一種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法
【專利摘要】一種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法。晶體管含N型漏極，N型漏極上設(shè)有N型外延層，再設(shè)第一、二條形P型體區(qū)、第一P型體區(qū)，在第一P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有至少2個(gè)溝槽柵、重?fù)诫sN型源極及第二P型體區(qū)，在溝槽柵的上端設(shè)有第一場氧化層，重?fù)诫sN型源極位于第一P型體區(qū)的上部且限制在溝槽柵之間，第二P型體區(qū)位于重?fù)诫sN型源極的下方且通過第一接觸金屬與源極金屬層連接。方法是在襯底生長N型外延層，蝕出深溝槽，制作第一、第二條形P型體區(qū)，再制作溝槽柵、第一P型體區(qū)、重?fù)诫sN型源極，然后淀積鋁形成源極金屬層和第一接觸金屬，最后制作N型漏極。本發(fā)明能有效改善體二極管的反向恢復(fù)特性并能提高器件的可靠性。
【專利說明】
一種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明主要涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法，特別適用于手機(jī)充電器以及各類電源系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，M0SFET)在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了拓寬其在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用，有必要提高其耐壓能力，因此需要降低MOSFET漂移區(qū)的摻雜濃度，或者增加其厚度，但這會(huì)帶來導(dǎo)通電阻較高的缺點(diǎn)。為了改進(jìn)上述缺點(diǎn)，人們提出了超結(jié)(Super Junct1n)M0SFET，其采用交替的p柱和η柱構(gòu)成器件的漂移層來代替原來的N型外延層，在縱向耐壓的同時(shí)，利用橫向電場進(jìn)行輔助耗盡，當(dāng)器件完全耗盡時(shí)，漂移區(qū)成為本征層，這使得器件的耐壓與漂移層摻雜濃度無關(guān)，而僅與厚度有關(guān)，因此可以適當(dāng)增加漂移區(qū)的摻雜濃度，從而改善耐壓與導(dǎo)通電阻之間的折衷關(guān)系。為了進(jìn)一步減小芯片面積，又提出了溝槽超結(jié)MOSFET，由于溝槽超結(jié)MOSFET在保持高耐壓的同時(shí)可以具有較低的導(dǎo)通電阻以及小的芯片面積，所以比傳統(tǒng)MOSFET在應(yīng)用中更具有優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、功率整流的橋式電路中。然而，傳統(tǒng)溝槽超級(jí)MOSFET的體二極管工作在反向恢復(fù)狀態(tài)時(shí)，較大的反向恢復(fù)電流流過由P型體區(qū)與N型源區(qū)所構(gòu)成的ρη結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)建電勢，易于導(dǎo)致寄生三極管的開啟，損壞晶體管。而為了抑制寄生三極管的開啟，需要在P柱上部進(jìn)行高濃度的P型注入，形成歐姆接觸，但這會(huì)增加體二極管在正向?qū)〞r(shí)的空穴注入效率，從而存儲(chǔ)大量的載流子，使得反向恢復(fù)過程中所需抽取的貯存載流子增加，反向恢復(fù)過程時(shí)間長，增加了反向恢復(fù)的損耗，需要進(jìn)一步改善。另外，在生產(chǎn)制造的過程中，傳統(tǒng)超結(jié)溝槽結(jié)構(gòu)極易受到影響，例如在隨后的熱過程中，P柱和η柱之間的雜質(zhì)離子發(fā)生的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及P柱和η柱中的陷阱電荷等，這些因素都會(huì)造成超結(jié)溝槽MOSFET器件中的電荷分布不平衡，從而對(duì)超結(jié)溝槽MOSFET器件性能造成很大的損害。因此超結(jié)溝槽MOSFET器件的結(jié)構(gòu)中P柱的間距理論上越小越好，以更好地實(shí)現(xiàn)電荷補(bǔ)償，但在實(shí)際的工藝制造中P柱的間距受到限制，使得這部分面積無法得到更有效地利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述不足，提出了一種能夠有效改善體二極管的反向恢復(fù)特性并能提高器件可靠性的高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提供如下結(jié)構(gòu)技術(shù)方案:
