超級(jí)結(jié)功率器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級(jí)結(jié)功率器件，其N柱與P柱交替排列，另外，包括位于N柱上方的多晶硅柵電極和源極的形成，P阱的形成及包覆所述多晶硅柵電極的隔離介質(zhì)層，貫穿P柱中的接觸孔及位于頂端的金屬填充物，其中，所述接觸孔中填充有所述金屬填充物，所述金屬填充物與N型外延層接觸形成肖特基接觸，本發(fā)明于超級(jí)結(jié)深溝槽內(nèi)挖深孔形成嵌入肖特基區(qū)域，能增加器件的反向恢復(fù)速度，增大器件集成度；本發(fā)明還公開了一種制造上述超級(jí)結(jié)功率器件的方法。
【專利說(shuō)明】超級(jí)結(jié)功率器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成電路器件，特別是涉及一種超級(jí)結(jié)功率器件；本發(fā)明還涉及一種制造該器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1、圖2所示，目前市場(chǎng)上的超級(jí)結(jié)功率器件可以主要分為兩大區(qū)域，一塊區(qū)域做超級(jí)結(jié)101，另一塊區(qū)域做肖特基結(jié)102，其中在超級(jí)結(jié)101中P柱和N柱交替排列，還包括:在N柱的上方的P阱105、多晶硅柵電極104、源極106及包覆在源極106上方的氧化隔離層103 ;其中多晶硅柵電極104位于N柱110的中部，寬度小于N柱110 ;肖特基結(jié)102中設(shè)置有接觸孔108，通過(guò)接觸孔108實(shí)現(xiàn)肖特基接觸；并且超級(jí)結(jié)101和肖特基結(jié)102頂部被金屬填充物109覆蓋，底部包裹在N型外延層中；現(xiàn)有技術(shù)中超級(jí)結(jié)101結(jié)構(gòu)均不帶肖特基或旁路結(jié)構(gòu)，其肖特基結(jié)構(gòu)位于肖特基結(jié)102中，其中，肖特基結(jié)102與超級(jí)結(jié)101的寬度比例大約為1:2 ;另外，現(xiàn)有超級(jí)結(jié)功率器件制作的技術(shù)步驟包括:深溝槽刻蝕；采用外延工藝填充深溝槽形成P柱并回刻；柵極溝槽刻蝕，柵氧填充柵極溝槽并在其頂部多晶硅生長(zhǎng)并回刻；P阱注入；源注入；接觸孔淀積，刻蝕，注入；進(jìn)行肖特基開孔；最后進(jìn)行金屬填充，刻蝕；背部處理等后續(xù)步驟。
[0003]采用上述方法制造的超級(jí)結(jié)功率器件，其集成度比較低，需要消耗約三分之一的器件面積作為肖特基結(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0005]一種超級(jí)結(jié)功率器件，在基片上形成P柱與N柱交替排列的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述P柱中設(shè)置有一接觸孔，所述接觸孔貫穿所述P柱，寬度小于所述P柱，;在所述接觸孔中注入金屬填充物，與N型外延層形成肖特基接觸。
[0006]進(jìn)一步的，還包括位于所述N柱上方的多晶硅柵電極、源極和P阱以及包覆所述多晶硅柵電極的隔離介質(zhì)層。
[0007]進(jìn)一步的，所述P阱，離子注入工藝條件為:注入劑量范圍為1E12?1E14CM_2，注入能量范圍為80keV?300keV。
[0008]進(jìn)一步的，所述N型外延層的電阻率為3?10歐姆.厘米。
[0009]進(jìn)一步的，對(duì)于所述N型外延層，僅需劑量范圍為O?1E12CM_2的P型硼注入形成肖特基接觸。
[0010]一種超級(jí)結(jié)功率器件，在基片上形成P柱與N柱交替排列的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述N柱中設(shè)置有一接觸孔，所述接觸孔貫穿所述N柱，寬度小于所述N柱，;在所述接觸孔中注入金屬填充物，與P型外延層形成肖特基接觸。
[0011]一種超級(jí)結(jié)功率器件的制造方法，其步驟包括:
[0012]步驟1、在基片上方氧化物上曝光開窗口；[0013]步驟2、在所述窗口下方刻蝕一深溝槽；
