專利名稱：半絕緣柱超結(jié)mosfet結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如圖1所示，圖1是傳統(tǒng)的縱向超結(jié)N型DM0SFET結(jié)構(gòu)的示意圖。傳統(tǒng)的縱向超 結(jié)N型DM0SFET結(jié)構(gòu)利用P型硅柱形成的電荷補償原理，可以在保證擊穿電壓的同時，提高 外延漂移層的摻雜濃度，因而，相對于傳統(tǒng)的縱向DM0SFET可以顯著降低單位面積的導(dǎo)通 電阻，有利于系統(tǒng)微型化、高開關(guān)頻率、低電路寄生、高效率和低成本，是功率開關(guān)元件領(lǐng)域 的研發(fā)熱點。但是傳統(tǒng)的縱向超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)存在制造工藝難度大的缺點。通常采用的制造 工藝之一是采用外延生長和離子注入交替進行的方式來形成P型硅柱，增加了制造成本并 降低了成品率。另外一種制造工藝是通過挖槽后再外延P柱的方式，也存在外延晶格質(zhì)量 控制難題。另外，上述兩種制造工藝都存在P型區(qū)，N型區(qū)濃度分布的匹配和控制難點。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，以解決傳 統(tǒng)縱向超結(jié)NM0SFET結(jié)構(gòu)工藝實現(xiàn)難度大、成本高、反向恢復(fù)特性不好的問題。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括襯底重摻雜區(qū)8 ；位于襯底重摻雜區(qū)8之上的外延漂移區(qū)9 ；位于襯底重摻雜區(qū)8之上且分別位于外延漂移區(qū)9兩側(cè)的半絕緣柱區(qū)7 ；在外延漂移區(qū)9上部兩側(cè)分別形成的阱區(qū)6 ；在阱區(qū)6上部形成的源區(qū)4和阱接觸濃注入?yún)^(qū)5 ；在外延漂移區(qū)9之上且位于兩個源區(qū)4之間的柵極1 ；覆蓋于柵極1及源區(qū)4、阱接觸濃注入?yún)^(qū)5和半絕緣柱區(qū)7之上的絕緣層2 ；以及位于柵極1兩側(cè)可以向源區(qū)4和阱接觸重注入?yún)^(qū)5施加電位的接觸孔3。上述方案中，所述半絕緣柱區(qū)7是單一材料結(jié)構(gòu)，或者是半絕緣材料和絕緣材料 的復(fù)合結(jié)構(gòu)。上述方案中，所述半絕緣柱區(qū)7是半絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，半絕緣 材料層位于靠外延漂移區(qū)9的一側(cè)。上述方案中，所述半絕緣材料為摻氧多晶硅，該摻氧多晶硅中氧原子含量在15 35%之間。上述方案中，當該結(jié)構(gòu)用于縱向N型DM0SFET結(jié)構(gòu)時，在外延漂移區(qū)9進行N型摻雜。
上述方案中，當該結(jié)構(gòu)用于縱向P型DM0SFET結(jié)構(gòu)時，在外延漂移區(qū)9進行P型摻
ο上述方案中，該縱向N型或P型DM0SFET結(jié)構(gòu)是平面型結(jié)構(gòu)，或者是槽柵結(jié)構(gòu)。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明還提供的這種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，工藝可行性高，成本低，其制 造工藝可以通過外延后挖槽，然后填充半絕緣材料，例如摻氧多晶硅等實現(xiàn)半絕緣柱區(qū)。2、本發(fā)明還提供的這種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，半絕緣材料的晶格狀態(tài)可以 是非晶或微晶，這樣就回避了 P性硅柱外延需要完整晶體外延的工藝控制難度，同時也回 避了傳統(tǒng)超結(jié)NM0SFET的P柱區(qū)和N外延漂移區(qū)在工藝熱過程中摻雜原子對向相互擴散造 成的摻雜分步控制問題。3、本發(fā)明還提供的這種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，采用半絕緣層由于取代了傳 統(tǒng)縱向超結(jié)NM0SFET結(jié)構(gòu)中P性硅柱區(qū)，也可以降低反向恢復(fù)電荷總量，改善反向恢復(fù)特 性。4、本發(fā)明還提供的這種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，也適用于PM0SFET，N型或P型 IGBT結(jié)構(gòu)中。


圖1是傳統(tǒng)的縱向超結(jié)N型DM0SFET結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明提供的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)的示意圖，平面型；圖2中，1為柵極，2為絕緣層，3為接觸孔，4為源區(qū)，5為阱接觸濃注入?yún)^(qū)，6為阱 區(qū)，7為半絕緣柱區(qū)，8為襯底重摻雜區(qū)，9為外延漂移區(qū)。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。針對傳統(tǒng)的縱向超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)存在的缺點，如果將P型硅柱換成半絕緣材料， 當器件施加反向偏壓時，由于半絕緣層的微弱導(dǎo)電作用，在半絕緣柱內(nèi)縱向電壓可以近似 線性分布，漂移層區(qū)內(nèi)電場強度分布會受到鄰近半絕緣柱電場分布的影響，使漂移區(qū)內(nèi)電 場強度分布得到改善，變化梯度變緩，起到增強耐壓作用，因此器件設(shè)計上在保證耐壓的同 時可以提高漂移區(qū)濃度，降低導(dǎo)通電阻。如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)的示意圖，該結(jié)構(gòu)包 括襯底重摻雜區(qū)8 ；位于襯底重摻雜區(qū)8之上的外延漂移區(qū)9 ；位于襯底重摻雜區(qū)8之上且分別位于外延漂移區(qū)9兩側(cè)的半絕緣柱區(qū)7 ；在外延漂移區(qū)9上部兩側(cè)分別形成的阱區(qū)6 ；在阱區(qū)6上部形成的源區(qū)4和阱接觸濃注入?yún)^(qū)5 ；在外延漂移區(qū)9之上且位于兩個源區(qū)4之間的柵極1 ；