[0005]—種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，包括:Ν型漏極，在N型漏極上設(shè)有N型外延層，在N型外延層內(nèi)分別設(shè)有第一條形P型體區(qū)和第二條形P型體區(qū)，在N型外延層上方設(shè)有第一P型體區(qū)且所述第一P型體區(qū)自第一條形P型體區(qū)延展至第二條形P型體區(qū)，在第一P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有至少2個(gè)溝槽柵、重?fù)诫sN型源極及第二P型體區(qū)，所述溝槽柵縱向貫穿第一 P型體區(qū)且所述溝槽柵的下端伸入N型外延層，在所述溝槽柵的上端設(shè)有第一場氧化層，所述重?fù)诫sN型源極位于第一P型體區(qū)的上部且被限制在所述溝槽柵之間，在重?fù)诫sN型源極、第一 P型體區(qū)、第一條形P型體區(qū)及第二條形P型體區(qū)上連接有源極金屬層，所述第二 P型體區(qū)位于所述重?fù)诫sN型源極的下方且通過第一接觸金屬與源極金屬層連接。溝槽柵由多晶硅柵極及包覆在多晶硅柵極外部的柵氧化層組成。
[0006]本發(fā)明提供如下方法技術(shù)方案:
[0007]第一步:首先選取N型硅材料作為襯底并外延生長N型外延層；
[0008]第二步:接著制作高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，先利用一塊掩膜板在N型外延層上刻蝕出深溝槽；
[0009]第三步:接下來在深溝槽內(nèi)填滿含P型雜質(zhì)的硅并進(jìn)行該雜質(zhì)離子的擴(kuò)散，形成位于所述N型外延層內(nèi)的第一條形P型體區(qū)和第二條形P型體區(qū)；
[0010]第四步:接著在第一條形P型體區(qū)和第二條形P型體區(qū)之間利用一塊掩膜板在N型外延層上刻蝕出多個(gè)柵溝槽；
[0011]第五步:接下來在溝槽表面生長柵氧化層，再淀積摻雜的多晶硅以填充所述的柵溝槽，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing)或者等離子體刻蝕的步驟回刻所述摻雜的多晶硅柵極；
[0012]第六步:隨后利用一塊掩膜版在第一條形P型體區(qū)和第二條形P型體區(qū)之間采用低能離子注入的方式摻雜硼并退火形成第一P型體區(qū)，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于Iell?lel5cm—2之間；
[0013]第七步:再利用一塊掩膜版選擇性注入砷離子并激活，在第一P型體區(qū)上部與溝槽柵之間形成重?fù)诫sN型源極，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于lel4?lel8cm—2之間；
[0014]第八步:隨后在所述N型外延層的上表面淀積一層氧化層作為第一場氧化層，氧化回流后，利用一塊掩膜版，先后進(jìn)行干氧刻蝕和干硅刻蝕以形成接觸孔；
[0015]第九步:接著選擇性注入P型離子并擴(kuò)散形成第二P型體區(qū)，其位于所述第一P型體區(qū)中并包圍每個(gè)接觸孔的底部；
[0016]第十步:再利用一塊掩膜版，對(duì)第一場氧化層進(jìn)行干氧刻蝕得到第一條形P型體區(qū)、第二條形P型體區(qū)、第一P型體區(qū)和重?fù)诫sN型源極的上表面，淀積鋁形成源極金屬層和第一接觸金屬，最后制作N型漏極。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明器件利用溝槽柵的隔離作用有效地改善了體二極管的反向恢復(fù)特性。由于傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的溝槽柵與第一條形P型體區(qū)以及第二條形P型體區(qū)之間必然存在重?fù)诫sN型源極，因此在第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)的上部必須做高濃度的P型注入以形成歐姆接觸來抑制此處寄生NPN管的開啟。而本發(fā)明器件由于第一條形P型體區(qū)31與重?fù)诫sN型源極7、第二條形P型體區(qū)32與重?fù)诫sN型源極7分別被溝槽柵隔離開，即重?fù)诫sN型源極被限制在溝槽柵之間，使得第一條形P型體區(qū)31和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)32和與其相鄰的溝槽柵之間均沒有重?fù)诫sN型源極7，即沒有寄生NPN管，因此不需要在第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)上部進(jìn)行高濃度的P型注入以形成歐姆接觸，從而降低了第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)上部的摻雜濃度，減少了體二極管正向?qū)Ｊ较伦⑷氲絅型外延層的空穴數(shù)目，減少了體二極管在反向恢復(fù)過程中所需抽取的貯存載流子數(shù)目(Qrr)，縮短了反向恢復(fù)時(shí)間，改善了體二極管的反向恢復(fù)特性，減少了反向恢復(fù)損耗。