[0014]步驟3、采用外延工藝填充所述深溝槽形成P柱；
[0015]步驟4、刻蝕形成柵極溝槽，在所述柵極溝槽內(nèi)壁覆蓋一層?xùn)叛?，在所述柵氧上生長(zhǎng)多晶硅，形成多晶硅電極；
[0016]步驟5、P阱注入；
[0017]步驟6、源極注入；
[0018]步驟7、隔離介質(zhì)層第一次淀積，并進(jìn)行干法刻蝕；
[0019]步驟8、隔離介質(zhì)層第二次淀積，采用干法刻蝕、濕法刻蝕或干法濕法混合刻蝕；
[0020]步驟9、在P柱中部刻蝕接觸孔，所述接觸孔貫穿所述P柱，寬度小于所述P柱；在所述接觸孔中注入金屬填充物，與N柱形成肖特基接觸；
[0021]步驟10、對(duì)所述隔離介質(zhì)層進(jìn)行濕法普刻蝕；
[0022]步驟11、進(jìn)行傳統(tǒng)后續(xù)步驟，形成最終器件。
[0023]進(jìn)一步的，還包括肖特基接觸注入調(diào)節(jié)。
[0024]一種超級(jí)結(jié)功率器件的制造方法，其步驟包括:
[0025]步驟1、在基片上方氧化物上曝光開窗口；
[0026]步驟2、在所述窗口下方刻蝕一深溝槽；
[0027]步驟3、采用外延工藝填充所述深溝槽形成N柱；
[0028]步驟4、刻蝕形成柵極溝槽，在所述柵極溝槽內(nèi)壁覆蓋一層?xùn)叛酰谒鰱叛跎仙L(zhǎng)多晶硅，形成多晶硅電極；
[0029]步驟5、N阱注入；
[0030]步驟6、源極注入；
[0031]步驟7、隔離介質(zhì)層第一次淀積，并進(jìn)行干法刻蝕；
[0032]步驟8、隔離介質(zhì)層第二次淀積，采用干法刻蝕、濕法刻蝕或干法濕法混合刻蝕；
[0033]步驟9、在N柱中部刻蝕接觸孔，所述接觸孔貫穿所述N柱，寬度小于所述N柱；在所述接觸孔中注入金屬填充物，與P柱形成肖特基接觸；
[0034]步驟10、對(duì)所述隔離介質(zhì)層進(jìn)行濕法普刻蝕；
[0035]步驟11、進(jìn)行傳統(tǒng)后續(xù)步驟，形成最終器件。
[0036]進(jìn)一步的，還包括肖特基接觸注入調(diào)節(jié)。
[0037]本發(fā)明更改了肖特基接觸設(shè)計(jì)和工藝，于超級(jí)結(jié)深溝槽內(nèi)挖深孔形成嵌入肖特基區(qū)域，從而去除了原本超級(jí)結(jié)功率器件中的肖特基結(jié)部分所占用的面積消耗，增大了器件集成度；并且相當(dāng)于無(wú)肖特基結(jié)構(gòu)的超級(jí)結(jié)功率器件能增加器件的反向恢復(fù)速度，。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0038]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明[0039]圖1是現(xiàn)有技術(shù)超級(jí)結(jié)功率器件的結(jié)構(gòu)圖；[0040]圖2是現(xiàn)有技術(shù)超級(jí)結(jié)功率器件的示意圖；[0041]圖3a-3m是形成器件本發(fā)明超級(jí)結(jié)功率器件各步驟示意圖；[0042]圖4是本發(fā)明超級(jí)結(jié)功率器件的結(jié)構(gòu)圖；[0043]圖5是本發(fā)明超級(jí)結(jié)功率器件區(qū)域設(shè)計(jì)示意圖。[0044]主要元件符號(hào)說(shuō)明如下:
[0045]超級(jí)結(jié)101肖特基結(jié)102
[0046]氧化隔離層103多晶硅柵電極104
[0047]P 阱 105源極 106
[0048]P 柱 107接觸孔 108
[0049]金屬填充物109N柱110
[0050]N型外延層301氧化層302
[0051]深溝槽303P 柱 304
[0052]N柱305柵極溝槽306
[0053]多晶硅柵電極307P阱308
[0054]源極309隔離介質(zhì)層310
[0055]接觸孔311肖特基注入調(diào)節(jié)位置312
[0056]N 柱 401P 柱 402
[0057]多晶硅柵電極403P阱404
[0058]源極405隔離介質(zhì) 層406
[0059]接觸孔407金屬填充物408
【具體實(shí)施方式】
[0060]在本發(fā)明被詳細(xì)描述之前，要注意的是在以下的說(shuō)明內(nèi)容中，類似的組件是以相同的編號(hào)來(lái)表不。
