本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及工藝制造領(lǐng)域，特別是涉及一種針對(duì)超結(jié)功率半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、長期以來，市面上越來越需要低導(dǎo)通電阻的功率器件，來滿足生產(chǎn)及生活中降低導(dǎo)通損耗的需求，超級(jí)結(jié)器件便應(yīng)運(yùn)而生。超結(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(huì)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、sj功率器件作為高壓器件，利用多個(gè)pn超結(jié)結(jié)構(gòu)作為漂移層，從而提高漂移區(qū)的摻雜濃度，太大降低導(dǎo)通電阻。隨著工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們?yōu)榱双@得更低的導(dǎo)通電阻，更小的元胞尺寸（pitch）、更濃外延的sj-mosfet器件成為新一代技術(shù)的發(fā)展方向。

3、通常的超級(jí)結(jié)器件在中高壓電壓段應(yīng)用較多，但隨著人們環(huán)保意識(shí)及節(jié)能減排意識(shí)的提高，低壓段對(duì)功率器件低導(dǎo)通電阻的需求也越來越高，由此低壓超級(jí)結(jié)器件是一個(gè)很好的解決方案。

4、可是，當(dāng)人們制造低壓超級(jí)結(jié)器件時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，該類型器件的導(dǎo)通電阻確實(shí)比其他類型同電壓段的要低，但是器件柵漏電容cgd較大，開關(guān)速度不滿足電路設(shè)計(jì)需求。后續(xù)人們將sgt與sj器件結(jié)合，能夠有效降低cgd，從而提高了開關(guān)速度。

5、這種結(jié)構(gòu)可以參考圖1及圖2所示，其中圖2是圖1中虛線框內(nèi)結(jié)構(gòu)的局部放大圖。虛線框內(nèi)是超結(jié)pn柱中的n柱部分，n柱是由n型襯底或外延直接構(gòu)成，p柱是在n型襯底中刻蝕深溝槽然后填充p型外延形成。虛線框內(nèi)的主體部分是上下結(jié)構(gòu)的多晶硅柵極3和位于多晶硅柵極下方的源極多晶硅4，兩者之間以及與襯底之間以氧化硅5進(jìn)行隔離。從襯底表面到源極多晶硅下方的氧化硅底部的總體深度達(dá)到5μm。該結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻還存在改進(jìn)的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法，包含如下的工藝步驟：

3、步驟一，提供一半導(dǎo)體襯底，在所述的半導(dǎo)體襯底中形成n型外延層；再在所述的n型外延層中形成p-n-p-n的超結(jié)結(jié)構(gòu)；所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包含p柱及與p柱成梳齒狀交錯(cuò)排布的n柱；完成體區(qū)及表層摻雜層的注入；在所述的n型外延層表面形成一層光刻膠或者硬掩模層，在所述的n柱的上方進(jìn)行刻蝕打開所述光刻膠或者硬掩模層的窗口，對(duì)所述的n柱的頂部的外延層進(jìn)行刻蝕，在所述n柱的頂部形成溝槽；

4、在所述的n型外延層表面形成一層厚的第一氧化層，所述的氧化硅同時(shí)覆蓋在所述溝槽的側(cè)壁及底部；

5、在所述的溝槽內(nèi)形成第一多晶硅層并回刻，回刻后剩余的多晶硅在所述的溝槽內(nèi)形成源極；

6、回刻所述的第一氧化層，使所述的源極的多晶硅的兩側(cè)側(cè)壁的所述第一氧化層被去除一部分，兩側(cè)剩余的多晶硅的厚度低于源極下方的多晶硅的厚度；

7、形成第二氧化層；所述的第二氧化層形成于溝槽內(nèi)的側(cè)壁及所述的n型外延層表面；所述的第二氧化層與溝槽內(nèi)的所述第一氧化層連為一體；

8、再次形成第二多晶硅層；所述的第二多晶硅層將所述的源極的兩側(cè)，即將溝槽內(nèi)的剩余空間填滿，回刻后形成所述功率半導(dǎo)體器件的柵極。

9、進(jìn)一步地，所述的第一氧化層采用熱氧化法形成；所述的第一氧化層將所述的源極與所述的n型外延層隔離。

10、進(jìn)一步地，所述的第一氧化層回刻之后，溝槽側(cè)壁的n型外延層露出；所述第二氧化層通過熱氧化工藝形成，熱氧化之后所述的源極被第二氧化層包裹。

11、進(jìn)一步地，所述的第二氧化層的厚度低于所述的第一氧化層的厚度。

12、進(jìn)一步地，所述的第二多晶硅層回刻后，其剖面呈門型，將所述的源極進(jìn)行半包裹。

13、進(jìn)一步地，在所述的工藝步驟之后，還包括形成表面鈍化層，刻蝕接觸孔淀積金屬形成接觸引出的后續(xù)工藝。

14、本發(fā)明所述的一種功率半導(dǎo)體器件，包含：

15、在半導(dǎo)體襯底中，所述的功率半導(dǎo)體器件形成于超結(jié)結(jié)構(gòu)中；所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包含多個(gè)p柱以及與所述p柱成梳齒狀交錯(cuò)組合的多個(gè)n柱；所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)形成于n型外延層中；