[0019]2、本發(fā)明器件利用溝槽柵的隔離作用有效地提高了器件的可靠性。由于傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的溝槽柵與第一條形P型體區(qū)以及第二條形P型體區(qū)之間必然存在重?fù)诫sN型源極，即存在寄生NPN管，且溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的體二極管工作在反向恢復(fù)狀態(tài)下時(shí)，空穴電流幾乎都從第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)流過而到達(dá)源極金屬層，易造成此處寄生NPN管的開啟，器件失效。而本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)的第一條形P型體區(qū)31與重?fù)诫sN型源極7、第二條形P型體區(qū)32與重?fù)诫sN型源極7分別被溝槽柵隔離開，即重?fù)诫sN型源極被限制在溝槽柵之間，使得現(xiàn)有器件的第一條形P型體區(qū)31和與其相鄰的溝槽柵之間的重?fù)诫sN型源極、第二條形P型體區(qū)32和與其相鄰的溝槽柵之間的重?fù)诫sN型源極7均得以去除，即消除了此兩處的寄生NPN管，因此有效地提高了器件的可靠性。
[0020]3、本發(fā)明器件由于在N型外延層上方、第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)之間、第一P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有多個(gè)溝槽柵，當(dāng)溝槽柵數(shù)目達(dá)到3個(gè)及以上時(shí)，明顯增加了重?fù)诫sN型源極的數(shù)目，增加了在溝槽柵控制下可以反型形成電子溝道的區(qū)域，因此增加了器件通態(tài)下電子電流的流通路徑，從而降低了導(dǎo)通電阻，減少了通態(tài)損耗。
[0021]4、本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝保留了傳統(tǒng)溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工藝，具有良好的兼容性，不增加額外的實(shí)現(xiàn)難度。
【附圖說明】
[0022]圖1所示為本發(fā)明提出的新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2所示為本發(fā)明提出的新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3所示為本發(fā)明新型高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)正向?qū)〞r(shí)的1-V特性曲線對(duì)比圖。
[0025]圖4所示為本發(fā)明新型高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管反向恢復(fù)過程對(duì)比圖。
[0026]圖5所示為本發(fā)明新型高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管正向?qū)顟B(tài)下空穴濃度分布的對(duì)比圖。
[0027]圖6所示為傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管的體二極管在反向恢復(fù)狀態(tài)下空穴電流的路徑。
[0028]圖7所示為本發(fā)明新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的體二極管在反向恢復(fù)狀態(tài)下空穴電流的路徑。
[0029]圖8所示為本發(fā)明新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的體二極管在反向恢復(fù)狀態(tài)下空穴電流的路徑。
[0030]圖9?圖18所示為本發(fā)明新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法的各工藝步驟流程圖。