4
覆蓋于柵極1及源區(qū)4、阱接觸濃注入?yún)^(qū)5和半絕緣柱區(qū)7之上的絕緣層2 ；以及位于柵極1兩側(cè)可以向源區(qū)4和阱接觸重注入?yún)^(qū)5施加電位的接觸孔3。其中，半絕緣柱區(qū)7是單一材料結(jié)構(gòu)，或者是半絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 半絕緣柱區(qū)7是半絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，半絕緣材料層位于靠外延漂移區(qū)9 的一側(cè)。半絕緣材料為摻氧多晶硅，該摻氧多晶硅中氧原子含量在15 35%之間。本發(fā)明提供的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)當用于縱向N型DM0SFET結(jié)構(gòu)時，在外延 漂移區(qū)9進行N型摻雜。本發(fā)明提供的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)也可以是縱向P型DM0SFET 結(jié)構(gòu)，此時是在外延漂移區(qū)9進行P型摻雜。該縱向N型或P型DM0SFET結(jié)構(gòu)是平面型結(jié) 構(gòu)，或者是槽柵結(jié)構(gòu)。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括 襯底重摻雜區(qū)(8)；位于襯底重摻雜區(qū)(8)之上的外延漂移區(qū)(9)；位于襯底重摻雜區(qū)(8)之上且分別位于外延漂移區(qū)(9)兩側(cè)的半絕緣柱區(qū)(7)； 在外延漂移區(qū)(9)上部兩側(cè)分別形成的阱區(qū)(6)； 在阱區(qū)(6)上部形成的源區(qū)⑷和阱接觸濃注入?yún)^(qū)(5)； 在外延漂移區(qū)(9)之上且位于兩個源區(qū)⑷之間的柵極⑴；覆蓋于柵極(1)及源區(qū)、阱接觸濃注入?yún)^(qū)( 和半絕緣柱區(qū)(7)之上的絕緣層O)；以及位于柵極⑴兩側(cè)可以向源區(qū)⑷和阱接觸重注入?yún)^(qū)(5)施加電位的接觸孔(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半絕緣柱區(qū) (7)是單一材料結(jié)構(gòu)，或者是半絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半絕緣柱區(qū) (7)是半絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，半絕緣材料層位于靠外延漂移區(qū)(9)的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半絕緣 材料為摻氧多晶硅，該摻氧多晶硅中氧原子含量在15 35%之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，當該結(jié)構(gòu)用于縱向 N型DM0SFET結(jié)構(gòu)時，在外延漂移區(qū)(9)進行N型摻雜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，當該結(jié)構(gòu)用于縱向 P型DM0SFET結(jié)構(gòu)時，在外延漂移區(qū)(9)進行P型摻雜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，該縱向N型或 P型DM0SFET結(jié)構(gòu)是平面型結(jié)構(gòu)，或者是槽柵結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半絕緣柱超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括襯底重摻雜區(qū)(8)；位于襯底重摻雜區(qū)(8)之上的外延漂移區(qū)(9)；位于襯底重摻雜區(qū)(8)之上且分別位于外延漂移區(qū)(9)兩側(cè)的半絕緣柱區(qū)(7)；在外延漂移區(qū)(9)上部兩側(cè)分別形成的阱區(qū)(6)；在阱區(qū)(6)上部形成的源區(qū)(4)和阱接觸濃注入?yún)^(qū)(5)；在外延漂移區(qū)(9)之上且位于兩個源區(qū)(4)之間的柵極(1)；覆蓋于柵極(1)及源區(qū)(4)、阱接觸濃注入?yún)^(qū)(5)和半絕緣柱區(qū)(7)之上的絕緣層(2)；以及位于柵極(1)兩側(cè)可以向源區(qū)(4)和阱接觸重注入?yún)^(qū)(5)施加電位的接觸孔(3)。利用本發(fā)明，解決了傳統(tǒng)縱向超結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)工藝實現(xiàn)難度大、成本高、反向恢復(fù)特性不好的問題。
文檔編號H01L29/78GK102117830SQ200910244530
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者李俊峰, 梁擎擎, 鐘匯才 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所