16、所述的功率半導(dǎo)體器件的柵極及源極位于所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中n柱的頂部的溝槽中；

17、在所述的溝槽中，具有位于溝槽下部的源極和位于所述源極的上部的柵極；所述的源極和柵極之間，以及所述的源極和柵極與所述的n型外延層之間，均以絕緣介質(zhì)層進(jìn)行彼此隔離；

18、所述的柵極位于所述源極的上方，呈“門”字型覆蓋所述源極，將所述的源極半包裹在所述柵極的內(nèi)部，即所述的源極內(nèi)嵌于所述的“門”字型的柵極的內(nèi)部。

19、進(jìn)一步地，所述的絕緣介質(zhì)層為氧化硅層。

20、進(jìn)一步地，所述的柵極及源極材質(zhì)為多晶硅。

21、進(jìn)一步地，所述的n型外延層中還具有所述的功率半導(dǎo)體器件的體區(qū)以及n型摻雜層；所述的n型外延層表面還具有層間介質(zhì)層或者鈍化層，接觸孔穿過手術(shù)的層間介質(zhì)層或者鈍化層將所述的柵極、源極、體區(qū)引出至襯底表面。

22、進(jìn)一步地，通過調(diào)節(jié)柵極、源極的尺寸，實(shí)現(xiàn)cgd和導(dǎo)通電阻的平衡。

23、本發(fā)明所述的功率半導(dǎo)體器件，為超結(jié)結(jié)構(gòu)的sgt器件，其柵極和源極位于溝槽中，其所述的柵極呈“門”字形，所述的源極內(nèi)嵌于所述的“門”字形的柵極的內(nèi)部；在不改變?cè)衏gd的情況下使得器件具有更低的導(dǎo)通電阻。

技術(shù)特征：

1.一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于：包含如下的工藝步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于：所述的第一氧化層采用熱氧化法形成；所述的第一氧化層將所述的源極與所述的n型外延層隔離。

3.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于：所述的第一氧化層回刻之后，溝槽側(cè)壁的n型外延層露出；所述第二氧化層通過熱氧化工藝形成，熱氧化之后所述的源極被第二氧化層包裹。

4.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于：所述的第二氧化層的厚度低于所述的第一氧化層的厚度。

5.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于：所述的第二多晶硅層回刻后，其剖面呈門型，將所述的源極進(jìn)行半包裹。

6.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于：在所述的工藝步驟之后，還包括形成表面鈍化層，刻蝕接觸孔淀積金屬形成接觸引出的后續(xù)工藝。

7.一種功率半導(dǎo)體器件，其特征在于：

8.如權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述的絕緣介質(zhì)層為氧化硅層。

9.如權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述的柵極及源極材質(zhì)為多晶硅。

10.如權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述的n型外延層中還具有所述的功率半導(dǎo)體器件的體區(qū)以及n型摻雜層；所述的n型外延層表面還具有層間介質(zhì)層或者鈍化層，接觸孔穿過手術(shù)的層間介質(zhì)層或者鈍化層將所述的柵極、源極、體區(qū)引出至襯底表面。

11.如權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于：通過調(diào)節(jié)柵極、源極的尺寸，實(shí)現(xiàn)cgd和導(dǎo)通電阻的平衡。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法，所述的功率半導(dǎo)體器件形成于超結(jié)結(jié)構(gòu)中；所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包含多個(gè)P柱以及與所述P柱成梳齒狀交錯(cuò)組合的多個(gè)N柱；所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)形成于N型外延層中；所述的功率半導(dǎo)體器件的柵極及源極位于所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中N柱的頂部的溝槽中；在所述的溝槽中，具有位于溝槽下部的源極和位于所述源極的上部的柵極；所述的源極和柵極之間，以及所述的源極和柵極與所述的N型外延層之間，均以絕緣介質(zhì)層進(jìn)行彼此隔離；所述的柵極位于所述源極的上方，所述的源極內(nèi)嵌于所述的“門”字型的柵極的內(nèi)部。本發(fā)明所述的功率半導(dǎo)體器件在不改變?cè)蠧gd的情況下使得器件具有更低的導(dǎo)通電阻。

技術(shù)研發(fā)人員：支立明
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：2024/10/17