[0061]為使貴審查員對(duì)本發(fā)明的目的、特征及功效能夠有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，以下以N型超級(jí)結(jié)功率器件配合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】詳述如后:
[0062]如圖3所述，本發(fā)明方法步驟如下:
[0063]1、基片準(zhǔn)備，基片上有N型外延層301，如圖3a。
[0064]2、深溝槽303光刻開窗口 ；在氧化層302上曝光形成如圖3b所示的開口。
[0065]3、深溝槽303刻蝕；在上述開口下方刻蝕形成一深溝槽303，如圖3c ;所述氧化層302在深溝槽303刻蝕完成后刻蝕去除。
[0066]4、采用外延工藝填充深溝槽303，形成P柱304，在各P柱之間的N型外延層則為N柱305，P柱與N柱間隔交替排列，如附圖3d。
[0067]5、在N柱305中部進(jìn)行光刻開窗口，并刻蝕形成柵極溝槽306，其寬度小于N柱的寬度，如圖3e ;其中P柱頂端為氧化層302。
[0068]6、在柵極溝槽306內(nèi)壁覆蓋一層?xùn)叛?，并在柵氧上生長(zhǎng)多晶硅，形成多晶硅柵電極307，如圖3f ;其中P柱頂端為氧化層302，所述氧化層302在多晶硅柵電極307形成后刻蝕去除。
[0069]7、進(jìn)行P阱308注入；在基片301表面形成P阱308，其深度下于多晶硅柵電極307的深度如圖3g。
[0070]8、在P阱308上方進(jìn)行源極309注入，其寬度小于P阱308的寬度，深度小于P阱308的深度，如圖3h。
[0071]9、隔離介質(zhì)層310第一次淀積，在基片上形成隔離介質(zhì)層310薄膜，然后對(duì)其進(jìn)行干法刻蝕，形成如圖3i的隔離介質(zhì)層310。
[0072]10、隔離介質(zhì)層310第二次淀積，在基片上形成隔離介質(zhì)層310薄膜，然后對(duì)其進(jìn)行濕法刻蝕、干法刻蝕或兩者混合刻蝕，形成如圖3j的隔離介質(zhì)層310。
[0073]n、在P柱304中部刻蝕接觸孔311，刻蝕寬度小于P柱寬度，刻蝕深度等于P柱的深度，形成如圖3k所示接觸孔311。
[0074]12、進(jìn)行肖特基接觸注入調(diào)節(jié)，形成肖特基接觸，肖特基注入調(diào)節(jié)位置312，如圖31 ;只有當(dāng)金屬填充物不能形成肖特基勢(shì)壘要求時(shí)，才需要此步驟。
[0075]13、對(duì)隔離介質(zhì)層310進(jìn)行濕法普刻蝕，形成如圖3m所示隔離介質(zhì)層310。
[0076]14、對(duì)器件進(jìn)行金屬填充，刻蝕及背面處理等傳統(tǒng)后續(xù)處理步驟，形成最終器件。
[0077]根據(jù)上述方法形成的器件結(jié)構(gòu)，如圖4所示:其中在N型外延層上方N柱401與P柱402交替排列，另外，包括位于N柱401上方的多晶硅柵電極403和源極405，P阱404及包覆所述多晶硅柵電極40 3的隔離介質(zhì)層406，貫穿P柱402中的接觸孔407及位于頂端的金屬填充物408，其中，在所述接觸孔407中，填充有所述金屬填充物408，所述金屬填充物與N型外延層接觸形成肖特基接觸，所述N型外延層選取電阻率在3~10歐姆?厘米之間；所述P阱404，其注入劑量范圍選取在1E12CM_2~1E14CM_2，能量范圍選取在80keV~300keV ;在肖特基接觸中，對(duì)于3~10歐姆?厘米的低摻雜N型外延層，僅需O~1E12CM_2的P型硼注入形成肖特基接觸。
[0078]如圖5所示，為本發(fā)明器件區(qū)域設(shè)計(jì)示意圖，包括，接觸孔區(qū)501、P柱502及N柱503 ;可以用于小尺寸高集成度需求的器件中。這是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，其中接觸孔501、P柱502及N柱503的形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0079]P型超級(jí)結(jié)功率器件的結(jié)構(gòu)和制作方法與N型超級(jí)結(jié)功率器件類似，不做過(guò)多論述。
