度大于等于0.5微米。

4.如權(quán)利要求2所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度大于等于對應(yīng)所述超結(jié)單元的所述N型柱的摻雜濃度的1/10。

5.如權(quán)利要求1所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述間隔區(qū)域由多個在縱向上交替排列的N型摻雜區(qū)和P型摻雜區(qū)組成且所述間隔區(qū)域的上下兩端都為N型摻雜區(qū);通過調(diào)節(jié)所述間隔區(qū)域的高度以及N型摻雜區(qū)的摻雜濃度調(diào)節(jié)所述夾斷電壓;所述間隔區(qū)域的高度為所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱之間的間距,所述間隔區(qū)域的高度越大,所述夾斷電壓越大;所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度越高,所述夾斷電壓越大。

6.如權(quán)利要求5所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述間隔區(qū)域的各所述N型摻雜區(qū)的高度大于等于0.5微米。

7.如權(quán)利要求5所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述間隔區(qū)域的各所述N型摻 雜區(qū)的摻雜濃度大于等于對應(yīng)所述超結(jié)單元的所述N型柱的摻雜濃度的1/10。

8.如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述超結(jié)器件由具有相同夾斷電壓的所述超結(jié)單元組合而成;或者,所述超結(jié)器件由具有不同夾斷電壓的所述超結(jié)單元組合而成。

9.如權(quán)利要求1所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述超結(jié)器件為超結(jié)MOSFET,各所述P型背柵中形成有源區(qū),漏區(qū)形成于所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的底部,各所述超結(jié)器件單元的柵極結(jié)構(gòu)覆蓋對應(yīng)的所述P型背柵的部分區(qū)域且該部分區(qū)域的表面用于形成連接源區(qū)和漏區(qū)的溝道。

10.如權(quán)利要求9所述的超結(jié)器件,其特征在于:所述超結(jié)MOSFET為平面柵超結(jié)MOSFET,各所述超結(jié)器件單元的柵極結(jié)構(gòu)為形成于所述P型背柵的表面平面柵結(jié)構(gòu)并從頂部覆蓋所述P型背柵;所述超結(jié)MOSFET為溝槽柵超結(jié)MOSFET,各所述超結(jié)器件單元的柵極結(jié)構(gòu)為形成于溝槽中的溝槽柵結(jié)構(gòu)并從側(cè)面覆蓋所述P型背柵。

11.一種超結(jié)器件的制造方法,其特征在于,包括如下步驟:

步驟一、提供一半導(dǎo)體襯底,在超結(jié)器件的電荷流動區(qū)形成由多個在橫向上交替排列的N型柱和P型柱組成的超結(jié)結(jié)構(gòu);

步驟二、在形成有所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底表面淀積形成一層N型外延層;每一所述N型柱和其鄰近的所述P型柱組成一個超結(jié)單元;每一個所述超結(jié)單元的頂部的所述N型外延層中用于形成一個超結(jié)器件單元,所述N型外延層的N型摻雜濃度等于后續(xù)步驟三中形成的間隔區(qū)域的所需要的N型摻雜濃度;

步驟三、采用光刻、P型離子注入和熱退火工藝形成各所述超結(jié)器件單元的P型背柵,各所述P型背柵位于對應(yīng)的所述P型柱的頂部,至少一個所述超結(jié)器件單元的所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱具有一個間隔區(qū)域,所述間隔區(qū)域直接由所述N型外延層組成,該間隔區(qū)域通過N型摻雜使所述P型背柵和對應(yīng)的所述P型柱進行分隔;

所述間隔區(qū)域使對應(yīng)的所述超結(jié)單元在反向偏置時使所述P型柱的電壓大于所述P型背柵的電壓,從而增加所述超結(jié)單元完全耗盡時所需的夾斷電壓,提高所述超結(jié)單元在反向偏置過程中耗盡電容隨反向偏置電壓的降低趨勢,使相同的反向偏置電壓下所述超結(jié)單元的耗盡電容更高。

12.如權(quán)利要求11所述的超結(jié)器件的制造方法,其特征在于:通過調(diào)節(jié)所述間 隔區(qū)域的高度以及N型摻雜區(qū)的摻雜濃度調(diào)節(jié)所述夾斷電壓;

所述間隔區(qū)域的高度為所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱之間的間距,所述間隔區(qū)域的高度越大,所述夾斷電壓越大,所述間隔區(qū)域的高度通過步驟三中所述P型背柵的P型離子注入能量和注入劑量進行調(diào)節(jié);

所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度越高,所述夾斷電壓越大,所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度通過步驟二中形成所述N型外延層時調(diào)節(jié)。

13.如權(quán)利要求12所述的超結(jié)器件的制造方法,其特征在于:所述N型外延層的摻雜濃度大于等于對應(yīng)所述超結(jié)單元的所述N型柱的摻雜濃度的1/10;所述N型外延層的厚度為4微米~7微米,所述間隔區(qū)域的高度大于等于0.5微米。

14.一種超結(jié)器件的制造方法,其特征在于,包括如下步驟:

步驟一、提供一半導(dǎo)體襯底,在超結(jié)器件的電荷流動區(qū)形成由多個在橫向上交替排列的N型柱和P型柱組成的超結(jié)結(jié)構(gòu);

步驟二、在形成有所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底表面淀積形成一層N型外延層或本征外延層;每一所述N型柱和其鄰近的所述P型柱組成一個超結(jié)單元;每一個所述超結(jié)單元的頂部的所述N型外延層中用于形成一個超結(jié)器件單元,所述N型外延層的N型摻雜濃度低于后續(xù)步驟三中形成的間隔區(qū)域的所需要的N型摻雜濃度;