[0031]圖19?圖28所示為本發(fā)明新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法的各工藝步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明所述器件結(jié)構(gòu)利用溝槽柵的隔離作用將第一條形P型體區(qū)與重?fù)诫sN型源極、第二條形P型體區(qū)與重?fù)诫sN型源極分別隔離開，即重?fù)诫sN型源極被限制在溝槽柵之間，使得第一條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間均沒有重?fù)诫sN型源極，即沒有寄生NPN管，因此消除了此兩處的寄生NPN管開啟的問題，有效地提高了器件的可靠性。由于現(xiàn)有器件的第一條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間的寄生NPN管被消除，因此不需要在第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)上部進(jìn)行高濃度的P型注入以形成歐姆接觸來抑制寄生NPN管的開啟，從而降低了第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)上部的摻雜濃度，減少了體二極管正向?qū)Ｊ较伦⑷氲絅型外延層的空穴數(shù)目，減少了體二極管在反向恢復(fù)過程中所需抽取的貯存載流子數(shù)目(Qrr)，縮短了反向恢復(fù)時(shí)間，改善了體二極管的反向恢復(fù)特性，減少了反向恢復(fù)損耗。此外，由于在N型外延層上方、第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)之間、第一 P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有多個(gè)溝槽柵，當(dāng)溝槽柵數(shù)目達(dá)到3個(gè)及以上時(shí)，明顯增加了重?fù)诫sN型源極的數(shù)目，增加了在溝槽柵控制下可以反型形成電子溝道的區(qū)域，因此增加了器件通態(tài)下電子電流的流通路徑，從而降低了導(dǎo)通電阻，減少了通態(tài)損耗。所述器件制備方法兼容了傳統(tǒng)溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，實(shí)現(xiàn)容易。
[0033]實(shí)施例1
[0034]下面結(jié)合圖1-2，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，一種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，包括:N型漏極1，在N型漏極I上設(shè)有N型外延層2，在N型外延層2內(nèi)分別設(shè)有第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32，在N型外延層2上方設(shè)有第一 P型體區(qū)5且所述第一 P型體區(qū)5自第一條形P型體區(qū)31延展至第二條形P型體區(qū)32，在第一 P型體區(qū)5內(nèi)設(shè)有至少2個(gè)溝槽柵、重?fù)诫sN型源極7及第二 P型體區(qū)6，所述溝槽柵縱向貫穿第一 P型體區(qū)5且所述溝槽柵的下端伸入N型外延層2，在所述溝槽柵的上端設(shè)有第一場氧化層8，所述重?fù)诫sN型源極7位于第一P型體區(qū)5的上部且被限制在所述溝槽柵之間，在重?fù)诫sN型源極7、第一P型體區(qū)5、第一條形P型體區(qū)31及第二條形P型體區(qū)32上連接有源極金屬層9，所述第二 P型體區(qū)6位于所述重?fù)诫sN型源極7的下方且通過第一接觸金屬11與源極金屬層9連接。所述溝槽柵由多晶硅柵極10及包覆在多晶硅柵極10外部的柵氧化層4組成。
[0035]實(shí)施例2
[0036]—種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的制備方法，其特征在于:
[0037]第一步:首先選取N型硅材料作為襯底并外延生長N型外延層2;
[0038]第二步:接著制作高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，先利用一塊掩膜板在N型外延層2上刻蝕出深溝槽；
[0039]第三步:接下來在深溝槽內(nèi)填滿含P型雜質(zhì)的硅并進(jìn)行該雜質(zhì)離子的擴(kuò)散，形成位于所述N型外延層2內(nèi)的第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32;
[0040]第四步:接著在第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32之間利用一塊掩膜板在N型外延層2上刻蝕出多個(gè)柵溝槽；
[0041]第五步:接下來在溝槽表面生長柵氧化層4，再淀積摻雜的多晶硅以填充所述的柵溝槽，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing)或者等離子體刻蝕的步驟回刻所述摻雜的多晶硅柵極10;
[0042]第六步:隨后利用一塊掩膜版在第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32之間采用低能離子注入的方式摻雜硼并退火形成第一 P型體區(qū)5，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于Iell?lel5cm—2之間；
