鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法
【專利摘要】一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法，包括N型襯底，在N型襯底上設(shè)有N型外延層，在N型外延層的內(nèi)設(shè)有柱狀第二P型體區(qū)，在N型外延層的頂部設(shè)有第一P型體區(qū)且區(qū)位于兩柱狀第二P型體區(qū)之間，其表面設(shè)有N型重?fù)诫s源區(qū)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，在N型重?fù)诫s源區(qū)、P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和第二P型體區(qū)上連接有源極金屬，在第一P型體區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有多晶硅柵，柱狀第二P型體區(qū)止于多晶硅柵的下表面，且柱狀第二P型體區(qū)低于第一P型體區(qū)，在多晶硅柵與第一P型體區(qū)、N型外延層及第二P型體區(qū)之間設(shè)有柵氧化層，在多晶硅柵與源極金屬之間設(shè)有絕緣層，并且，柵氧化層使第一P型體區(qū)與第二P型體區(qū)相互分離。
【專利說(shuō)明】
鰭式快恢復(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，具體涉及一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法，該晶體管特別適用于橋式整流系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件是不斷發(fā)展的功率-電子系統(tǒng)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，尤其在節(jié)約能源、動(dòng)態(tài)控制、噪音減少等方面。在過(guò)去的三十年里，功率器件取得了飛躍式的發(fā)展，特別是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Meta I Oxide Semi conduct or FieldEffect Transistor，M0SFET)，為了拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，滿足低功耗需求，必須有效的降低導(dǎo)通電阻，在保證擊穿電壓的前提下，為了獲得較大的導(dǎo)通電流，20世紀(jì)90年代初提出了 “超結(jié)”概念，利用相互交替的P柱與N柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的功率器件的N型漂移區(qū)，成功的打破了“娃限”，它可以在保證擊穿電壓的前提下，同時(shí)得到低導(dǎo)通功耗和高的開(kāi)關(guān)速度。但是相比于傳統(tǒng)M0SFET，超結(jié)結(jié)構(gòu)具一個(gè)顯著的缺點(diǎn):體二極管反向恢復(fù)硬度高，時(shí)間長(zhǎng)。由于在超結(jié)結(jié)構(gòu)PN結(jié)結(jié)面積比較大，在其反向恢復(fù)過(guò)程中，反向恢復(fù)峰值電流大，會(huì)導(dǎo)致較大的反向恢復(fù)損耗，且容易導(dǎo)致芯片寄生三極管開(kāi)啟失效。為了避免超結(jié)MOSFET的寄生三極管開(kāi)啟失效，需要在P柱上方制備P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，但這會(huì)進(jìn)一步增加反向恢復(fù)電荷及反向恢復(fù)電流，從而進(jìn)一步增大反向恢復(fù)損耗。傳統(tǒng)方法通過(guò)電子輻照或者重金屬摻雜進(jìn)行少子壽命控制，減小反向恢復(fù)電荷，降低反向恢復(fù)峰值電流，但這樣會(huì)增加器件的制造成本并導(dǎo)致漏電大，長(zhǎng)程可靠性降低。本發(fā)明提出一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管及其制備方法，在不采用少子壽命控制技術(shù)的前提下，可以降低反向恢復(fù)電荷，減小反向恢復(fù)峰值電流，抑制寄生三極管開(kāi)啟，提高器件可靠性，降低系統(tǒng)中的損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述不足，提出一種能夠改變空穴電流路徑、抑制了寄生三極管開(kāi)啟并能有效改善體二極管反向恢復(fù)特性的鰭式快恢復(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]—種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，包括:N型襯底，在N型襯底上設(shè)有N型外延層，在N型外延層的內(nèi)設(shè)有柱狀第二P型體區(qū)，在N型外延層的頂部設(shè)有第一P型體區(qū)且所述第一 P型體區(qū)位于兩柱狀第二 P型體區(qū)之間，在第一 P型體區(qū)的表面設(shè)有N型重?fù)诫s源區(qū)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，在N型重?fù)诫s源區(qū)、P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和第二P型體區(qū)上連接有源極金屬，其特征在于，在第一 P型體區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有多晶硅柵，所述柱狀第二 P型體區(qū)止于多晶硅柵的下表面，且所述柱狀第二P型體區(qū)低于第一P型體區(qū)，在多晶硅柵與第一P型體區(qū)、N型外延層及第二 P型體區(qū)之間設(shè)有柵氧化層，在多晶硅柵與源極金屬之間設(shè)有絕緣層，并且，所述柵氧化層使第一 P型體區(qū)與第二 P型體區(qū)相互分離，第二 P型體區(qū)的表面與源極金屬為高阻歐姆接觸或者肖特基接觸。