步驟三、至少一個所述超結(jié)器件單元的所述P型柱頂部需要形成所述間隔區(qū)域,采用光刻、N型離子注入和熱退火工藝在需要形成所述間隔區(qū)域的所述N型外延層中疊加N型摻雜形成所述間隔區(qū)域;

采用光刻、P型離子注入和熱退火工藝形成各所述超結(jié)器件單元的P型背柵,各所述P型背柵位于對應(yīng)的所述P型柱的頂部;所述間隔區(qū)域位于對應(yīng)的所述超結(jié)器件單元的所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱之間,所述間隔區(qū)域通過N型摻雜使所述P型背柵和對應(yīng)的所述P型柱進行分隔;

所述間隔區(qū)域使對應(yīng)的所述超結(jié)單元在反向偏置時使所述P型柱的電壓大于所述P型背柵的電壓,從而增加所述超結(jié)單元完全耗盡時所需的夾斷電壓,提高所述超結(jié)單元在反向偏置過程中耗盡電容隨反向偏置電壓的降低趨勢,使相同的反向偏置電壓下所述超結(jié)單元的耗盡電容更高。

15.如權(quán)利要求14所述的超結(jié)器件的制造方法,其特征在于:通過調(diào)節(jié)所述間隔區(qū)域的高度以及N型摻雜區(qū)的摻雜濃度調(diào)節(jié)所述夾斷電壓;

所述間隔區(qū)域的高度為所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱之間的間距,所述間隔區(qū)域的高度越大,所述夾斷電壓越大,所述間隔區(qū)域的高度通過步驟三中所述P型背柵的P型離子注入能量和注入劑量進行調(diào)節(jié);

所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度越高,所述夾斷電壓越大,所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度通過步驟三中的N型離子注入工藝進行調(diào)節(jié)。

16.如權(quán)利要求15所述的超結(jié)器件的制造方法,其特征在于:所述N型外延層的摻雜濃度小于等于對應(yīng)所述超結(jié)單元的所述N型柱的摻雜濃度的1/10,所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度大于等于對應(yīng)所述超結(jié)單元的所述N型柱的摻雜濃度的1/10;所述N型外延層的厚度為4微米~7微米,所述間隔區(qū)域的高度大于等于0.5微米。

17.一種超結(jié)器件的制造方法,其特征在于,包括如下步驟:

步驟一、提供一半導(dǎo)體襯底,在超結(jié)器件的電荷流動區(qū)形成由多個在橫向上交替排列的N型柱和P型柱組成的超結(jié)結(jié)構(gòu);

步驟二、每一所述N型柱和其鄰近的所述P型柱組成一個超結(jié)單元;每一個所述超結(jié)單元的頂部用于形成一個超結(jié)器件單元;至少一個所述超結(jié)器件單元的所述P型柱頂部需要形成所述間隔區(qū)域;

在形成有所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底表面淀積形成第一N型外延子層,之后采用光刻、P型離子注入和熱退火工藝在需要形成所述間隔區(qū)域的所述第一N型外延子層中進行P型摻雜形成所述間隔區(qū)域的P型摻雜區(qū),所述P型摻雜區(qū)的底部的所述第一N型外延子組成所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū);

重復(fù)進行所述第一N型外延子層淀積工藝以及之后的形成P型摻雜區(qū)的工藝形成多個在縱向上交替排列的N型摻雜區(qū)和P型摻雜區(qū);

在最后一次P型摻雜區(qū)形成后淀積形成第二N型外延子層;

步驟三、采用光刻、P型離子注入和熱退火工藝在所述第二N型外延層中形成各所述超結(jié)器件單元的P型背柵,所述間隔區(qū)域?qū)?yīng)的所述P型背柵底部的所述第二N型外延層作為N型摻雜區(qū)縱向疊加在底部的P型摻雜區(qū)上,由疊加后的多個在縱向上交替排列的N型摻雜區(qū)和P型摻雜區(qū)組成所述間隔區(qū)域;

所述間隔區(qū)域通過N型摻雜使所述P型背柵和對應(yīng)的所述P型柱進行分隔;

所述間隔區(qū)域使對應(yīng)的所述超結(jié)單元在反向偏置時使所述P型柱的電壓大于所述 P型背柵的電壓,從而增加所述超結(jié)單元完全耗盡時所需的夾斷電壓,提高所述超結(jié)單元在反向偏置過程中耗盡電容隨反向偏置電壓的降低趨勢,使相同的反向偏置電壓下所述超結(jié)單元的耗盡電容更高。

18.如權(quán)利要求17所述的超結(jié)器件的制造方法,其特征在于:通過調(diào)節(jié)所述間隔區(qū)域的高度以及N型摻雜區(qū)的摻雜濃度調(diào)節(jié)所述夾斷電壓;所述間隔區(qū)域的高度為所述P型背柵和底部對應(yīng)的所述P型柱之間的間距,所述間隔區(qū)域的高度越大,所述夾斷電壓越大;

所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度越高,所述夾斷電壓越大;所述間隔區(qū)域的N型摻雜區(qū)的摻雜濃度通過所述第一N型外延子層或所述第二N型外延子層外延生長時調(diào)節(jié)或通過所述第一N型外延子層或所述第二N型外延子層外延后再進行N型離子注入調(diào)節(jié)。

19.如權(quán)利要求18所述的超結(jié)器件的制造方法,其特征在于:所述間隔區(qū)域的各所述N型摻雜區(qū)的高度大于等于0.5微米;所述第二N型外延子層的厚度為4微米~7微米;所述間隔區(qū)域的各所述N型摻雜區(qū)的摻雜濃度大于等于對應(yīng)所述超結(jié)單元的所述N型柱的摻雜濃度的1/10。

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