一種電荷補(bǔ)償mos半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置接一定的反向偏壓時(shí)，漂移層中第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料和溝槽內(nèi)下部摻氧多晶半導(dǎo)體材料形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，提高器件的反向擊穿電壓，改善了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件導(dǎo)通電阻與反向阻斷特性之間的矛盾。本發(fā)明還提供了一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的制備方法。
【專利說明】一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明還涉及一種電荷補(bǔ)償MOS半 導(dǎo)體裝置的制備方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是制造半導(dǎo)體功率器件的基本結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件被大量使用在電源管理和電源應(yīng)用上，具有溝槽結(jié)構(gòu)和電荷補(bǔ)償 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，已成為功率器件發(fā)展的重要趨勢(shì)。對(duì)于功率半導(dǎo)體器件，不斷降低導(dǎo)通 電阻和不斷提高電流密度的要求成為器件發(fā)展的重要趨勢(shì)。
[0003]傳統(tǒng)溝槽MOS器件，垂直溝槽整個(gè)內(nèi)壁生長(zhǎng)有柵氧，溝槽內(nèi)填充有柵極多晶硅，溝 槽邊側(cè)的硅體內(nèi)從上往下設(shè)置有源區(qū)、體區(qū)和漏區(qū)。當(dāng)體區(qū)和漏區(qū)間加反向偏壓時(shí)，反向偏 壓所形成的耗盡層主要降落在漏區(qū)中，其源區(qū)與漏區(qū)之間的導(dǎo)通電阻，主要由漏區(qū)的體電 阻和靠近溝槽體區(qū)的溝道電阻構(gòu)成。當(dāng)提高器件的體區(qū)源區(qū)與漏區(qū)之間反向擊穿電壓時(shí)， 需要增加溝道長(zhǎng)度或增加溝道所在區(qū)域的雜質(zhì)摻雜濃度，同時(shí)也需要降低漏區(qū)的摻雜濃度 或提高漏區(qū)的厚度，因此造成器件的源區(qū)和漏區(qū)之間導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降的升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要針對(duì)上述的問題而提出，提供一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置及其制備 方法。
[0005]一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導(dǎo)體材料；漂移 層，為第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，位于襯底層之上；多個(gè)溝槽，位于漂移層表面，溝槽內(nèi)下 部設(shè)置有摻氧多晶半導(dǎo)體材料；體區(qū)，為第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，位于溝槽間漂移層 上部；源區(qū)，為第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，位于體區(qū)內(nèi)上部臨靠溝槽和器件表面；柵極介 質(zhì)，為多晶半導(dǎo)體材料或金屬，位于溝槽內(nèi)上部，柵極介質(zhì)與體區(qū)和源區(qū)間通過絕緣材料層 進(jìn)行隔離。
[0006]一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在襯底層 外延生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體材料層；在半導(dǎo)體材料表面形成鈍化層，在待形成溝槽區(qū)表 面去除鈍化層；在所形成窗口依次進(jìn)行第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)擴(kuò)散和第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)擴(kuò)散； 在所形成窗口進(jìn)行刻蝕半導(dǎo)體材料，形成溝槽；在溝槽內(nèi)淀積摻氧多晶半導(dǎo)體材料，干法反 刻蝕摻氧多晶半導(dǎo)體材料；進(jìn)行熱氧化，在溝槽內(nèi)壁形成鈍化層，淀積柵極介質(zhì)，進(jìn)行柵極 介質(zhì)回刻蝕；在器件表面淀積鈍化層，腐蝕去除柵極介質(zhì)、源區(qū)和體區(qū)表面的鈍化層。
[0007]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置接一定的反向偏壓時(shí)，漂移層中第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料 和溝槽內(nèi)下部摻氧多晶半導(dǎo)體材料形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，提高器件的反向擊穿電壓，從而改 善了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件導(dǎo)通電阻與反向阻斷特性之間的矛盾；本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置與傳統(tǒng)超 結(jié)器件相比，降低了器件對(duì)第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料和第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料中的 電荷平衡的要求，降低了器件的制造難度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。
[0011]其中，1、襯底層；2、第二傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料；3、第一傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料；4、摻 氧多晶硅；5、多晶半導(dǎo)體材料；7、漂移層；8、體區(qū)；9、源區(qū)；10、二氧化硅。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