[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(zhǎng)N型外延層；
[0008]第二步:先利用一塊掩膜板在N型外延層選擇刻蝕出深溝槽，并外延生長(zhǎng)形成第二P型體區(qū)；
[0009]第三步:選擇性刻蝕N型外延層形成凸形外延層；
[0010]第四步:在凸形外延層表面熱生長(zhǎng)形成柵氧化層，再淀積多晶硅，將N型外延層凹下部分填滿；
[0011]第五步:刻蝕多晶硅至N型外延層凸起部分的表面，并離子注入硼，退火形成第一P型體區(qū)；
[0012]第六步:選擇性離子注入砷或磷形成N型源極，高能量(80kev?200kev)注入硼形成P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)；
[0013]第七步:選擇性刻蝕N型外延層凹下部分的多晶硅和柵氧化層，形成多晶硅柵極；
[0014]第八步:淀積一層氧化層作為接觸絕緣層，選擇性刻蝕絕緣層，在N型外延層表面形成接觸孔；
[0015]第九步:淀積鋁制作源極金屬，且源極金屬與第二P型體區(qū)形成高阻歐姆接觸或者肖特基接觸。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明器件利用柵氧化層7及多晶硅柵8的隔離作用，并通過(guò)改變空穴電流路徑，抑制了寄生三極管的開(kāi)啟。由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中第一P型體區(qū)與第二P型體區(qū)相連，在器件體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中，第一P型體區(qū)下方的N型外延層接高電位，第二P型體區(qū)接低電位，在第一P型體區(qū)底部與N外延層交界處，形成一個(gè)至下而上指向第一P型體區(qū)內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)，該內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)使大量空穴電流流經(jīng)第一P型體區(qū)，導(dǎo)致寄生三極管開(kāi)啟，器件失效;而本發(fā)明將柵氧化層7及多晶硅柵8設(shè)置在第一P型體區(qū)與第二P型體區(qū)之間，由此將第一P型體區(qū)與第二P型體區(qū)隔離開(kāi)來(lái)，且將第二P型體區(qū)低于第一P型體區(qū)，在器件體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中，第一P型體區(qū)下方的N型外延層接高電位，第二P型體區(qū)接低電位，在第一P型體區(qū)底部與N外延層交界處，會(huì)形成一個(gè)至上而下的指向第二 P型體區(qū)內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)(為了便于理解，在圖9中添加虛線箭頭來(lái)示意內(nèi)建電場(chǎng)方向和內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域)，該內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)空穴具有排斥作用，使得該內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域的空穴被迫流入第二P型體區(qū)，從而阻止空穴流入第一P型體區(qū)，改變了空穴電流路徑，并有效抑制寄生三極管開(kāi)啟的效果。
[0018]2、本發(fā)明器件利用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)結(jié)構(gòu)中第一 P型體區(qū)與第二 P型體區(qū)相連，大量空穴電流流經(jīng)第一 P型體區(qū)時(shí)，為減小寄生三極管開(kāi)啟導(dǎo)致器件失效的風(fēng)險(xiǎn)，必須在第二 P型上方做高濃度的P型注入;而本發(fā)明因?yàn)槔脰艑⒌诙?P型體區(qū)與第一 P型體區(qū)隔離，如優(yōu)點(diǎn)I所述會(huì)形成一個(gè)至上而下的指向第二 P型體區(qū)內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)，阻止空穴電流流入第一 P型體區(qū)，達(dá)到改變空穴電流路徑、有效抑制寄生三極管開(kāi)啟的效果，所以在第二 P型體區(qū)表面不需要高濃度P型注入，從而減少了器件在體二極管正向?qū)〞r(shí)向N型漂移區(qū)內(nèi)注入的少子空穴，即減少了反向恢復(fù)過(guò)程中所需抽取的載流子數(shù)目(Qrr)，改善超結(jié)體二極管的反向恢復(fù)特性。
[0019]3、本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝保留了傳統(tǒng)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工藝，工藝簡(jiǎn)單，可行性高。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1所示為傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超級(jí)功率半導(dǎo)體晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖3所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)超結(jié)溝槽功率半導(dǎo)體晶體管擊穿電壓的特性曲線對(duì)比圖。
[0023]圖4所示為本發(fā)明新型鰭式快恢復(fù)超級(jí)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管導(dǎo)通時(shí)的電流-電壓的特性曲線對(duì)比圖。
