一種電荷補償mos半導體裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電荷補償MOS半導體裝置，本發(fā)明的半導體裝置接一定的反向偏壓時，漂移層中第一傳導類型的半導體材料和溝槽內下部摻氧多晶半導體材料形成電荷補償結構，提高器件的反向擊穿電壓，改善了傳統(tǒng)半導體器件導通電阻與反向阻斷特性之間的矛盾。本發(fā)明還提供了一種電荷補償MOS半導體裝置的制備方法。
【專利說明】一種電荷補償MOS半導體裝置及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種電荷補償MOS半導體裝置，本發(fā)明還涉及一種電荷補償MOS半 導體裝置的制備方法。本發(fā)明的半導體裝置是制造半導體功率器件的基本結構。
【背景技術】
[0002]功率半導體器件被大量使用在電源管理和電源應用上，具有溝槽結構和電荷補償 結構的半導體器件，已成為功率器件發(fā)展的重要趨勢。對于功率半導體器件，不斷降低導通 電阻和不斷提高電流密度的要求成為器件發(fā)展的重要趨勢。
[0003]傳統(tǒng)溝槽MOS器件，垂直溝槽整個內壁生長有柵氧，溝槽內填充有柵極多晶硅，溝 槽邊側的硅體內從上往下設置有源區(qū)、體區(qū)和漏區(qū)。當體區(qū)和漏區(qū)間加反向偏壓時，反向偏 壓所形成的耗盡層主要降落在漏區(qū)中，其源區(qū)與漏區(qū)之間的導通電阻，主要由漏區(qū)的體電 阻和靠近溝槽體區(qū)的溝道電阻構成。當提高器件的體區(qū)源區(qū)與漏區(qū)之間反向擊穿電壓時， 需要增加溝道長度或增加溝道所在區(qū)域的雜質摻雜濃度，同時也需要降低漏區(qū)的摻雜濃度 或提高漏區(qū)的厚度，因此造成器件的源區(qū)和漏區(qū)之間導通電阻和導通壓降的升高。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明主要針對上述的問題而提出，提供一種電荷補償MOS半導體裝置及其制備 方法。
[0005]一種電荷補償MOS半導體裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導體材料；漂移 層，為第一傳導類型的半導體材料，位于襯底層之上；多個溝槽，位于漂移層表面，溝槽內下 部設置有摻氧多晶半導體材料；體區(qū)，為第二傳導類型的半導體材料，位于溝槽間漂移層 上部；源區(qū)，為第一傳導類型的半導體材料，位于體區(qū)內上部臨靠溝槽和器件表面；柵極介 質，為多晶半導體材料或金屬，位于溝槽內上部，柵極介質與體區(qū)和源區(qū)間通過絕緣材料層 進行隔離。
[0006]一種電荷補償MOS半導體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在襯底層 外延生長第一導電類型半導體材料層；在半導體材料表面形成鈍化層，在待形成溝槽區(qū)表 面去除鈍化層；在所形成窗口依次進行第二導電類型雜質擴散和第一導電類型雜質擴散； 在所形成窗口進行刻蝕半導體材料，形成溝槽；在溝槽內淀積摻氧多晶半導體材料，干法反 刻蝕摻氧多晶半導體材料；進行熱氧化，在溝槽內壁形成鈍化層，淀積柵極介質，進行柵極 介質回刻蝕；在器件表面淀積鈍化層，腐蝕去除柵極介質、源區(qū)和體區(qū)表面的鈍化層。
[0007]本發(fā)明的半導體裝置接一定的反向偏壓時，漂移層中第一傳導類型的半導體材料 和溝槽內下部摻氧多晶半導體材料形成電荷補償結構，提高器件的反向擊穿電壓，從而改 善了傳統(tǒng)半導體器件導通電阻與反向阻斷特性之間的矛盾；本發(fā)明的半導體裝置與傳統(tǒng)超 結器件相比，降低了器件對第一傳導類型的半導體材料和第二傳導類型的半導體材料中的 電荷平衡的要求，降低了器件的制造難度?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的一種電荷補償MOS半導體裝置的剖面示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的一種電荷補償MOS半導體裝置的剖面示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明的一種電荷補償MOS半導體裝置的剖面示意圖。
[0011]其中，1、襯底層；2、第二傳導類型半導體材料；3、第一傳導類型半導體材料；4、摻 氧多晶硅；5、多晶半導體材料；7、漂移層；8、體區(qū)；9、源區(qū)；10、二氧化硅。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
[0013]圖1為本發(fā)明的一種電荷補償MOS半導體裝置的剖面圖，下面結合圖1詳細說明 本發(fā)明的半導體裝置。
[0014]一種電荷補償MOS半導體裝置，包括:襯底層1，為N傳導類型半導體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE19cm_3 ;漂移層7，位于襯底層I之上，為N傳導類型的半導體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為38um ;體區(qū)8，位于漂移層7之上，為P傳導類型的半導體硅 材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重摻雜接觸區(qū)，體區(qū)8厚度為4um ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)