[0043]第七步:再利用一塊掩膜版選擇性注入砷離子并激活，在第一P型體區(qū)5上部與溝槽柵之間形成重?fù)诫sN型源極7，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于lel4?lel8cm—2之間；
[0044]第八步:隨后在所述N型外延層2的上表面淀積一層氧化層作為第一場氧化層8，氧化回流后，利用一塊掩膜版，先后進(jìn)行干氧刻蝕和干硅刻蝕以形成接觸孔；
[0045]第九步:接著選擇性注入P型離子并擴(kuò)散形成第二P型體區(qū)6，其位于所述第一 P型體區(qū)5中并包圍每個(gè)接觸孔的底部；
[0046]第十步:再利用一塊掩膜版，對(duì)第一場氧化層8進(jìn)行干氧刻蝕得到第一條形P型體區(qū)31、第二條形P型體區(qū)32、第一 P型體區(qū)5和重?fù)诫sN型源極7的上表面，淀積鋁形成源極金屬層9和第一接觸金屬11，最后制作N型漏極I。
[0047]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0048]本發(fā)明的工作原理:
[0049]導(dǎo)通原理:柵極接高電位，漏極接高電位，源極接低電位，電子溝道開啟，在漏極高電位的作用下，形成電子電流。由于本發(fā)明器件在N型外延層上方、第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)之間、第一P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有多個(gè)溝槽柵，在第一P型體區(qū)上部、溝槽柵之間設(shè)有重?fù)诫sN型源極，因此電子電流從漏極流向這些源極。
[0050]關(guān)斷原理:柵極接低電位，漏極接高電位，源極接低電位，電子溝道關(guān)斷，第一P型體區(qū)、第一條形P型體區(qū)、第二條形P型體區(qū)與N型外延層形成耗盡區(qū)進(jìn)行耐壓。
[0051 ]體二極管正向?qū)?柵極與源極短接，并接高電位，漏極接低電位，體二極管正向?qū)?，大量空穴注入N型外延層中。
[0052]體二極管反向恢復(fù):柵極與源極短接，并接低電位，漏極接高電位，體二極管由正向?qū)顟B(tài)進(jìn)入反向恢復(fù)過程，在第一P型體區(qū)與N型外延層處形成空間電荷區(qū)，并逐漸擴(kuò)展，同時(shí)較高的反向電壓對(duì)通態(tài)時(shí)所存儲(chǔ)的空穴從漏極向源極進(jìn)行抽取，經(jīng)過空間電荷區(qū)，形成反向恢復(fù)電流。由于本發(fā)明器件的第一條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間均沒有重?fù)诫sN型源極，因此第一條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間均不存在寄生三極管開啟的問題。進(jìn)一步地，第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)上部就不需要進(jìn)行高濃度的P型注入以形成歐姆接觸，在體二極管正向?qū)〞r(shí)，注入到N型外延層的空穴總量減少，從而使得體二極管反向恢復(fù)過程中所需抽取的貯存載流子數(shù)目減少，縮短了反向恢復(fù)時(shí)間，改善了體二極管的反向恢復(fù)特性，減少了反向恢復(fù)損耗。
[0053]為了驗(yàn)證本發(fā)明結(jié)構(gòu)的好處，本專利對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)測，如圖3?圖4所示。在對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)測之后，本專利通過半導(dǎo)體器件仿真軟件Sentaurus TCAD對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比仿真，如圖5?圖8所示。圖3所示為本發(fā)明高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)正向?qū)〞r(shí)的1-V特性曲線的對(duì)比圖，從圖中可以看出，新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)在相同電流條件下的導(dǎo)通壓降有所降低，即導(dǎo)通電阻降低，新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管相比于2溝槽有更進(jìn)一步降低；圖4所示為本發(fā)明新型高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管反向恢復(fù)過程對(duì)比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管工作在反向恢復(fù)狀態(tài)下相比于傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管的反向恢復(fù)時(shí)間(trr)縮短