[发明专利]一种无源超结沟槽MOS半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到一种无源超结沟槽MOS半导体装置，本发明的半导体装置是超级势垒整流器和功率MOSFET器件的基础结构，本发明还涉及一种无源超结沟槽MOS半导体装置的制造工艺。 

背景技术

具有沟槽结构和超结结构的半导体器件，已成为器件发展的重要趋势。对于功率半导体器件，不断降低导通电阻和不断提高电流密度的要求成为器件发展的重要趋势。 

传统沟槽MOS器件在沟槽内壁生长有栅氧，沟槽内填充有多晶硅，沟槽边侧半导体材料依次设置有源区、体区和漏区。器件开通状态下的导通电阻主要受到漏区漂移层电阻的影响。 

发明内容

本发明针对上述问题提出，提出一种无源超结沟槽MOS半导体装置，其具有较低的导通电阻。 

一种无源超结沟槽MOS半导体装置，其特征在于：包括：衬底层，为半导体材料；漂移层，为第一传导类型的半导体材料，位于衬底层之上；体区，为第二传导类型的半导体材料，位于漂移层之上；多个沟槽，位于漂移层和体区中；多个无源第二传导类型半导体材料区，为条状第二传导类型的半导体材料，位于沟槽内下部内壁，并且不与体区相连；多个MOS结构，绝缘层位于沟槽内上部内壁表面，沟槽内填充有多晶半导体材料，并且多晶半导体材料不与无源第二传导类型半导体材料区相连，其之间为绝缘层；多个源区，为第一传导类型的半导体材料，临靠沟槽和体区。 

一种无源超结沟槽MOS半导体装置的制备方法，其特征在于：包括 如下步骤：在衬底层上通过外延生长形成第一传导类型的半导体材料漂移层；在表面形成钝化层，在待形成沟槽区域表面去除钝化层；进行第二传导类型杂质扩散，然后进行第一传导类型杂质扩散；进行刻蚀半导体材料，形成沟槽；在沟槽内形成第二传导类型的半导体材料；进行第二传导类型的半导体材料反刻蚀，在沟槽内形成绝缘层，在沟槽内形成多晶半导体材料；在器件表面形成钝化层，然后去除器件表面部分钝化层。 

本发明的一种无源超结沟槽MOS半导体装置，通过沟槽内下部的无源第二传导类型半导体材料区，将超结结构引入到沟槽MOS结构中，与传统的沟槽MOS器件相比，降低了器件的导通电阻；当器件(N沟道MOS)栅极相对源极接正压时，体区沟槽反型，器件导通；当器件栅极相对源极接负压时，漏区的沟槽可以反型，有益于提高器件的反向阻断压降；器件栅极相对源极接零点位时，无源第二传导类型半导体材料区与漂移层仍然可以形成电荷补偿，维持器件具有较高的反向阻断压降。 

附图说明

图1为本发明一种无源超结沟槽MOS半导体装置剖面示意图； 

图2为本发明第二种无源超结沟槽MOS半导体装置剖面示意图。 

其中， 

1、衬底层； 

2、漂移层； 

3、体区； 

4、源区； 

5、氧化层； 

6、无源P型半导体材料区； 

7、N型多晶半导体材料； 

8、氮化硅。 

具体实施方式

实施例1 

图1示出了本发明一种无源超结沟槽MOS半导体装置的示意性剖面图，下面结合图1详细说明通过本发明的半导体装置制造功率MOSFET器件。 

一种无源超结沟槽MOS半导体装置包括：衬底层1，为N导电类型半导体硅材料，磷原子掺杂浓度为1E19cm^-3；漂移层2，位于衬底层1之上，为N传导类型的半导体硅材料，磷原子掺杂浓度为1E16cm^-3，厚度为38um；体区3，位于漂移层2之上，为P传导类型的半导体材料，体区3的表面具有硼原子重掺杂接触区，体区3厚度为4um；源区4，临靠沟槽和体区3，为磷原子重掺杂N传导类型的半导体材料，源区4厚度为1.5um；氧化层5，为硅材料的氧化物，位于沟槽上部内壁；无源P型半导体材料区6，为P型单晶半导体硅材料，位于沟槽内下部，硼原子掺杂浓度为2E16cm^-3；沟槽的宽度为2um，沟槽之间的间距为4um，沟槽贯穿整个漂移层2；N型多晶半导体材料7，位于沟槽内上部，为高浓度杂质掺杂的多晶半导体材料。 

本实施例的工艺制造流程如下： 

第一步，在衬底层1上通过外延生产形成漂移层2； 

第二步，在表面热氧化形成氧化层5，在待形成沟槽区域表面去除氧化层5； 

第三步，进行硼扩散，形成体区3，然后进行磷扩散，形成源区4； 

第四步，进行干法刻蚀，去除半导体材料，形成沟槽；