[0013]圖1為本發(fā)明的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的剖面圖，下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0014]一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE19cm_3 ;漂移層7，位于襯底層I之上，為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為38um ;體區(qū)8，位于漂移層7之上，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅 材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重?fù)诫s接觸區(qū)，體區(qū)8厚度為4um ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)
8,為磷原子重?fù)诫sN傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體娃材料,源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化娃10,為娃材 料的氧化物，位于溝槽側(cè)壁；摻氧多晶硅4，位于溝槽內(nèi)下部；多晶半導(dǎo)體材料5，為磷原子 重?fù)诫s的多晶硅，位于溝槽上部，為器件引入柵極。
[0015]本實(shí)施例的工藝制造流程如下:
[0016]第一步，在襯底層I表面通過外延生長(zhǎng)第一傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料層，形成漂移層 7 ；
[0017]第二步，在表面淀積氮化硅層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氮化硅；
[0018]第三步，進(jìn)行磷擴(kuò)散，然后進(jìn)行硼擴(kuò)散工藝，形成器件的體區(qū)8和源區(qū)9 ；
[0019]第四步，去除表面氧化層，進(jìn)行干法硅刻蝕，去除硅半導(dǎo)體材料，形成溝槽；
[0020]第五步，在溝槽內(nèi)淀積形成摻氧多晶硅4，進(jìn)行摻氧多晶硅4反刻蝕；
[0021]第六步，進(jìn)行熱氧化工藝，在溝槽內(nèi)壁形成二氧化硅10，淀積柵極介質(zhì)多晶半導(dǎo)體 材料5，進(jìn)行柵極介質(zhì)多晶硅反刻蝕；
[0022]第七步，在器件表面淀積二氧化硅，光刻腐蝕去除柵極介質(zhì)、源區(qū)9和體區(qū)8表面 的二氧化硅和氮化硅，如圖1所示。
[0023]然后在此基礎(chǔ)上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進(jìn)行反刻鋁，為器件引出源極電極和 柵極電極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極電極。
[0024]實(shí)施例2
[0025]圖2為本發(fā)明的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的剖面圖，下面結(jié)合圖2詳細(xì)說明 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0026]一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE19Cm_3 ;第一傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料3，位于襯底層I之上，臨靠溝槽側(cè)壁，為 N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，磷原子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為32um ;體區(qū)8，位于漂移層 7之上，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重?fù)诫s接觸區(qū)，體區(qū)8臨靠 第一傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料3區(qū)域的硼原子摻雜濃度為2E16Cm_3 ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)8，為磷原子重?fù)诫sN傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料；源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化硅10，為硅材料 的氧化物，位于溝槽側(cè)壁；摻氧多晶硅4，位于溝槽內(nèi)下部；多晶半導(dǎo)體材料5，為磷原子重 摻雜的多晶硅，位于溝槽上部，為器件引入柵極。
[0027]本實(shí)施例的工藝制造流程如下:
[0028]第一步，在襯底層I表面通過外延生長(zhǎng)第二傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料層，形成體區(qū)8 ；
[0029]第二步，在表面淀積氮化硅層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氮化硅；
[0030]第三步，進(jìn)行干法硅刻蝕，去除硅半導(dǎo)體材料，形成溝槽；
[0031]第四步，在溝槽內(nèi)壁進(jìn)行磷擴(kuò)散，去除溝槽內(nèi)壁表面氧化層；
[0032]第五步，在溝槽內(nèi)淀積形成摻氧多晶硅4，進(jìn)行摻氧多晶硅4反刻蝕；
[0033]第六步，在溝槽內(nèi)壁進(jìn)行硼擴(kuò)散，進(jìn)行熱氧化工藝，在溝槽內(nèi)壁形成二氧化硅10， 淀積柵極介質(zhì)多晶半導(dǎo)體材料5，進(jìn)行柵極介質(zhì)多晶硅反刻蝕；
[0034]第七步，在器件表面淀積二氧化硅，光刻腐蝕去除表面部分二氧化硅和氮化硅，進(jìn) 行磷擴(kuò)散工藝形成源區(qū)9 ；
[0035]第八步，在器件表面光刻腐蝕去除部分二氧化硅，為器件刻出源極9和柵極引線 孔，如圖2所示。
[0036]然后在此基礎(chǔ)上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進(jìn)行反刻鋁，為器件引出源極電極和 柵極電極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極電極。
[0037]實(shí)施例3
[0038]圖3為本發(fā)明的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的剖面圖，下面結(jié)合圖3詳細(xì)說明 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0039]一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE19cm_3 ;漂移層7，位于襯底層I之上，為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE16cnT3,厚度為38um ;第二傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料2,位于襯底層I之上,臨靠 溝槽側(cè)壁，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，硼原子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為32um ;體區(qū) 8，位于漂移層7之上，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重?fù)诫s接觸 區(qū)，體區(qū)8厚度為4um ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)8，為磷原子重?fù)诫sN傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅 材料，源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化硅10，為硅材料的氧化物，位于溝槽側(cè)壁；摻氧多晶硅4， 位于溝槽內(nèi)下部；多晶半導(dǎo)體材料5，為磷原子重?fù)诫s的多晶硅，位于溝槽上部，為器件引 入柵極。
