一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置，本發(fā)明的半導體裝置接一定的反向偏壓時，漂移層中第一傳導類型的半導體材料和第二傳導類型的半導體材料形成電荷補償結構，同時化學配比失配絕緣材料本身與漂移層半導體材料也產生電荷補償，提高器件的反向擊穿電壓，從而改善了傳統(tǒng)半導體器件導通電阻與反向阻斷特性之間的矛盾；本發(fā)明還提供了一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的制備方法。
【專利說明】一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置，本發(fā)明還涉及一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的制備方法。本發(fā)明的半導體裝置是制造半導體功率器件的基本結構。
【背景技術】
[0002]功率半導體器件被大量使用在電源管理和電源應用上，功率半導體器件中最基本的結構為半導體結，半導體結包括了 PN結和肖特基勢壘結；降低高壓功率半導體結的導通電阻是功率半導體器件發(fā)展的重要趨勢。
[0003]傳統(tǒng)的高壓半導體器件，其導通電阻隨器件反向阻斷電壓的升高成指數快速上升，使得器件具有較高的正向導通壓降，為了解決此問題，人們提出過超結、界面電荷補償等結構實現降低高壓半導體器件的導通電阻。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明主要針對高壓半導體器件導通電阻隨反向阻斷電壓快速升高的問題而提出，提供一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置及其制備方法。
[0005]一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導體材料；漂移層，為第一傳導類型的半導體材料、第二傳導類型的半導體材料和化學配比失配絕緣材料交替排列構成，位于襯底層之上；半導體結材料層，為半導體材料或金屬，位于漂移層表面，形成PN結或肖特基勢壘結。
[0006]一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在襯底層表面形成第一導電半導體材料層，然后表面形成一種絕緣材料；進行光刻腐蝕工藝去除表面部分絕緣材料，然后刻蝕去除部分裸露半導體材料形成溝槽；在溝槽內形成依次形成第二導電半導體材料和化學配比失配絕緣材料，然后進行反刻蝕；腐蝕去除表面絕緣材料，淀積勢壘金屬燒結形成肖特基勢壘結，或者注入第二導電類型雜質退火形成PN結。
[0007]本發(fā)明的半導體裝置接一定的反向偏壓時，漂移層中第一傳導類型的半導體材料和第二傳導類型的半導體材料形成電荷補償結構，同時化學配比失配絕緣材料本身與漂移層半導體材料也產生電荷補償，提高器件的反向擊穿電壓，從而改善了傳統(tǒng)半導體器件導通電阻與反向阻斷特性之間的矛盾；本發(fā)明的半導體裝置與傳統(tǒng)超結器件相比，降低了器件對第一傳導類型的半導體材料和第二傳導類型的半導體材料中的電荷平衡的要求，降低了器件的制造難度；本發(fā)明的半導體裝置與界面電荷補償器件相比，提高了器件的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置剖面示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置剖面示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置剖面示意圖；
[0011]圖4為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置剖面示意圖；
[0012]圖5為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結MOS裝置剖面示意圖；
[0013]圖6為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結MOS裝置剖面示意圖。
[0014]其中，
[0015]1、襯底層；
[0016]2、第二導電半導體材料；
[0017]3、第一導電半導體材料；
[0018]4、摻氧多晶硅；
[0019]5、多晶半導體材料；
[0020]6、肖特基勢壘結；
[0021]7、漂移層；
[0022]8、體區(qū)；
[0023]9、源區(qū)；
[0024]10、二氧化硅。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]圖1為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的剖面圖，下面結合圖1詳細說明本發(fā)明的半導體裝置。
[0027]—種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置，包括:襯底層1，為N導電類型半導體娃材料，磷原子的摻雜濃度為lE19/cm3 ;第二導電半導體材料2,位于襯底層I之上，為P傳導類型的半導體娃材料，磷原子的摻雜濃度為lE16/cm3 ;第一導電半導體材料3,位于襯底層I之上，為N傳導類型的半導體娃材料,磷原子的摻雜濃度為lE16/cm3 ；摻氧多晶硅4，為硅和氧的化合物，位于第二導電半導體材料2中；肖特基勢壘結6，位于半導體材料的表面。
[0028]其制作工藝包括如下步驟:
[0029]第一步，在襯底層I表面外延生長形成第一導電半導體材料層3，然后表面熱氧化，形成二氧化硅；
[0030]第二步，進行光刻腐蝕工藝，半導體材料表面去除部分二氧化硅，然后刻蝕去除部分裸露半導體硅材料形成溝槽；
[0031]第三步，在溝槽內依次淀積形成第二導電半導體材料2和摻氧多晶硅4，反刻蝕第二導電半導體材料2和摻氧多晶硅4 ；
[0032]第四步，腐蝕表面二氧化硅，淀積勢壘金屬鎳，燒結形成肖特基勢壘結6，如圖1所
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[0033]圖2為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的剖面圖，是在圖1基礎上，在摻氧多晶硅4上表面弓I入二氧化硅2，作為摻氧多晶硅4與器件表面電極金屬的隔離。
