[发明专利]一种超结功率器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种超结功率器件及其制造方法，涉及半导体芯片制造技术领域。该方法包括：在N型衬底经外延生成的N型外延层，注入形成第一P型区域和N型截止区域；在所述第一P型区域和所述N型截止区域之间的所述N型外延层上，形成一凹槽结构的P型注入窗口，所述凹槽结构的深度大于所述第一P型区域的深度；在所述P型注入窗口内进行注入，形成与所述第一P型区域连通的第二P型区域。本发明的方案通过刻蚀形成足够深度的P型注入窗口，从而在离子注入后得到具有足够深度的P型注入区，避免了长时间的热退火，提高了超结功率器件的电荷平衡度。

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造技术领域，特别是指一种超结功率器件及其制造方法。

背景技术

功率器件的最重要性能就是阻断高压，器件经过设计可以在PN结，金属-半导体接触，场效应管MOS界面的耗尽层上承受高压。随着外加电压的增加，耗尽层电场强度也会增大，最终超过材料极限出现雪崩击穿。在器件边缘耗尽区电场曲率增大，会导致电场强度比管芯内部大，在电压升高的过程中管芯边缘会早于管芯内部出现雪崩击穿，为了最大化器件的性能，需要在器件边缘设计分压结构，减少有源区(元胞区)边缘PN结的曲率，使耗尽层横向延伸，增强水平方向的耐压能力，使器件的边缘和内部同时发生击穿。截止环在分压结构和划片槽区域之间，分布在芯片的最外围，在高可靠性要求和模块封装的器件上时不可缺少的。

此外，传统功率金属氧化物半导体场效应管MOSFET通常采用垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管VDMOS结构，为了承受高压，会降低漂移区掺杂浓度或者增加漂移区厚度，却带来了导通电阻急剧增大的后果。一般传统功率MOSFET的导通电阻或击穿电压呈2.5次方关系，这个关系被称为“硅极限”。超结VDMOS基于电荷补偿原理，使器件的导通电阻与击穿电压呈1.32次方关系，很好的解决了导通电阻和击穿电压之间的矛盾。超结MOSFET和传统功率MOSFET结构相比，采用交替的P柱和N柱进行电荷补偿，使P区和N区相互耗尽，形成理想的平顶电场分布和均匀的电势分布，从而达到提高击穿电压并降低导通电阻的目的。但是要达到理想的效果，其前提条件就是电荷平衡。

但是，在超结VDMOS中的分压结构--结终端结构，虽然可以与有源区一起扩散形成，无需增加工艺，实现提高器件的抗击穿性，但是主结周围直接通过注入形成的P型注入区域，为了达到足够的深度以提高耐压性，需要进行长时间的热退火，而这种长时间的热退火又会影响到超结VDMOS中电荷平衡，进而影响器件的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种超结功率器件及其制造方法，通过刻蚀形成足够深度的P型注入窗口，从而在离子注入后得到具有足够深度的P型注入区，避免了长时间的热退火，提高了超结功率器件的电荷平衡度。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种超结功率器件的制造方法，所述制造方法包括：

在N型衬底经外延生成的N型外延层，注入形成第一P型区域和N型截止区域；

在所述第一P型区域和所述N型截止区域之间的所述N型外延层上，形成一凹槽结构的P型注入窗口，所述凹槽结构的深度大于所述第一P型区域的深度；

在所述P型注入窗口内进行注入，形成与所述第一P型区域连通的第二P型区域。

其中，所述制造方法还包括：

在所述第一P型区域、所述N型外延层、所述第二P型区域和所述N型截止区域的表面热氧化形成第一氧化层；

在所述第一氧化层上光刻和刻蚀形成第一开口和第二开口；

在所述第一开口、所述第二开口内，以及剩余的所述第一氧化层上形成具有高电阻的导电层，所述导电层通过所述第一开口与所述第一P型区域电连接，所述导电层通过所述第二开口与所述N型外延层或所述N型截止区域电连接；

在所述导电层表面热氧化形成第二氧化层。