8,為磷原子重摻雜N傳導類型的半導體娃材料,源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化娃10,為娃材 料的氧化物，位于溝槽側壁；摻氧多晶硅4，位于溝槽內下部；多晶半導體材料5，為磷原子 重摻雜的多晶硅，位于溝槽上部，為器件引入柵極。
[0015]本實施例的工藝制造流程如下:
[0016]第一步，在襯底層I表面通過外延生長第一傳導類型半導體材料層，形成漂移層 7 ；
[0017]第二步，在表面淀積氮化硅層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氮化硅；
[0018]第三步，進行磷擴散，然后進行硼擴散工藝，形成器件的體區(qū)8和源區(qū)9 ；
[0019]第四步，去除表面氧化層，進行干法硅刻蝕，去除硅半導體材料，形成溝槽；
[0020]第五步，在溝槽內淀積形成摻氧多晶硅4，進行摻氧多晶硅4反刻蝕；
[0021]第六步，進行熱氧化工藝，在溝槽內壁形成二氧化硅10，淀積柵極介質多晶半導體 材料5，進行柵極介質多晶硅反刻蝕；
[0022]第七步，在器件表面淀積二氧化硅，光刻腐蝕去除柵極介質、源區(qū)9和體區(qū)8表面 的二氧化硅和氮化硅，如圖1所示。
[0023]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出源極電極和 柵極電極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極電極。
[0024]實施例2
[0025]圖2為本發(fā)明的一種電荷補償MOS半導體裝置的剖面圖，下面結合圖2詳細說明 本發(fā)明的半導體裝置。
[0026]一種電荷補償MOS半導體裝置，包括:襯底層1，為N傳導類型半導體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE19Cm_3 ;第一傳導類型半導體材料3，位于襯底層I之上，臨靠溝槽側壁，為 N傳導類型的半導體硅材料，磷原子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為32um ;體區(qū)8，位于漂移層 7之上，為P傳導類型的半導體硅材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重摻雜接觸區(qū)，體區(qū)8臨靠 第一傳導類型半導體材料3區(qū)域的硼原子摻雜濃度為2E16Cm_3 ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)8，為磷原子重摻雜N傳導類型的半導體硅材料；源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化硅10，為硅材料 的氧化物，位于溝槽側壁；摻氧多晶硅4，位于溝槽內下部；多晶半導體材料5，為磷原子重 摻雜的多晶硅，位于溝槽上部，為器件引入柵極。
[0027]本實施例的工藝制造流程如下:
[0028]第一步，在襯底層I表面通過外延生長第二傳導類型半導體材料層，形成體區(qū)8 ；
[0029]第二步，在表面淀積氮化硅層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氮化硅；
[0030]第三步，進行干法硅刻蝕，去除硅半導體材料，形成溝槽；
[0031]第四步，在溝槽內壁進行磷擴散，去除溝槽內壁表面氧化層；
[0032]第五步，在溝槽內淀積形成摻氧多晶硅4，進行摻氧多晶硅4反刻蝕；
[0033]第六步，在溝槽內壁進行硼擴散，進行熱氧化工藝，在溝槽內壁形成二氧化硅10， 淀積柵極介質多晶半導體材料5，進行柵極介質多晶硅反刻蝕；
[0034]第七步，在器件表面淀積二氧化硅，光刻腐蝕去除表面部分二氧化硅和氮化硅，進 行磷擴散工藝形成源區(qū)9 ；
[0035]第八步，在器件表面光刻腐蝕去除部分二氧化硅，為器件刻出源極9和柵極引線 孔，如圖2所示。
[0036]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出源極電極和 柵極電極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極電極。
[0037]實施例3
[0038]圖3為本發(fā)明的一種電荷補償MOS半導體裝置的剖面圖，下面結合圖3詳細說明 本發(fā)明的半導體裝置。
[0039]一種電荷補償MOS半導體裝置，包括:襯底層1，為N傳導類型半導體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE19cm_3 ;漂移層7，位于襯底層I之上，為N傳導類型的半導體硅材料，磷原 子摻雜濃度為lE16cnT3,厚度為38um ;第二傳導類型半導體材料2,位于襯底層I之上,臨靠 溝槽側壁，為P傳導類型的半導體硅材料，硼原子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為32um ;體區(qū) 8，位于漂移層7之上，為P傳導類型的半導體硅材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重摻雜接觸 區(qū)，體區(qū)8厚度為4um ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)8，為磷原子重摻雜N傳導類型的半導體硅 材料，源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化硅10，為硅材料的氧化物，位于溝槽側壁；摻氧多晶硅4， 位于溝槽內下部；多晶半導體材料5，為磷原子重摻雜的多晶硅，位于溝槽上部，為器件引 入柵極。
