改善反向恢复特性及雪崩能力的超结mos器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超结MOS器件，尤其是一种改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件，属于半导体MOS器件的技术领域。
【背景技术】
[0002]在中高压功率半导体器件领域，超结结构(Super Junct1n)已经被广泛采用。在超结功MOS的漂移区内，N柱与P柱交替邻接设置而成的多个P-N柱对形成超结结构。当具有超结结构的MOS器件截止时，超结结构中的N柱和P柱分别被耗尽，耗尽层从每个N柱与P柱间的P-N结界面延伸，由于N柱内的杂质量和P柱内的杂质量相等，因此耗尽层延伸并且完全耗尽N柱与P柱，从而支持器件耐压。对比传统功率VDMOS器件，超结MOS器件可以获得更加优异的器件耐压与导通电阻的折中关系。
[0003]然而，普通的超结器件的一个缺点就是它的寄生体二极管的反向恢复特性比较差，超结结构的P-N柱状结构是用来获得电荷平衡的，这给超结器件的寄生体二极管带来两个后果:一是P-N结的面积对比传统不带超结结构的功率M0S，如平面型双扩散M0S(PlanarVDM0S)大了许多，导致当超结MOS器件应用于需要反向续流二极管的一些拓扑电路的情况时，如半桥(例如HID半桥或LLC)和全桥(例如ZVS桥)，寄生体二极管在导通后，较大载流子注入使得反向恢复电荷Qrr和反向恢复峰值电流Irrm升高;二是由于P-N柱状结构的快速耗尽，会使得MOS器件的关断dv/dt增大，反向恢复硬度高。这些缺点，使得普通的超结器件在硬开关应用时由于较高的反向恢复峰值电流Irrn^Pdv/dt非常容易损坏。
[0004]为解决超结MOS器件体二极管反向恢复特性问题，目前有三种方式被提出或采用:I)、使用电子辐照在漂移层中制造缺陷，减小反向恢复过程中载流子寿命，降低反向恢复电荷。但这种方法会带来器件漏电增加，并且辐照产生的缺陷会在高温和长期工作后恢复，影响器件可靠性;2)、使用重金属掺杂，在器件漂移层中形成复合中心，减小反向恢复过程中载流子寿命，这种方式制造工艺特殊，工艺成本高，器件漏电特性也会变差;3)、在超结MOS器件中集成肖特基二极管，以改善器件体二极管反向恢复特性，这种方式除制造工艺特殊夕卜，器件漏电更是无法控制，目前几乎没有被应用与实际产品中。
[0005]公开号为CN203456470U的文件公开了一种增加第一缓冲层及第二缓冲层的MOS器件，虽然通过增加第一缓冲层和第二缓冲层来改善超结MOSFET体二极管反向恢复特性，但由于该第一缓冲层和第二缓冲层需要增加额外的工艺步骤实现，大幅提高了器件的工艺成本。
[0006]同时，超结MOS由于芯片面积小，相同电流规格的芯片面积仅为普通VDMOS的一半甚至更小，芯片的雪崩耐量相对较弱，在带有感性负载的应用中，容易造成器件失效。
[0007]由此可见，一种能通过优化器件结构，改善超结MOS体二极管反向恢复特性及雪崩能力，并且其制造工艺与现有超结MOS制造工艺相兼容的新型超结MOS器件是非常必要的。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件，其结构紧凑，工艺简单，与现有超结MOS制造工艺相兼容，有效改善反向恢复特性，提高器件的雪崩能力，适合批量生产，提高适应范围，安全可靠。
[0009]按照本实用新型提供的技术方案，所述改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件，在所述MOS器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的器件区域及终端区域，所述器件区域位于半导体基板的中心区，终端区域位于所述器件区域的外圈并环绕包围所述器件区域;在所述MOS器件的截面上，所述半导体基板包括位于上方的第一导电类型漂移区以及位于下方的第一导电类型衬底，所述第一导电类型衬底邻接第一导电类型漂移区，第一导电类型漂移区的上表面形成半导体基板的第一主面，第一导电类型衬底的下表面形成半导体基板的第二主面；
[0010]在第一导电类型漂移区内设置若干第一导电类型柱以及第二导电类型柱，第一导电类型柱、第二导电类型柱从半导体基板的第一主面向指向第二主面的方向垂直延伸，第一导电类型柱与第二导电类型柱在第一导电类型漂移区内呈交替排列分布;所述第一导电类型柱包括位于器件区域内的第一导电类型器件柱以及位于终端区域内的第一导电类型终端柱，第二导电类型柱包括位于器件区域内的第二导电类型器件柱以及位于终端区域内的第二导电类型终端柱；
