改善反向恢復(fù)特性及雪崩能力的超結(jié)mos器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超結(jié)MOS器件及其制造方法，尤其是一種改善反向恢復(fù)特性及雪崩能力的超結(jié)MOS器件及其制造方法，屬于半導(dǎo)體MOS器件的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在中高壓功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，超結(jié)結(jié)構(gòu)(Super Junct1n)已經(jīng)被廣泛采用。在超結(jié)功MOS的漂移區(qū)內(nèi)，N柱與P柱交替鄰接設(shè)置而成的多個(gè)P-N柱對形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。當(dāng)具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的MOS器件截止時(shí)，超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N柱和P柱分別被耗盡，耗盡層從每個(gè)N柱與P柱間的P-N結(jié)界面延伸，由于N柱內(nèi)的雜質(zhì)量和P柱內(nèi)的雜質(zhì)量相等，因此耗盡層延伸并且完全耗盡N柱與P柱，從而支持器件耐壓。對比傳統(tǒng)功率VDMOS器件，超結(jié)MOS器件可以獲得更加優(yōu)異的器件耐壓與導(dǎo)通電阻的折中關(guān)系。
[0003]然而，普通的超結(jié)器件的一個(gè)缺點(diǎn)就是它的寄生體二極管的反向恢復(fù)特性比較差，超結(jié)結(jié)構(gòu)的P-N柱狀結(jié)構(gòu)是用來獲得電荷平衡的，這給超結(jié)器件的寄生體二極管帶來兩個(gè)后果:一是P-N結(jié)的面積對比傳統(tǒng)不帶超結(jié)結(jié)構(gòu)的功率M0S，如平面型雙擴(kuò)散M0S(PlanarVDM0S)大了許多，導(dǎo)致當(dāng)超結(jié)MOS器件應(yīng)用于需要反向續(xù)流二極管的一些拓?fù)潆娐返那闆r時(shí)，如半橋(例如HID半橋或LLC)和全橋(例如ZVS橋)，寄生體二極管在導(dǎo)通后，較大載流子注入使得反向恢復(fù)電荷Qrr和反向恢復(fù)峰值電流Irrm升高;二是由于P-N柱狀結(jié)構(gòu)的快速耗盡，會使得MOS器件的關(guān)斷dv/dt增大，反向恢復(fù)硬度高。這些缺點(diǎn)，使得普通的超結(jié)器件在硬開關(guān)應(yīng)用時(shí)由于較高的反向恢復(fù)峰值電流Irrn^Pdv/dt非常容易損壞。
[0004]為解決超結(jié)MOS器件體二極管反向恢復(fù)特性問題，目前有三種方式被提出或采用:I)、使用電子輻照在漂移層中制造缺陷，減小反向恢復(fù)過程中載流子壽命，降低反向恢復(fù)電荷。但這種方法會帶來器件漏電增加，并且輻照產(chǎn)生的缺陷會在高溫和長期工作后恢復(fù)，影響器件可靠性;2)、使用重金屬摻雜，在器件漂移層中形成復(fù)合中心，減小反向恢復(fù)過程中載流子壽命，這種方式制造工藝特殊，工藝成本高，器件漏電特性也會變差;3)、在超結(jié)MOS器件中集成肖特基二極管，以改善器件體二極管反向恢復(fù)特性，這種方式除制造工藝特殊夕卜，器件漏電更是無法控制，目前幾乎沒有被應(yīng)用與實(shí)際產(chǎn)品中。
[0005]公開號為CN203456470U的文件公開了一種增加第一緩沖層及第二緩沖層的MOS器件，雖然通過增加第一緩沖層和第二緩沖層來改善超結(jié)MOSFET體二極管反向恢復(fù)特性，但由于該第一緩沖層和第二緩沖層需要增加額外的工藝步驟實(shí)現(xiàn)，大幅提高了器件的工藝成本。
[0006]同時(shí)，超結(jié)MOS由于芯片面積小，相同電流規(guī)格的芯片面積僅為普通VDMOS的一半甚至更小，芯片的雪崩耐量相對較弱，在帶有感性負(fù)載的應(yīng)用中，容易造成器件失效。
[0007]由此可見，一種能通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，改善超結(jié)MOS體二極管反向恢復(fù)特性及雪崩能力，并且其制造工藝與現(xiàn)有超結(jié)MOS制造工藝相兼容的新型超結(jié)MOS器件是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種改善反向恢復(fù)特性及雪崩能力的超結(jié)MOS器件及其制造方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡單，與現(xiàn)有超結(jié)MOS制造工藝相兼容，有效改善反向恢復(fù)特性，提高器件的雪崩能力，適合批量生產(chǎn)，提高適應(yīng)范圍，安全可
A+-.與巨O
[0009]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述改善反向恢復(fù)特性及雪崩能力的超結(jié)MOS器件，在所述MOS器件的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板上的器件區(qū)域及終端區(qū)域，所述器件區(qū)域位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)，終端區(qū)域位于所述器件區(qū)域的外圈并環(huán)繞包圍所述器件區(qū)域;在所述MOS器件的截面上，所述半導(dǎo)體基板包括位于上方的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)以及位于下方的第一導(dǎo)電類型襯底，所述第一導(dǎo)電類型襯底鄰接第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)，第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的上表面形成半導(dǎo)體基板的第一主面，第一導(dǎo)電類型襯底的下表面形成半導(dǎo)體基板的第二主面；