，峰值電流降低，體二極管反向恢復(fù)過程中所需抽取的貯存載流子(Qrr)也相應(yīng)減少，即反向恢復(fù)損耗減少，體二極管的反向恢復(fù)特性得到改善，并且新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的反向恢復(fù)特性同樣得到改善；圖5所示為本發(fā)明新型高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管正向?qū)顟B(tài)下空穴濃度分布的對(duì)比圖，從圖中可以看出，新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管工作在正向?qū)顟B(tài)下時(shí)，第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)的表面空穴注入效率相比于傳統(tǒng)的超結(jié)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)得到降低，注入到N型外延層的空穴數(shù)目也相應(yīng)減少，從而可以使體二極管在反向恢復(fù)過程中所需抽取的貯存載流子數(shù)目(Qrr)減少，反向恢復(fù)時(shí)間縮短，體二極管的反向恢復(fù)特性得到改善，反向恢復(fù)損耗降低，并且新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的體二極管反向恢復(fù)特性同樣得到改善；圖6、圖7與圖8所示分別為傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管、新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管三種結(jié)構(gòu)的體二極管在反向恢復(fù)狀態(tài)下空穴電流的路徑，從圖6、圖7與圖8中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管的體二極管在反向恢復(fù)過程中的空穴電流均從第一P型體區(qū)、第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)流出，且由于第一條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間均設(shè)有重?fù)诫sN型源極，易引起此處寄生三極管的開啟，損壞晶體管，而本發(fā)明新型2溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的體二極管在反向恢復(fù)過程中的空穴電流大部分從第一條形P型體區(qū)與第二條形P型體區(qū)流出，而不從第一P型體區(qū)流出，且由于第一條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間、第二條形P型體區(qū)和與其相鄰的溝槽柵之間均沒有重?fù)诫sN型源極，消除了此處的寄生三極管，提高了器件的可靠性，新型3溝槽高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管也同樣能有效提高器件的可靠性。
[0054]本發(fā)明采用如下方法來制備:
[0055]第一步:首先選取N型硅材料作為襯底并外延生長N型外延層2;
[0056]第二步:接著制作高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，先利用一塊掩膜板在N型外延層2上刻蝕出深溝槽；
[0057]第三步:接下來在深溝槽內(nèi)填滿含P型雜質(zhì)的硅并進(jìn)行該雜質(zhì)離子的擴(kuò)散，形成位于所述N型外延層2內(nèi)的第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32;
[0058]第四步:接著在第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32之間利用一塊掩膜板在N型外延層2上刻蝕出多個(gè)柵溝槽；
[0059]第五步:接下來在溝槽表面生長柵氧化層4，再淀積摻雜的多晶硅以填充所述的柵溝槽，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing)或者等離子體刻蝕的步驟回刻所述摻雜的多晶硅柵極10;
[0060]第六步:隨后利用一塊掩膜版在第一條形P型體區(qū)31和第二條形P型體區(qū)32之間采用低能離子注入的方式摻雜硼并退火形成第一 P型體區(qū)5，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于Iell?lel5cm—2之間；
[0061]第七步:再利用一塊掩膜版選擇性注入砷離子并激活，在第一P型體區(qū)5上部與溝槽柵之間形成重?fù)诫sN型源極7，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于lel4?lel8cm—2之間；