[0011]第二导电类型器件柱内的上部设有第二导电类型体区，第二导电类型体区位于第二导电类型器件柱内，且第二导电类型体区通过第二导电类型器件柱与第一导电类型漂移区相隔离;第二导电类型器件柱的掺杂浓度低于第二导电类型体区的掺杂浓度；
[0012]第二导电类型终端柱内设有第二导电类型保护区，所述第二导电类型保护区位于第二导电类型终端柱内，且第二导电类型保护区通过第二导电类型终端柱与第一导电类型漂移区相隔离;第二导电类型终端柱的掺杂浓度低于第二导电类型保护区的掺杂浓度。
[0013]在所述MOS器件的截面上，MOS器件的器件区域采用平面型MOSFET结构，所述平面型MOSFET结构包括位于第二导电类型体区内的第一导电类型有源区，在器件区域的第一主面上设有器件栅电极以及用于包围覆盖所述器件栅电极的器件绝缘介质层，在所述器件绝缘介质层上淀积有源极金属层，所述源极金属层与第二导电类型体区以及位于所述第二导电类型体区内的第一导电类型有源区均欧姆接触，源极金属层通过器件绝缘介质层与器件栅电极绝缘隔离。
[0014]在所述MOS器件的截面上，在终端区域的第一主面上覆盖有终端绝缘介质层，在所述终端绝缘介质层上设有用于形成栅极的栅极金属层，所述栅极金属层与终端绝缘介质层内的栅极引出体欧姆接触，所述栅极引出体与器件栅电极电连接。
[0015]在所述半导体基板的第二主面上设有漏极金属，所述漏极金属与第一导电类型衬底欧姆接触。
[0016]所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型功率MOSFET器件，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型功率MOSFET器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型半导体器件正好相反。
[0017]本实用新型的优点:
[0018]1、当工作在体二极管续流模式时，第二导电类型载流子从第二导电类型体区和第二导电类型保护区分别经过第二导电类型器件柱、第二导电类型终端柱流入第一导电类型漂移区。第一导电类型载流子从第一导电类型漂移区分别经过第二导电类型器件柱、第二导电类型终端柱流入第二导电类型体区、第二导电类型保护区。由于第二导电类型器件柱的掺杂浓度低于第二导电类型体区的掺杂浓度，第二导电类型终端柱的掺杂浓度低于第二导电类型保护区的掺杂浓度，因此，可以有效降低续流过程中第二导电类型载流子电流比例，减少第二导电类型载流子在第一导电类型漂移区中的存储。当器件进入反向恢复过程时，反向恢复电荷和反向恢复电流会明显降低，器件体二极管反向恢复速度和软度也会相应提高。其中，第二导电类型载流子为空穴或电子，第一导电类型载流子为电子或空穴。
[0019]2、由于第二导电类型体区、第二导电类型保护区分别被第二导电类型器件柱、第二导电类型终端柱包围，第二导电类型器件柱、第二导电类型终端柱与第一导电类型漂移区之间的结面曲率相对较小。在器件雪崩过程中，会减少电流集中，降低第一导电类型有源区下方的电流大小，降低了寄生三极管开启的可能，更利于提高器件的雪崩能力。
[0020]3、与目前普遍的半导体功率器件制造工艺相兼容，制造成本和工艺难度并没有明显增加，适合批量生产。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型超结MOS器件的局部俯视图。
[0022]图2为图1中A-A’向的剖视图。
[0023]图3为图1中B-B’向的剖视图。
[0024]图4?图9为本实用新型以N沟道平面栅超结MOS器件为例的具体实施步骤剖视图，其中:
[0025]图4为本实用新型半导体基板的剖视图。
[0026]图5为本实用新型得到硬掩膜层后的剖视图。
[0027]图6为本实用新型得到硬掩膜窗口后的剖视图。
[0028]图7为本实用新型得到器件沟槽、终端沟槽后的剖视图。
[0029]图8为本实用新型对半导体基板的第一主面平坦化后的剖视图。
[0030]图9为本实用新型得到P+体区以及P+保护区后的剖视图。
[0031]图10为本实用新型得到器件结构以及终端结构后的剖视图。
[0032]附图标记说明:01-N型漂移区、02-N+衬底、03-漏极金属、04-硬掩膜层、Ila-P型终端柱、I Ib-N型终端柱、11C-终端硬掩膜窗口、I Id-终端沟槽、12-P+保护区、13-终端绝缘介质层、14-栅极引出体、15-栅极金属层、21a-P型器件柱、21b-N型器件柱、21c-器件硬掩膜窗口、21d-器件沟槽、22-P+体区、23-器件绝缘介质层、24-器件栅电极、25-源极金属层、26-N+有源区、101-第