本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是指一種勢壘集成超級結(jié)器件及工藝方法。

背景技術(shù)：

1、超結(jié)或超級結(jié)(super?junction：sj)結(jié)構(gòu)就是交替排列的n型立柱和p型立柱的結(jié)構(gòu)。超結(jié)器件通過使用低電阻率的外延層，而使器件的導(dǎo)通電阻大幅降低。超結(jié)結(jié)構(gòu)中，n型立柱中的n型雜質(zhì)分布、p型立柱中的p型雜質(zhì)分布、以及交替排列的n型立柱中n型雜質(zhì)分布和p型立柱中p型雜質(zhì)分布的匹配，會影響超結(jié)半導(dǎo)體器件的特性，包括其反向擊穿電壓和雪崩電流耐量以及關(guān)斷特性。一般的超結(jié)半導(dǎo)體器件都采用使交替排列的n型立柱和p型立柱達(dá)到最佳電荷平衡的設(shè)計(jì)，以取得最大的反向擊穿電壓。

2、一種典型的超結(jié)器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中僅示意出了重要的結(jié)構(gòu)，包括n型的襯底8，1為p柱，交錯(cuò)排列的p柱1和相鄰p柱之間的n型襯底8構(gòu)成超結(jié)結(jié)構(gòu)。襯底上部的p型阱區(qū)2位于jfet區(qū)4和p柱1之間，7為p型阱的接觸引出區(qū)，3為重?fù)诫s的n型源區(qū)，其中jfet區(qū)4中包含有溝槽型柵極，由氧化膜構(gòu)成的柵介質(zhì)層5和填充在溝槽中的多晶硅構(gòu)成的柵極6。

3、傳統(tǒng)的超級結(jié)器件，由于構(gòu)成超結(jié)的p-n結(jié)內(nèi)建電場的存在，器件恢復(fù)期間處于反向電流導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)致的問題主要有以下兩點(diǎn)：

4、(1).拖尾電流較大；

5、(2).p-n電容積累電荷qrr釋放需要一定時(shí)間，開關(guān)頻率受限制。

6、針對上述問題，現(xiàn)有的解決方式主要是通過對超級結(jié)器件進(jìn)行電子輻照，以降低載流子壽命。電子輻照（electron?irradiation）技術(shù)是采用高能電子束來照射材料、以改善材料性能的一種技術(shù)。在微電子技術(shù)中，電子輻照即是用高能電子照射半導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)控制少數(shù)載流子壽命的目的。由于高能電子輻照能引起晶體原子位移而產(chǎn)生出深能級的復(fù)合中心，故電子輻照可用來控制載流子壽命。例如，電子輻照可在硅中產(chǎn)生兩個(gè)能級，一個(gè)是在價(jià)帶頂以上0.4ev的受主型能級，另一個(gè)是在導(dǎo)帶底以下0.36?ev的施主型能級。用射線來輻照代表著國際加工業(yè)的發(fā)展方向。電子輻照技術(shù)具有廣泛的用途，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，電子輻照技術(shù)主要是利用電子束輻照快速晶閘管、芯片，可改變、優(yōu)化產(chǎn)品的性能。

7、但是電子輻照技術(shù)對于半導(dǎo)體應(yīng)用來說也具有缺點(diǎn)：接觸孔內(nèi)應(yīng)力對電子輻照后漏電影響巨大，導(dǎo)致vt/bv?不穩(wěn)定現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種勢壘集成超級結(jié)器件，具有更低的開關(guān)損耗及更高的轉(zhuǎn)換效率。

2、本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題在于提供所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法。

3、為解決上述問題，本發(fā)明所述的勢壘集成超級結(jié)器件，位于半導(dǎo)體襯底中，包含超結(jié)結(jié)構(gòu)及集成的勢壘二極管；

4、所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)由n型外延層以及位于所述n型外延層中的填充有p型外延的深溝槽形成的p柱構(gòu)成，所述的p柱與相鄰p柱之間的n型外延層具有相等的橫向?qū)挾龋?/p>