[0034]圖3為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的剖面圖，是在圖1基礎上，將摻氧多晶硅4設置在溝槽內壁表面，在溝槽內引入二氧化硅10，作為摻氧多晶硅4與器件表面電極金屬的隔離。
[0035]圖4為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的剖面圖，是在圖3基礎上，在溝槽上部引入MOS結構。
[0036]實施例2
[0037]圖5示出了本發(fā)明一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結MOS裝置剖的示意性剖面圖，下面結合圖5詳細說明通過本發(fā)明的半導體裝置制造功率MOSFET器件。
[0038]一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結MOS裝置，包括:襯底層1，為N導電類型半導體硅材料，磷原子摻雜濃度為lE19cm_3 ;漂移層7，位于襯底層I之上，為N傳導類型的半導體硅材料，磷原子摻雜濃度為lE16cm_3，厚度為38um，漂移層7中具有條狀的P導電類型半導體硅材料，硼原子摻雜濃度為7E15cm_3 ;體區(qū)8，位于漂移層7之上，為P傳導類型的半導體材料，體區(qū)8的表面具有硼原子重摻雜接觸區(qū)，體區(qū)8厚度為4um ;源區(qū)9，臨靠溝槽和體區(qū)8，為磷原子重摻雜N傳導類型的半導體材料，源區(qū)9厚度為1.5um ;二氧化硅2，為硅材料的氧化物，位于溝槽側壁；摻氧多晶硅4，為硅和氧的化合物，位于溝槽下部；多晶半導體材料5，位于溝槽上部為器件引入柵極。
[0039]本實施例的工藝制造流程如下:
[0040]第一步，在襯底層I上通過外延生產形成硼原子摻雜濃度為7E15cm_3P導電類型半導體娃材料；
[0041]第二步，在表面熱氧化形成氧化層，在待形成溝槽區(qū)域表面去除氧化層；
[0042]第三步，進行干法刻蝕，去除半導體材料，形成溝槽；
[0043]第四步，進行磷擴散，形成漂移層7結構；
[0044]第五步，在溝槽內淀積形成摻氧多晶硅4 ；
[0045]第六步，干法刻蝕，去除部分摻氧多晶硅4，形成溝槽，在溝槽內進行硼擴散，熱氧化形成二氧化硅10，在溝槽內淀積形成多晶半導體材料5，進行多晶半導體材料5反刻蝕；
[0046]第七步，然后去除器件表面部分氧化層，進行磷擴散，形成源區(qū)9 ；
[0047]第八步，在器件表面形成鈍化層，然后去除器件表面部分鈍化層，如圖5所示。
[0048]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后反刻鋁，為器件引出源極和柵極。通過背面金屬化工藝為器件引出漏極。
[0049]圖6為本發(fā)明的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結MOS裝置剖面示意圖，是在圖5基礎上，將摻氧多晶硅4設置在內壁表面，然后設置二氧化硅2填充溝槽。[0050]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其它實例實現本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實例，因此本發(fā)明由所附權利要求范圍限定。
【權利要求】
1.一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置，其特征在于:包括: 襯底層，為半導體材料； 漂移層，為第一傳導類型的半導體材料、第二傳導類型的半導體材料和化學配比失配絕緣材料交替排列構成，位于襯底層之上； 半導體結材料層，為半導體材料或金屬，位于漂移層表面，形成PN結或肖特基勢壘結。
2.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的襯底層可以為高濃度雜質摻雜的半導體材料層和低濃度雜質摻雜的半導體材料層的疊加層。
3.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的化學配比失配絕緣材料，為化合物絕緣材料，其化合物元素配比為非飽和狀態(tài)，即不能滿足絕緣材料中原子最外層電子數量為8個。
4.如權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于:所述的化合物絕緣材料可以為氧化物或氮化物。
5.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的化學配比失配絕緣材料可以位于第一傳導類型的半導體材料和第一傳導類型的半導體材料之間。
6.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的化學配比失配絕緣材料可以位于第一傳導類型的半導體材料中。
7.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的化學配比失配絕緣材料可以位于第二傳導類型的半導體材料中。
8.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的化學配比失配絕緣材料可以不與半導體結材料層相連，浮空在漂移層中。
9.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于:所述的半導體結裝置可以應用于平面結構的半導體器件。
10.如權利要求1所述的一種具有化學配比失配絕緣材料的電荷補償半導體結裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)在襯底層表面形成第一導電半導體材料層，然后表面形成一種絕緣材料； 2)進行光刻腐蝕工藝去除表面部分絕緣材料,然后刻蝕去除部分裸露半導體材料形成溝槽； 3)在溝槽內形成依次形成第二導電半導體材料和化學配比失配絕緣材料，然后進行反刻蝕； 4)腐蝕去除表面絕緣材料，淀積勢壘金屬燒結形成肖特基勢壘結，或者注入第二導電類型雜質退火形成PN結。
【文檔編號】H01L29/872GK103579370SQ201210258327
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月24日 優(yōu)先權日:2012年7月24日
【發(fā)明者】朱江 申請人:朱江