[发明专利]超级结结构、超级结MOS晶体管及其制造方法

权利要求书

1.一种超级结结构，其特征是，在n型外延层中具有多根p型立柱，每相邻的两根p型立柱之间的n型外延层作为一根n型立柱；这样在n型外延层中便形成了交替排列的多根p型立柱和n型立柱，即超级结结构；

每根p型立柱在纵向上包括多段，其中从上往下的第二段结构在顶部具有一个上宽下窄的凹槽，从上往下的第一段结构就在该凹槽内，也呈上宽下窄；

所述p型立柱的每一段中，p型杂质的掺杂浓度是均匀的，从上往下每一段中的掺杂浓度递减；

每根n型立柱中的掺杂浓度在纵向上呈不均匀分布，且下方的掺杂浓度大于或等于上方的掺杂浓度；

在超级结结构的底部，p型立柱中p型杂质总量小于n型立柱中n型杂质总量；

在超级结结构的顶部，p型立柱中p型杂质总量大于n型立柱中n型杂质总量。

2.根据权利要求1所述的超级结结构，其特征是，每根p型立柱在纵向上包括两段，从下往上分别称作主体和附加结构，所述p型立柱主体的底部与顶部凹槽的底部之间的距离为25～30μm，所述p型立柱附加结构的高度为2～8μm。

3.根据权利要求2所述的超级结结构，其特征是，所述p型立柱主体的掺杂浓度小于或等于p型立柱的均匀掺杂浓度，所述p型立柱附加结构的掺杂浓度大于或等于3倍的p型立柱的均匀掺杂浓度；

所述p型立柱的均匀掺杂浓度是指，当p型立柱均匀掺杂，使p型立柱中的p型杂质总量等于n型立柱中的n型杂质总量时，p型立柱中的掺杂浓度。

4.根据权利要求3所述的超级结结构，其特征是，所述p型立柱主体的掺杂浓度为0.5～1倍的p型立柱的均匀掺杂浓度，所述p型立柱附加结构的掺杂浓度为3～10倍的p型立柱的均匀掺杂浓度。

5.根据权利要求1所述的超级结结构，其特征是，各部分的掺杂类型相反。

6.一种超级结MOS晶体管，其特征是，在n型重掺杂硅衬底之上为n型外延层，n型外延层中具有多根p型立柱；每相邻的两根p型立柱之间的n型外延层作为一根n型立柱；这样在n型外延层中便形成了交替排列的多根p型立柱和n型立柱，即超级结结构；

所述p型立柱在纵向上包括多段，其中从上往下的第二段结构在顶部具有一个上宽下窄的凹槽，从上往下的第一段结构就在该凹槽内，也呈上宽下窄；

所述p型立柱的每一段中，p型杂质的掺杂浓度是均匀的，从上往下每一段中的掺杂浓度递减；

每根n型立柱中，下方的掺杂浓度总是大于或等于上方的掺杂浓度；

与各n型立柱的顶端相接触的是碗状的栅氧化层，其中包围有多晶硅栅极；

与各p型立柱的顶端、及部分型立柱的顶端相接触的是p阱，p阱的表面部分还具有n型重掺杂源区和p型重掺杂接触区；

栅氧化层和多晶硅栅极之上为介质层；

p型重掺杂接触区和n型重掺杂源区之上为接触孔电极；

在介质层和接触孔电极之上为表面金属层，从表面金属层引出源极；

从多晶硅栅极引出栅极；

在n型重掺杂硅衬底之下为背面金属层，从背面金属层引出漏极。

7.根据权利要求6所述的超级结MOS晶体管，其特征是，各部分的掺杂类型相反。

8.如权利要求1所述的超级结结构的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，利用光刻和刻蚀工艺在n型外延层中刻蚀出多个沟槽，两个相邻的沟槽之间的n型外延层就作为n型立柱；

第2步，在沟槽中分多次填充p型硅，每次填充的p型硅的掺杂浓度递增，其中倒数第二次填充的p型硅在顶部具有一个向下的凹槽，该凹槽的剖面形状为上宽下窄；

最后一次填充的p型硅在所述倒数第二次填充的p型硅的顶部凹槽内；

第3步，去除倒数第二次填充的p型硅和最后一次填充的p型硅位于n型外延层上表面之上的部分，剩余的最后一次填充的p型硅作为p型立柱的最上一段结构，剩余的倒数第二次填充的p型硅作为p型立柱从上往下的第二段结构。

9.如权利要求6所述的超级结MOS晶体管的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，在n型重掺杂硅衬底之上外延生长一层n型外延层；该n型外延层中，下方的掺杂浓度总是大于或等于上方的掺杂浓度；

第2步，在n型外延层中刻蚀出多个沟槽；两个相邻的沟槽之间的n型外延层就作为n型立柱；

第3步，在沟槽中分多次填充p型硅，所填充的p型硅的掺杂浓度递增，其中倒数第二次填充的p型硅在顶部具有一个向下的凹槽，该凹槽的剖面形状为上宽下窄；最后一次填充的p型硅在所述倒数第二次填充的p型硅的顶部凹槽内；

第4步，去除倒数第二次填充的p型硅和最后一次填充的p型硅位于n型外延层上表面之上的部分，剩余的最后一次填充的p型硅作为p型立柱的最上一段结构，剩余的倒数第二次填充的p型硅作为p型立柱从上往下的第二段结构。

第5步，在n型立柱的上部刻蚀出沟槽；

第6步，在第5步刻蚀的沟槽侧壁和底部形成一层二氧化硅作为栅氧化层；

第7步，在第5步刻蚀的沟槽中形成多晶硅栅极；

第8步，在p型立柱的上部形成p阱；

第9步，在p阱的部分表面形成n型重掺杂源区；

第10步，在整个硅片淀积一层介质；

第11步，在介质层形成接触孔，接触孔下方为p阱；

第12步，在每个接触孔下方的p阱中形成p型重掺杂接触区；

第13步，在接触孔中形成接触孔电极；

第14步，在整个硅片淀积一层表面金属并引出作为源极；将多晶硅栅极引出作为栅极；

第15步，将n型重掺杂硅衬底从背面减薄，并在n型重掺杂硅衬底的背面淀积一层背面金属，引出作为漏极。