[发明专利]超结器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种超结器件，超结结构采用多次沟槽刻蚀加填充工艺形成，对应沟槽在纵向上分成两个以上的子沟槽，各子沟槽中填充由第二导电类型子柱并叠加形成第二导电类型柱。在各子沟槽的叠加位置处的第一夹断电压会降低，调节叠加位置处底部对应的第二导电类型子柱的各纵向位置处对应的第二夹断电压到小于第一夹断电压，从而保证反偏时各叠加位置底部的第二导电类型子柱都先于叠加位置夹断。本发明还提供一种超结器件的制造方法。本发明能采用多次沟槽刻蚀加填充形成的超结结构从而降低工艺难度，同时能保证子沟槽的叠加位置底部的第二导电类型柱先夹断，能提高超结器件的击穿电压。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种超结(super junction)器件；本发明还涉及一种超结器件的制造方法。

背景技术

超结器件如超结MOSFET中采用了超结结构，超结结构由交替排列的N型柱和P型柱组成结构。如果用超结结构来取代垂直双扩散MOS晶体管(Vertical Double-diffusedMetal-Oxide-Semiconductor，VDMOS)器件中的N型漂移区，在导通状态下通过N型柱提供导通通路，导通时P型柱不提供导通通路；在截止状态下由PN立柱共同承受反偏电压，就形成了超结MOSFET。所以，超结MOSFET是在VDMOS基础上，在横向上加入具有纵向结构的P型柱。在很低的击穿电压情况下，P型柱跟由N型漂移区形成的N型柱进行横向耗尽，从而能在不降低击穿电压的情况下，大幅降低漂移区的导通电阻，从而可以实现更小的芯片面积和更快的开关速度。

超结MOSFET的超结结构中通常是在N型外延层中形成P型柱来实现，P型柱的形成有两种实现方式，一种是基于多次外延的工艺，另外一种是基于深沟槽即超结结构对应的沟槽的刻蚀的工艺。多次外延工艺具有实现方式简单，但是工艺步骤多，流程长。对于目前600V的超结MOSFET器件，采用多次外延技术，需要外延的层数通常超过7次，甚至达到13次。而基于深槽刻蚀和P型硅填入工艺形成P型柱，P型柱的形成仅仅是通过一次深槽刻蚀形成的，工艺步骤少。但是为了保证P型硅填入没有缺陷，其深槽刻蚀的角度通常不是垂直的，而是倾斜的，其角度通常在88度～89度之间。

如图1A至图1B所示，是现有第一种超结器件的制造方法形成超结结构的各步骤中的器件结构图；现有第一种超结器件的制造方法中，形成超结结构的步骤包括：

如图1A所示，提高一半导体衬底如硅衬底，通常所述半导体衬底为N+掺杂，掺杂杂质通常选用扩散速率较慢的As。所述半导体衬底的电阻率通常在1mΩ*cm～2mΩ*cm之间。在所述半导体衬底表面形成有N型外延层如N型硅外延层101，击穿电压越高，所需的所述N型外延层101的厚度越厚。对于目前常用的600V的超结MOSFET，其所述N型外延层101的厚度通常为50μm。

之后，采用光刻加刻蚀工艺在所述N型外延层101中形成沟槽102。通常，形成所述沟槽102的工艺中需要采用到硬质掩模层(Hard Mask)104。通常Hard Mask是由氧化层(Oxide)组成，也可以是氧化层加氮化层加氧化层的叠加层(Oxide+Nitride+Oxide，ONO)结构。

具体为：先在所述N型外延层101的表面形成所述硬质掩模层104，之后光刻定义出所述沟槽102的形成区域；之后，依次刻蚀所述硬质掩模层104和所述N型外延层101形成所述沟槽102。所述沟槽102刻蚀的角度通常是倾斜的，为88度～89度之间。这样会导致所述沟槽102上面的开口大，下面的开口小。以600V超结器件为例，所述沟槽102的开口为4μm，所述沟槽102刻蚀的深度为40μm,所述沟槽102刻蚀的倾斜角通常为88.5度，所述沟槽102底部的开口仅仅只有1.9μm，不到顶部开口的50％。