[0062]第八步:隨后在所述N型外延層2的上表面淀積一層氧化層作為第一場氧化層8，氧化回流后，利用一塊掩膜版，先后進(jìn)行干氧刻蝕和干硅刻蝕以形成接觸孔；
[0063]第九步:接著選擇性注入P型離子并擴(kuò)散形成第二P型體區(qū)6，其位于所述第一 P型體區(qū)5中并包圍每個(gè)接觸孔的底部；
[0064]第十步:再利用一塊掩膜版，對(duì)第一場氧化層8進(jìn)行干氧刻蝕得到第一條形P型體區(qū)31、第二條形P型體區(qū)32、第一 P型體區(qū)5和重?fù)诫sN型源極7的上表面，淀積鋁形成源極金屬層9和第一接觸金屬11，最后制作N型漏極I。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，包括:N型漏極(I)，在N型漏極(I)上設(shè)有N型外延層(2)，在N型外延層(2)內(nèi)分別設(shè)有第一條形P型體區(qū)(31)和第二條形P型體區(qū)(32)，在N型外延層(2)上方設(shè)有第一P型體區(qū)(5)且所述第一P型體區(qū)(5)自第一條形P型體區(qū)(31)延展至第二條形P型體區(qū)(32)，其特征在于，在第一P型體區(qū)(5)內(nèi)設(shè)有至少2個(gè)溝槽柵、重?fù)诫sN型源極(7)及第二 P型體區(qū)(6)，所述溝槽柵縱向貫穿第一 P型體區(qū)(5)且所述溝槽柵的下端伸入N型外延層(2)，在所述溝槽柵的上端設(shè)有第一場氧化層(8)，所述重?fù)诫sN型源極(7)位于第一P型體區(qū)(5)的上部且被限制在所述溝槽柵之間，在重?fù)诫sN型源極(7)、第一 P型體區(qū)(5)、第一條形P型體區(qū)(31)及第二條形P型體區(qū)(32)上連接有源極金屬層(9)，所述第二 P型體區(qū)(6)位于所述重?fù)诫sN型源極(7)的下方且通過第一接觸金屬(11)與源極金屬層(9)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，其特征在于，所述溝槽柵由多晶硅柵極(10)及包覆在多晶硅柵極(10)外部的柵氧化層(4)組成。3.—種權(quán)利要求1所述高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的制備方法，其特征在于: 第一步:首先選取N型硅材料作為襯底并外延生長N型外延層(2); 第二步:接著制作高魯棒性快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，先利用一塊掩膜板在N型外延層(2)上刻蝕出深溝槽； 第三步:接下來在深溝槽內(nèi)填滿含P型雜質(zhì)的硅并進(jìn)行該雜質(zhì)離子的擴(kuò)散，形成位于所述N型外延層(2)內(nèi)的第一條形P型體區(qū)(31)和第二條形P型體區(qū)(32); 第四步:接著在第一條形P型體區(qū)(31)和第二條形P型體區(qū)(32)之間利用一塊掩膜板在N型外延層(2)上刻蝕出多個(gè)柵溝槽； 第五步:接下來在溝槽表面生長柵氧化層(4)，再淀積摻雜的多晶硅以填充所述的柵溝槽，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing)或者等離子體刻蝕的步驟回刻所述摻雜的多晶硅柵極(10); 第六步:隨后利用一塊掩膜版在第一條形P型體區(qū)(31)和第二條形P型體區(qū)(32)之間采用低能離子注入的方式摻雜硼并退火形成第一P型體區(qū)(5)，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于Iell?lel5cm—2之間； 第七步:再利用一塊掩膜版選擇性注入砷離子并激活，在第一 P型體區(qū)(5)上部、溝槽柵之間形成重?fù)诫sN型源極(7)，其中，注入能量介于10?10keV之間，注入劑量介于lel4?lel8cm—2之間； 第八步:隨后在所述N型外延層(2)的上表面淀積一層氧化層作為第一場氧化層(8)，氧化回流后，利用一塊掩膜版，先后進(jìn)行干氧刻蝕和干硅刻蝕以形成接觸孔； 第九步:接著選擇性注入P型離子并擴(kuò)散形成第二 P型體區(qū)(6)，其位于所述第一 P型體區(qū)(5)中并包圍每個(gè)接觸孔的底部； 第十步:再利用一塊掩膜版，對(duì)第一場氧化層(8)進(jìn)行干氧刻蝕得到第一條形P型體區(qū)(31)、第二條形P型體區(qū)(32)、第一P型體區(qū)(5)和重?fù)诫sN型源極(7)的上表面，淀積鋁形成源極金屬層(9)和第一接觸金屬(11)，最后制作N型漏極(I)。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK105914233SQ201610365220
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】祝靖, 卞方娟, 楊卓, 黃智 , 孫偉鋒, 陸生禮, 時(shí)龍興
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)