[0080]以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)結(jié)功率器件，在基片上形成P柱與N柱交替排列的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述P柱中設(shè)置有一接觸孔，所述接觸孔貫穿所述P柱，寬度小于所述P柱；在所述接觸孔中注入金屬填充物，與N型外延層形成肖特基接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)功率器件，其特征在于:還包括位于所述N柱上方的多晶硅柵電極、源極和P阱以及包覆所述多晶硅柵電極的隔離介質(zhì)層。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于:所述P阱，離子注入工藝條件為:注入劑量范圍為1E12~lE14Cr2，注入能量范圍為80keV~300keV。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于:所述N型外延層的電阻率為3~10歐姆?厘米。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于:對(duì)于所述N型外延層，僅需劑量范圍為O~1E12CM_2的P型硼注入形成肖特基接觸。
6.一種超級(jí)結(jié)功率器件，在基片上形成P柱與N柱交替排列的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述N柱中設(shè)置有一接觸孔，所述接觸孔貫穿所述N柱，寬度小于所述N柱；在所述接觸孔中注入金屬填充物，與P型外延層形成肖特基接觸。
7.—種如權(quán)利要求1所述器件的制造方法，其步驟包括: 步驟1、在基片上方氧化物上曝光開窗口 ； 步驟2、在所述窗口下方刻蝕一深溝槽； 步驟3、采用外延工藝填充所述深溝槽形成P柱； 步驟4、刻蝕形成柵極溝槽，在所述柵極溝槽內(nèi)壁覆蓋一層?xùn)叛酰谒鰱叛跎仙L(zhǎng)多晶硅，形成多晶硅電極； 步驟5、P阱注入； 步驟6、源極注入； 步驟7、隔離介質(zhì)層第一次淀積，并進(jìn)行干法刻蝕； 步驟8、隔離介質(zhì)層第二次淀積，采用干法刻蝕、濕法刻蝕或干法濕法混合刻蝕； 步驟9、在P柱中部刻蝕接觸孔，所述接觸孔貫穿所述P柱，寬度小于所述P柱；在所述接觸孔中注入金屬填充物，與N柱形成肖特基接觸； 步驟10、對(duì)所述隔離介質(zhì)層進(jìn)行濕法普刻蝕； 步驟11、進(jìn)行傳統(tǒng)后續(xù)步驟，形成最終器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:在步驟9和步驟10之間還包括肖特基接觸注入調(diào)節(jié)。
9.一種如權(quán)利要求6所述器件的制造方法，其步驟包括: 步驟1、在基片上方氧化物上曝光開窗口 ； 步驟2、在所述窗口下方刻蝕一深溝槽； 步驟3、采用外延工藝填充所述深溝槽形成N柱； 步驟4、刻蝕形成柵極溝槽，在所述柵極溝槽內(nèi)壁覆蓋一層?xùn)叛?，在所述柵氧上生長(zhǎng)多晶硅，形成多晶硅電極； 步驟5、N阱注入； 步驟6、源極注入； 步驟7、隔離介質(zhì)層第一次淀積，并進(jìn)行干法刻蝕；步驟8、隔離介質(zhì)層第二次淀積，采用干法刻蝕、濕法刻蝕或干法濕法混合刻蝕；步驟9、在N柱中部刻蝕接觸孔，所述接觸孔貫穿所述N柱，寬度小于所述N柱；在所述接觸孔中注入金屬填充物，與P柱形成肖特基接觸；步驟10、對(duì)所述隔離介質(zhì)層進(jìn)行濕法普刻蝕；步驟11、進(jìn)行傳統(tǒng)后續(xù)步驟，形成最終器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:在步驟9和步驟10之間還包括肖特基接觸注入調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】H01L29/15GK103515436SQ201210216629
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】顏樹范, 張朝陽(yáng), 李江華, 朱輝 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司