[0024]圖5所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管體二極管反向恢復(fù)特性曲線對(duì)比圖。
[0025]圖6所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管體二極管正向?qū)〞r(shí)空穴載流子濃度分度對(duì)比圖。
[0026]圖7所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(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)下的局部電場(chǎng)分布不意圖。
[0027]圖8所示為傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的體二極管在反向恢復(fù)狀態(tài)下的空穴電流的路徑。
[0028]圖9所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(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)下的空穴電流路徑。
[0029]圖10?圖18所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明器件利用柵將第一P型體區(qū)與第二 P型體區(qū)隔離，且第二 P型體區(qū)處于第一 P型體區(qū)下方，在器件體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中，第一P型體區(qū)下方的N型外延層接高電位，第二 P型體區(qū)接低電位，在第一 P型體區(qū)底部與N外延層交界處，會(huì)形成一個(gè)至上而下的指向第二P型體區(qū)內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)，該內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)空穴具有排斥作用，使得該內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域的空穴被迫流入第二P型體區(qū)，從而阻止空穴流入第一P型體區(qū)，達(dá)到改變空穴電流路徑、有效抑制寄生三極管開(kāi)啟的效果。正因?yàn)橐种屏思纳龢O管的開(kāi)啟，所以在第二P型體區(qū)表面不需要高濃度P型注入，從而減少了器件在體二極管正向?qū)〞r(shí)向N型漂移區(qū)內(nèi)注入的少子空穴，即減少了反向恢復(fù)過(guò)程中所需抽取的載流子數(shù)目(Qrr)，改善超結(jié)體二極管的反向恢復(fù)特性。所述器件制備方法保留了傳統(tǒng)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工藝，工藝簡(jiǎn)單，可行性高。
[0031]實(shí)施例1
[0032]下面結(jié)合圖2，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，包括:N型襯底I，在N型襯底I上設(shè)有N型外延層2，在N型外延層2的內(nèi)設(shè)有柱狀第二P型體區(qū)3，在N型外延層2的頂部設(shè)有第一 P型體區(qū)4且所述第一 P型體區(qū)4位于兩柱狀第二 P型體區(qū)3之間，在第一P型體區(qū)4的表面設(shè)有N型重?fù)诫s源區(qū)5和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)6，在N型重?fù)诫s源區(qū)5、P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)6和第二 P型體區(qū)3上連接有源極金屬10，其特征在于，在第一 P型體區(qū)4的兩側(cè)分別設(shè)有多晶硅柵8，所述柱狀第二 P型體區(qū)3止于多晶硅柵8的下表面，且所述柱狀第二 P型體區(qū)3低于第一 P型體區(qū)4，在多晶硅柵8與第一 P型體區(qū)4、N型外延層2及第二 P型體區(qū)3之間設(shè)有柵氧化層7，在多晶硅柵8與源極金屬10之間設(shè)有絕緣層9，并且，所述柵氧化層7使第一 P型體區(qū)4與第二 P型體區(qū)3相互分離。
[0033]實(shí)施例2
[0034]下面結(jié)合圖10?圖18，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的制備方法，其特征在于:
[0035]第一步:首先選取N型硅材料作為襯底并外延生長(zhǎng)N型外延層；
[0036]第二步:先利用一塊掩膜板在N型外延層選擇刻蝕出深溝槽，并外延生長(zhǎng)形成第二P型體區(qū)3;
[0037]第三步:選擇性刻蝕N型外延層形成凸形外延層2;
[0038]第四步:在凸形外延層2表面熱生長(zhǎng)形成柵氧化層7，再淀積多晶硅，將N型外延層2凹下部分填滿；
[0039]第五步:刻蝕多晶硅至N型外延層2凸起部分的表面，并離子注入硼，退火形成第一P型體區(qū)4;
[°04°] 第六步:選擇性離子注入砷或磷形成N型源極5，高能量(80kev?200kev)注入硼形成P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)6;
[0041]第七步:選擇性刻蝕N型外延層2凹下部分的多晶硅和柵氧化層7，形成多晶硅柵極8；
[0042]第八步:淀積一層氧化層作為接觸絕緣層9，選擇性刻蝕絕緣層9，在N型外延層表面形成接觸孔；
[0043]第九步:淀積鋁制作源極金屬10，且源極金屬10與第二P型體區(qū)形成高阻歐姆接觸或者肖特基接觸。
[0044]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0045]本發(fā)明的工作原理:
[0046]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(kāi)啟，在漏極高電位的作用下，形成從漏極流向源極的電子電流。
