[发明专利]超级结器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种超级结器件；本发明还涉及一种超级结器件的制造方法。

背景技术

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0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一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，这种工艺在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。另一种是通过一次生长一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；这种方法虽然难度大，但具有简化工艺流程，提高稳定性的效果；采用沟槽结构之后，由于P/N薄层即交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层中P型半导体薄层和N型半导体薄层在纵方向上的掺杂浓度易于控制，而且没有多次外延工艺造成的薄层中P型半导体薄层和N型半导体薄层或其中之一的掺杂浓度在纵向上发生变化从而带来附加的纵向电场，保证了器件能获得好的漏电特性和高的击穿电压。

在超级结工艺中，由于采用了交替的P/N薄层，超级结器件的体内二极管即P型半导体薄层和N型半导体薄层之间形成的二极管在较低的反偏电压下例如50伏Vds就会把P型半导体薄层和N型半导体薄层完全耗尽掉，这使得该二极管具有很硬的反向恢复特性，这一硬的反向恢复特性造成器件的恢复电流急剧变化，反向恢复中波动剧烈，引起电路中的大地电磁噪音（EMI NOISE）,对电路中别的器件的工作带来影响，在这点上，超级结器件不如常规的MOSFET器件，因为常规的MOSFET器件N-漂移区的耗尽是一直随着电压(Vds)的增加而扩展，反向恢复特性较软。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件，能提高器件的反向恢复特性，且比导通电阻较低。为此，本发明还提供一种超级结器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的超级结器件的中间区域为电流流动区，终端保护结构环绕于所述电流流动区的外周；电流流动区包括多个交替排列的N型薄层和P型薄层，在所述N型薄层和所述P型薄层的顶部形成有P阱。

所述N型薄层包括高电阻率部分和低电阻率部分，所述高电阻率部分为所述N型薄层的中间部分，所述低电阻率部分位于所述高电阻率部分的两侧且和邻近的所述P型薄层相接触；所述高电阻率部分和所述低电阻率部分的电阻率之比大于5:1。

所述N型薄层和其邻近的所述P型薄层的电荷不平衡，所述N型薄层的所述低电阻率部分和其邻近的所述P型薄层的电荷平衡，所述N型薄层和所述P型薄层之间连接反偏电压时，所述高电阻率部分不被所述P型薄层完全横向耗尽，所述高电阻率部分的未被所述P型薄层横向耗尽的部分和所述P阱之间形成纵向耗尽，且在反偏电压增加时，所述P阱对所述高电阻率部分的纵向耗尽的深度增加。

进一步的改进是，所述N型薄层的所述高电阻率部分的分布区域不和所述终端保护结构邻接，以保证终端结构区域的结构一致性，简化终端结构的设计。

进一步的改进是，所述N型薄层的N型载流子数减去所述P型薄层的P型载流子数的差值要小于所述N型薄层的N型载流子数的10%、以及小于所述P型薄层的P型载流子数的10%。

进一步的改进是，所述超级结器件为超级结MOSFET器件、超级结高压二极管或超级结绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件。

为解决上述技术问题，本发明提供的超级结器件的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在N+硅衬底上淀积第一N型外延硅层。

步骤二、在所述第一N型外延硅层上淀积形成第二N型外延硅层,所述第二N型外延硅层的电阻率大于所述第一N型外延硅层的电阻率；所述第二N型外延硅层的厚度和后续形成的电流流动区的N型薄层的高电阻率部分的厚度相同。

步骤三、在所述第二N型外延硅层表面依次淀积第一二氧化硅层、第二氮化硅层和第三二氧化硅层；利用光刻刻蚀工艺依次对所述第三二氧化硅层、所述第二氮化硅层和所述第一二氧化硅层形成沟槽图形掩模。