在第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)置若干第一導(dǎo)電類型柱以及第二導(dǎo)電類型柱，第一導(dǎo)電類型柱、第二導(dǎo)電類型柱從半導(dǎo)體基板的第一主面向指向第二主面的方向垂直延伸，第一導(dǎo)電類型柱與第二導(dǎo)電類型柱在第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)呈交替排列分布;所述第一導(dǎo)電類型柱包括位于器件區(qū)域內(nèi)的第一導(dǎo)電類型器件柱以及位于終端區(qū)域內(nèi)的第一導(dǎo)電類型終端柱，第二導(dǎo)電類型柱包括位于器件區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型器件柱以及位于終端區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型終端柱；
第二導(dǎo)電類型器件柱內(nèi)的上部設(shè)有第二導(dǎo)電類型體區(qū)，第二導(dǎo)電類型體區(qū)位于第二導(dǎo)電類型器件柱內(nèi)，且第二導(dǎo)電類型體區(qū)通過第二導(dǎo)電類型器件柱與第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)相隔離;第二導(dǎo)電類型器件柱的摻雜濃度低于第二導(dǎo)電類型體區(qū)的摻雜濃度；
第二導(dǎo)電類型終端柱內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型保護(hù)區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型保護(hù)區(qū)位于第二導(dǎo)電類型終端柱內(nèi)，且第二導(dǎo)電類型保護(hù)區(qū)通過第二導(dǎo)電類型終端柱與第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)相隔離;第二導(dǎo)電類型終端柱的摻雜濃度低于第二導(dǎo)電類型保護(hù)區(qū)的摻雜濃度。
[0010]在所述MOS器件的截面上，MOS器件的器件區(qū)域采用平面型MOSFET結(jié)構(gòu)，所述平面型MOSFET結(jié)構(gòu)包括位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型有源區(qū)，在器件區(qū)域的第一主面上設(shè)有器件柵電極以及用于包圍覆蓋所述器件柵電極的器件絕緣介質(zhì)層，在所述器件絕緣介質(zhì)層上淀積有源極金屬層，所述源極金屬層與第二導(dǎo)電類型體區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型有源區(qū)均歐姆接觸，源極金屬層通過器件絕緣介質(zhì)層與器件柵電極絕緣隔離。
[0011]在所述MOS器件的截面上，在終端區(qū)域的第一主面上覆蓋有終端絕緣介質(zhì)層，在所述終端絕緣介質(zhì)層上設(shè)有用于形成柵極的柵極金屬層，所述柵極金屬層與終端絕緣介質(zhì)層內(nèi)的柵極引出體歐姆接觸，所述柵極引出體與器件柵電極電連接。
[0012]在所述半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)有漏極金屬，所述漏極金屬與第一導(dǎo)電類型襯底歐姆接觸。
[0013]一種改善反向恢復(fù)特性及雪崩能力的超結(jié)MOS器件的制造方法，所述超結(jié)MOS器件的制造方法包括如下步驟:
a、提供具有兩個(gè)相對主面的半導(dǎo)體基板，兩個(gè)相對主面包括第一主面以及與所述第一主面相對應(yīng)的第二主面，在第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)以及位于所述第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型襯底； b、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上淀積有硬掩膜層，并選擇性地掩蔽和刻蝕所述硬掩膜層，以得到若干貫通硬掩膜層的硬掩膜窗口；
C、利用上述硬掩膜窗口對半導(dǎo)體基板的第一主面進(jìn)行刻蝕，以在第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)得到若干溝槽，所述溝槽從半導(dǎo)體基板的主面垂直向下延伸進(jìn)入第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)，溝槽包括位于器件區(qū)域內(nèi)的器件溝槽以及位于終端區(qū)域內(nèi)的終端溝槽；
d、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上淀積第二導(dǎo)電類型外延材料，所述第二導(dǎo)電類型外延材料填充在器件溝槽及終端溝槽內(nèi)，對所述半導(dǎo)體基板的第一主面進(jìn)行平坦化，以去除硬掩膜層，得到位于器件區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型器件柱以及位于終端區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型終端柱；
e、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上，選擇性地注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子并推結(jié)，以在第二導(dǎo)電類型器件柱內(nèi)形成第二導(dǎo)電類型體區(qū)，在第二導(dǎo)電類型終端柱內(nèi)形成第二導(dǎo)電類型保護(hù)區(qū)；
f、通過常規(guī)半導(dǎo)體工藝，在器件區(qū)域形成所需的器件結(jié)構(gòu)，并在所述終端區(qū)域形成所需的終端結(jié)構(gòu)。
[0014]在所述MOS器件的截面上，MOS器件的器件區(qū)域采用平面型MOSFET結(jié)構(gòu)，所述平面型MOSFET結(jié)構(gòu)包括位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型有源區(qū)，在器件區(qū)域的第一主面上設(shè)有器件柵電極以及用于包圍覆蓋所述器件柵電極的器件絕緣介質(zhì)層，在所述器件絕緣介質(zhì)層上淀積有源極金屬層，所述源極金屬層與第二導(dǎo)電類型體區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型有源區(qū)均歐姆接觸，源極金屬層通過器件絕緣介質(zhì)層與器件柵電極絕緣隔離。
[0015]在所述MOS器件的截面上，在終端區(qū)域的第一主面上覆蓋有終端絕緣介質(zhì)層，在