5、所述的n型外延層的上部具有離子注入形成阱區(qū)以及位于所述阱區(qū)中的重?fù)诫s的源區(qū)；所述的阱區(qū)中還具有引出區(qū)以將所述的阱區(qū)引出；

6、所述的n型外延層中還具有柵極結(jié)構(gòu)；所述的柵極結(jié)構(gòu)為溝槽型，包含在溝槽中形成的柵介質(zhì)層以及填充柵極導(dǎo)電材質(zhì)形成的所述超級結(jié)器件的第一柵極；

7、所述的p柱相鄰的n型外延層中具有勢壘二極管，所述的勢壘二極管由第二柵極與源區(qū)短接而成；所述的第二柵極與所述的阱區(qū)之間具有勢壘柵介質(zhì)層；

8、所述的阱區(qū)位于所述的勢壘二極管與所述的柵極結(jié)構(gòu)之間。

9、進(jìn)一步地，所述的勢壘柵介質(zhì)層的厚度小于所述柵極結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)層，所述的柵介質(zhì)層或勢壘柵介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅。

10、所述的柵極導(dǎo)電材質(zhì)為多晶硅，或者是包括金屬材質(zhì)在內(nèi)的其他導(dǎo)電材料。

11、本發(fā)明提供一種勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，包含：

12、提供一半導(dǎo)體襯底，在所述的半導(dǎo)體襯底表面形成一層硬掩模層，利用p柱刻蝕的掩膜版進(jìn)行定義刻蝕，形成初步溝槽；

13、對形成的初步溝槽內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行刻蝕；

14、在所形成的初步溝槽內(nèi)壁形成一層隔離介質(zhì)層，然后進(jìn)行第一次多晶硅淀積，淀積一定厚度的多晶硅；然后對所淀積的多晶硅進(jìn)行回刻；

15、再次利用p柱刻蝕的掩膜版，進(jìn)行超結(jié)工藝，對所述初步溝槽的底部繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，形成p柱深溝槽，然后填充p型外延并回刻，形成超結(jié)；

16、利用柵極溝槽刻蝕的掩膜版進(jìn)行柵極溝槽的刻蝕，形成所述的柵極溝槽；在所述的柵極溝槽內(nèi)部形成一層?xùn)沤橘|(zhì)層，然后進(jìn)行第二次多晶硅淀積并回刻蝕形成柵極；

17、進(jìn)行離子注入分別形成阱區(qū)及源區(qū)。

18、進(jìn)一步地，所述的半導(dǎo)體襯底為硅襯底或者是鍺硅襯底、碳化硅襯底。

19、進(jìn)一步地，所述的對形成的初步溝槽內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，是對初步溝槽內(nèi)部進(jìn)行各向同性刻蝕，在橫向上鉆蝕形成一定空間，使得溝槽口處的硬掩模形成延伸懸空到溝槽口上方的形貌。

20、進(jìn)一步地，所述的隔離介質(zhì)層為氧化硅層。

21、進(jìn)一步地，所述的第一次多晶硅淀積，淀積厚度至少填充滿初段溝槽刻蝕之后在所述硬掩模層下方形成的橫向的空間；再回刻后保留的多晶硅與溝槽口的硬掩模層對齊。

22、進(jìn)一步地，所述的柵介質(zhì)層為氧化硅層。

23、進(jìn)一步地，所述的離子注入分別形成阱區(qū)及源區(qū)，是進(jìn)行p型雜質(zhì)注入形成阱區(qū)，進(jìn)行重?fù)诫s的n型離子注入形成源區(qū)；所述的襯底作為所述超結(jié)器件的漏區(qū)。