[0047]正向關(guān)斷:柵極接低電位，漏極接高電位，源極接低電位，P型體區(qū)保持低電位，溝道關(guān)斷，P型體區(qū)與其下方的N型外延層形成耗盡區(qū)承受正向電壓。
[0048]體二極管正向?qū)?柵極接低電位，漏極接低電位，源極接高電位，溝道關(guān)斷，體二極管PN結(jié)正向?qū)?，大量空穴注入N型外延層中。
[0049]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(guò)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(guò)空間電荷區(qū)，形成反向恢復(fù)電流。由于本發(fā)明器件中第一 P型體區(qū)與第二 P型體區(qū)相互隔離，且第二 P型體區(qū)處于第一 P型體區(qū)下方，在器件體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中，第一 P型體區(qū)下方的N型外延層接高電位，第二 P型體區(qū)接低電位，在第一 P型體區(qū)底部與N外延層交界處，會(huì)形成一個(gè)至上而下的指向第二 P型體區(qū)內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)，該內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)空穴具有排斥作用，使得該內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域的空穴被迫流入第二P型體區(qū)，從而阻止空穴流入第一P型體區(qū)，達(dá)到改變空穴電流路徑、消除寄生三極管開(kāi)啟的影響的效果。正因?yàn)楸景l(fā)明器件中不需要考慮寄生三極管開(kāi)啟的影響，所以第二 P型體區(qū)上部不需要高濃度的P型注入。在體二極管正向?qū)〞r(shí)，第二 P型體區(qū)空穴發(fā)射效率低，注入N型外延層中的空穴總量少，反向恢復(fù)過(guò)程中抽取的空穴數(shù)目就少，從而加快了反向恢復(fù)速度，改善了體二極管反向恢復(fù)特性。
[0050]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)行了流片驗(yàn)證，如圖3?圖6所示。在對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)測(cè)后，本專利通過(guò)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7?圖8所示。圖3所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)超結(jié)溝槽功率半導(dǎo)體晶體管擊穿電壓BV特性曲線對(duì)比圖，從圖中可以看出，新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)超結(jié)溝槽功率半導(dǎo)體晶體管在相同條件下?lián)舸╇妷河兴黾?；圖4所示為本發(fā)明新型鰭式快恢復(fù)超級(jí)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管導(dǎo)通時(shí)的1-V特性曲線對(duì)比圖，從圖中可以看出新型鰭式快恢復(fù)超級(jí)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管在相同電流條件下導(dǎo)通壓降幾乎相當(dāng)，即導(dǎo)通電阻幾乎不變；圖5所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管體二極管反向恢復(fù)特性曲線對(duì)比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，新型鰭式快恢復(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)下相比于傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的反向恢復(fù)時(shí)間(trr)減小，峰值電流降低，體二極管反向恢復(fù)過(guò)程中所需抽取的空穴總量(Qrr)也相應(yīng)減少，即額外損耗減少，體二極管的反向恢復(fù)特性得到改善；圖6所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管與傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管體二極管正向?qū)〞r(shí)空穴濃度分度對(duì)比圖，從圖中可以看出，新型鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的體二極管工作在正向?qū)顟B(tài)下時(shí)，第二P型體區(qū)的表面空穴注入效率相比于傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管低，即注入到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(guò)程中所需抽取的空穴數(shù)目(Qrr)減少，抽取速度加快，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，額外損耗降低；圖7所示為本發(fā)明提出的新型鰭式快恢復(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)下局部電場(chǎng)分布，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，由于第一P型體區(qū)下方的N型外延層電勢(shì)高于第二P型體區(qū)，在第一P型體區(qū)底部與N外延層交界處，形成一個(gè)至上而下的指向第二P型體區(qū)內(nèi)部的內(nèi)建電場(chǎng)，該內