[0040]本實施例的工藝制造流程如下:
[0041]第一步，在襯底層I表面通過外延生長第一傳導類型半導體材料層，形成漂移層 7 ；
[0042]第二步，在表面淀積氮化硅層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氮化硅；
[0043]第三步，進行磷擴散，然后進行硼擴散工藝，形成器件的體區(qū)8和源區(qū)9 ；
[0044]第四步，去除表面氧化層，進行干法硅刻蝕，去除硅半導體材料，形成溝槽；
[0045]第五步，在溝槽內壁表面淀積形成第二傳導類型半導體材料2，在溝槽內淀積摻氧 多晶硅4，進行摻氧多晶硅4和第二傳導類型半導體材料2反刻蝕；
[0046]第六步，進行熱氧化工藝，在溝槽內壁形成二氧化硅10，淀積柵極介質多晶半導體 材料5，進行柵極介質多晶硅反刻蝕；[0047]第七步，在器件表面淀積二氧化硅，光刻腐蝕去除柵極介質、源區(qū)9和體區(qū)8表面 的二氧化硅和氮化硅，如圖3所示。
[0048]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出源極電極和 柵極電極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極電極。
[0049]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其它實例實現本發(fā)明，本發(fā)明不局 限于上述具體實例，因此本發(fā)明由所附權利要求范圍限定。
【權利要求】
1.一種電荷補償MOS半導體裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導體材料；漂移層，為第一傳導類型的半導體材料，位于襯底層之上；多個溝槽，位于漂移層表面，溝槽內下部設置有摻氧多晶半導體材料；體區(qū)，為第二傳導類型的半導體材料，位于溝槽間漂移層上部；源區(qū)，為第一傳導類型的半導體材料，位于體區(qū)內上部臨靠溝槽和器件表面；柵極介質，為多晶半導體材料或金屬，位于溝槽內上部，柵極介質與體區(qū)和源區(qū)間通過 絕緣材料層進行隔離。
2.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的摻氧多晶硅可以為具有導電 雜質摻雜的摻氧多晶半導體材料。
3.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的溝槽內下部設置的摻氧多晶 半導體材料可以為摻氧多晶硅。
4.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的溝槽內下部設置的摻氧多晶 半導體材料可以位于溝槽內壁，同時溝槽內下部填充絕緣材料。
5.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的摻氧多晶半導體材料與漂移 層第一傳導半導體材料可以形成電荷補償結構。
6.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的溝槽內下部設置的摻氧多晶 半導體材料附近區(qū)域可以設置有條狀第二傳導類型的半導體材料，且其與體區(qū)不相連。
7.如權利要求6所述的半導體裝置，其特征在于:所述的條狀第二傳導類型的半導體 材料和摻氧多晶半導體材料與漂移層第一傳導半導體材料可以形成電荷補償結構。
8.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的漂移層中可以設置條狀第二 傳導類型的半導體材料，其與體區(qū)相連，與摻氧多晶半導體材料不相連。
9.如權利要求8所述的半導體裝置，其特征在于:所述的條狀第二傳導類型的半導體 材料和摻氧多晶半導體材料與漂移層第一傳導半導體材料可以形成電荷補償結構。
10.如權利要求1所述的一種電荷補償MOS半導體裝置的制備方法，其特征在于:包括 如下步驟:1)在襯底層外延生長第一傳導類型半導體材料層；2)在半導體材料表面形成鈍化層，在待形成溝槽區(qū)表面去除鈍化層；3)在所形成窗口依次進行第二傳導類型雜質擴散和第一傳導類型雜質擴散；4)在所形成窗口進行刻蝕半導體材料，形成溝槽；5)在溝槽內淀積摻氧多晶半導體材料，干法反刻蝕摻氧多晶半導體材料；6)進行熱氧化，在溝槽內壁形成鈍化層，淀積柵極介質，進行柵極介質回刻蝕；7)在器件表面淀積鈍化層，腐蝕去除柵極介質、源區(qū)和體區(qū)表面的鈍化層。
【文檔編號】H01L21/336GK103594514SQ201210294747
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月17日 優(yōu)先權日:2012年8月17日
【發(fā)明者】朱江 申請人:朱江