24、進(jìn)一步地，離子注入形成阱區(qū)及源區(qū)之后，還包括進(jìn)行背面工藝、接觸孔工藝及金屬化。

25、本發(fā)明所述的勢壘集成超級結(jié)器件，在超級結(jié)器件中p柱一側(cè)集成超級勢壘二極管，在所述的超級結(jié)器件的反向恢復(fù)過程，通過勢壘二極管進(jìn)行電流回流，大幅降低電流拖尾問題，通過此方法可以避免輻照工藝對器件造成的不良影響。

技術(shù)特征：

1.一種勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：包含：

2.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：所述的半導(dǎo)體襯底為硅襯底或者是鍺硅襯底、碳化硅襯底。

3.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，，其特征在于：所述的對形成的初步溝槽內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，是對初步溝槽內(nèi)部進(jìn)行各向同性刻蝕，在橫向上鉆蝕形成一定空間，使得溝槽口處的硬掩模形成延伸懸空到溝槽口上方的形貌。

4.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：所述的隔離介質(zhì)層為氧化硅層。

5.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：所述的第一次多晶硅淀積，淀積厚度至少填充滿初段溝槽刻蝕之后在所述硬掩模層下方形成的橫向的空間；再回刻后保留的多晶硅與溝槽口的硬掩模層對齊。

6.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：所述的柵介質(zhì)層為氧化硅層。

7.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：所述的離子注入分別形成阱區(qū)及源區(qū)，是進(jìn)行p型雜質(zhì)注入形成阱區(qū)，進(jìn)行重?fù)诫s的n型離子注入形成源區(qū)；所述的襯底作為所述超結(jié)器件的漏區(qū)。

8.如權(quán)利要求1所述的勢壘集成超級結(jié)器件的工藝方法，其特征在于：離子注入形成阱區(qū)及源區(qū)之后，還包括進(jìn)行背面工藝、接觸孔工藝及金屬化。

9.一種勢壘集成超級結(jié)器件，其特征在于：所述的超結(jié)器件位于半導(dǎo)體襯底中，包含超結(jié)結(jié)構(gòu)及集成的勢壘二極管；

10.如權(quán)利要求9所述的勢壘集成超級結(jié)器件，其特征在于：所述的勢壘柵介質(zhì)層的厚度小于所述柵極結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)層。

11.如權(quán)利要求9所述的勢壘集成超級結(jié)器件，其特征在于：所述的柵介質(zhì)層或勢壘柵介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅。

12.如權(quán)利要求9所述的勢壘集成超級結(jié)器件，其特征在于：所述的柵極導(dǎo)電材質(zhì)為多晶硅，或者是包括金屬材質(zhì)在內(nèi)的其他導(dǎo)電材料。

13.如權(quán)利要求9所述的勢壘集成超級結(jié)器件，其特征在于：所述的超級結(jié)器件在反向恢復(fù)的過程中，通過所述的勢壘二極管進(jìn)行電流回流，降低電流拖尾。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種勢壘集成超級結(jié)器件，包含超結(jié)結(jié)構(gòu)及集成的勢壘二極管；在N型外延層的上部具有離子注入形成阱區(qū)以及位于所述阱區(qū)中的源區(qū)；所述的N型外延層中還具有柵極結(jié)構(gòu)；所述的柵極結(jié)構(gòu)為溝槽型，包含在溝槽中形成的柵介質(zhì)層以及填充柵極導(dǎo)電材質(zhì)形成的所述超級結(jié)器件的第一柵極；所述的P柱相鄰的N型外延層中具有勢壘二極管，所述的勢壘二極管由第二柵極與源區(qū)短接而成；所述的第二柵極與所述的阱區(qū)之間具有勢壘柵介質(zhì)層；本發(fā)明在超級結(jié)器件中P柱一側(cè)集成超級勢壘二極管，在所述的超級結(jié)器件的反向恢復(fù)過程，通過勢壘二極管進(jìn)行電流回流，大幅降低電流拖尾問題，通過此方法可以避免輻照工藝對器件造成的不良影響。

技術(shù)研發(fā)人員：顏樹范
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23