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)空穴具有排斥作用，使得該內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域的空穴被迫流入第二P型體區(qū)，從而阻止空穴流入第一P型體區(qū)，有效抑制寄生三極管的開(kāi)啟；圖8、圖9所示分別為傳統(tǒng)溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管、新型鰭式快恢復(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)下的空穴電流的路徑，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的溝槽超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管的體二極管在反向恢復(fù)過(guò)程中的空穴均從第一P型體區(qū)與第二P型體區(qū)流出，且由于溝槽與第一P型體區(qū)、第二P型體區(qū)之間設(shè)有重?fù)诫sN型源極，較易引起寄生三極管的開(kāi)啟，損壞晶體管，而新型鰭式快恢復(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(guò)程中的空穴幾乎全部從第二P型體區(qū)流出，而不從第一P型體區(qū)流出，從而很好地抑制了寄生三極管的開(kāi)啟。
[0051 ]本發(fā)明采用如下方法來(lái)制備:
[0052]第一步:首先選取N型硅材料作為襯底并外延生長(zhǎng)N型外延層；
[0053]第二步:先利用一塊掩膜板在N型外延層選擇刻蝕出深溝槽，并外延生長(zhǎng)形成第二P型體區(qū)3;
[0054]第三步:選擇性刻蝕N型外延層形成凸形外延層2;
[0055]第四步:在凸形外延層2表面熱生長(zhǎng)形成柵氧化層7，再淀積多晶硅，將N型外延層2凹下部分填滿；
[0056]第五步:刻蝕多晶硅至N型外延層2凸起部分的表面，并離子注入硼，退火形成第一P型體區(qū)4;
[°°57] 第六步:選擇性離子注入砷或磷形成N型源極5，高能量(80kev?200kev)注入硼形成P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)6;
[0058]第七步:選擇性刻蝕N型外延層2凹下部分的多晶硅和柵氧化層7，形成多晶硅柵極8；
[0059]第八步:淀積一層氧化層作為接觸絕緣層9，選擇性刻蝕絕緣層9，在N型外延層表面形成接觸孔；
[0060]第九步:淀積鋁制作源極金屬10，且源極金屬10與第二P型體區(qū)形成高阻歐姆接觸或者肖特基接觸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，包括:N型襯底(I)，在N型襯底(I)上設(shè)有N型外延層(2)，在N型外延層(2)的內(nèi)設(shè)有柱狀第二 P型體區(qū)(3)，在N型外延層(2)的頂部設(shè)有第一 P型體區(qū)(4)且所述第一 P型體區(qū)(4)位于兩柱狀第二 P型體區(qū)(3)之間，在第一 P型體區(qū)(4)的表面設(shè)有N型重?fù)诫s源區(qū)(5)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(6)，在N型重?fù)诫s源區(qū)(5)、P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(6)和第二 P型體區(qū)(3)上連接有源極金屬(10)，其特征在于，在第一P型體區(qū)(4)的兩側(cè)分別設(shè)有多晶硅柵(8)，所述柱狀第二 P型體區(qū)(3)止于多晶硅柵(8)的下表面，且所述柱狀第二P型體區(qū)(3)低于第一P型體區(qū)(4)，在多晶硅柵(8)與第一P型體區(qū)(4)、N型外延層(2)及第二P型體區(qū)(3)之間設(shè)有柵氧化層(7)，在多晶硅柵(8)與源極金屬(10)之間設(shè)有絕緣層(9)，并且，所述柵氧化層(7)使第一 P型體區(qū)(4)與第二 P型體區(qū)(3)相互分離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鰭式快恢復(fù)超結(jié)功率半導(dǎo)體晶體管，其特征在于，第二P型體區(qū)(3)的表面與源極金屬(10)為高阻歐姆接觸或者肖特基接觸。3.一種權(quán)利要求1所述鰭式超結(jié)快恢復(fù)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(zhǎng)N型外延層； 第二步:先利用一塊掩膜板在N型外延層選擇刻蝕出深溝槽，并外延生長(zhǎng)形成第二 P型體區(qū)(3); 第三步:選擇性刻蝕N型外延層形成凸形外延層(2); 第四步:在凸形外延層(2)表面熱生長(zhǎng)形成柵氧化層(7)，再淀積多晶硅，將N型外延層(2)凹下部分填滿； 第五步:刻蝕多晶硅至N型外延層(2)凸起部分的表面，并離子注入硼，退火形成第一P型體區(qū)(4); 第六步:選擇性離子注入砷或磷形成N型源極(5)，高能量(80kev?200kev)注入硼形成P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(6); 第七步:選擇性刻蝕N型外延層(2)凹下部分的多晶硅和柵氧化層(7)，形成多晶硅柵極(8)； 第八步:淀積一層氧化層作為接觸絕緣層(9)，選擇性刻蝕絕緣層(9)，在N型外延層表面形成接觸孔； 第九步:淀積鋁制作源極金屬(10)，且源極金屬(10)與第二 P型體區(qū)形成高阻歐姆接觸或者肖特基接觸。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK106024910SQ201610363983
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】孫偉鋒, 童鑫, 楊卓, 宋慧濱, 祝靖, 陸生禮, 時(shí)龍興
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)