[0040]本實(shí)施例的工藝制造流程如下:
[0041]第一步，在襯底層I表面通過外延生長(zhǎng)第一傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料層，形成漂移層 7 ；
[0042]第二步，在表面淀積氮化硅層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氮化硅；
[0043]第三步，進(jìn)行磷擴(kuò)散，然后進(jìn)行硼擴(kuò)散工藝，形成器件的體區(qū)8和源區(qū)9 ；
[0044]第四步，去除表面氧化層，進(jìn)行干法硅刻蝕，去除硅半導(dǎo)體材料，形成溝槽；
[0045]第五步，在溝槽內(nèi)壁表面淀積形成第二傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料2，在溝槽內(nèi)淀積摻氧 多晶硅4，進(jìn)行摻氧多晶硅4和第二傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料2反刻蝕；
[0046]第六步，進(jìn)行熱氧化工藝，在溝槽內(nèi)壁形成二氧化硅10，淀積柵極介質(zhì)多晶半導(dǎo)體 材料5，進(jìn)行柵極介質(zhì)多晶硅反刻蝕；[0047]第七步，在器件表面淀積二氧化硅，光刻腐蝕去除柵極介質(zhì)、源區(qū)9和體區(qū)8表面 的二氧化硅和氮化硅，如圖3所示。
[0048]然后在此基礎(chǔ)上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進(jìn)行反刻鋁，為器件引出源極電極和 柵極電極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極電極。
[0049]通過上述實(shí)例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其它實(shí)例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局 限于上述具體實(shí)例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導(dǎo)體材料；漂移層，為第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，位于襯底層之上；多個(gè)溝槽，位于漂移層表面，溝槽內(nèi)下部設(shè)置有摻氧多晶半導(dǎo)體材料；體區(qū)，為第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，位于溝槽間漂移層上部；源區(qū)，為第一傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，位于體區(qū)內(nèi)上部臨靠溝槽和器件表面；柵極介質(zhì)，為多晶半導(dǎo)體材料或金屬，位于溝槽內(nèi)上部，柵極介質(zhì)與體區(qū)和源區(qū)間通過 絕緣材料層進(jìn)行隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的摻氧多晶硅可以為具有導(dǎo)電 雜質(zhì)摻雜的摻氧多晶半導(dǎo)體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)下部設(shè)置的摻氧多晶 半導(dǎo)體材料可以為摻氧多晶硅。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)下部設(shè)置的摻氧多晶 半導(dǎo)體材料可以位于溝槽內(nèi)壁，同時(shí)溝槽內(nèi)下部填充絕緣材料。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的摻氧多晶半導(dǎo)體材料與漂移 層第一傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料可以形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)下部設(shè)置的摻氧多晶 半導(dǎo)體材料附近區(qū)域可以設(shè)置有條狀第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，且其與體區(qū)不相連。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的條狀第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體 材料和摻氧多晶半導(dǎo)體材料與漂移層第一傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料可以形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的漂移層中可以設(shè)置條狀第二 傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體材料，其與體區(qū)相連，與摻氧多晶半導(dǎo)體材料不相連。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的條狀第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體 材料和摻氧多晶半導(dǎo)體材料與漂移層第一傳導(dǎo)半導(dǎo)體材料可以形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種電荷補(bǔ)償MOS半導(dǎo)體裝置的制備方法，其特征在于:包括 如下步驟:1)在襯底層外延生長(zhǎng)第一傳導(dǎo)類型半導(dǎo)體材料層；2)在半導(dǎo)體材料表面形成鈍化層，在待形成溝槽區(qū)表面去除鈍化層；3)在所形成窗口依次進(jìn)行第二傳導(dǎo)類型雜質(zhì)擴(kuò)散和第一傳導(dǎo)類型雜質(zhì)擴(kuò)散；4)在所形成窗口進(jìn)行刻蝕半導(dǎo)體材料，形成溝槽；5)在溝槽內(nèi)淀積摻氧多晶半導(dǎo)體材料，干法反刻蝕摻氧多晶半導(dǎo)體材料；6)進(jìn)行熱氧化，在溝槽內(nèi)壁形成鈍化層，淀積柵極介質(zhì)，進(jìn)行柵極介質(zhì)回刻蝕；7)在器件表面淀積鈍化層，腐蝕去除柵極介質(zhì)、源區(qū)和體區(qū)表面的鈍化層。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103594514SQ201210294747
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】朱江 申請(qǐng)人:朱江