高可靠性超结功率器件的制作方法

1.本实用新型涉及一种功率半导体结构，尤其是一种高可靠性的超结功率半导体结构。


背景技术：

2.超结金属氧化物半导体场效应晶体管(简称sj mosfet)是一类具有超结耐压层的重要器件，sj mosfet将pn结引入到常规“电阻型”耐压层中，使之质变为“结型耐压层”，这种质变突破传统功率器件比导通电阻和耐压之间的“硅极限”关系，超结器件也因此被誉为功率半导体器件的“里程碑”。
3.虽然n柱与p柱间隔设置形成的“结型耐压层”能够大幅降低比导通电阻，但是这对终端保护区的设计带来了挑战，传统功率mosfet可以采用场限环和场板等技术进行设计终端保护区，并且终端保护区可以和有源区分开制造，这使得终端保护区的击穿电压远高于有源区，但是sj mosfet只能采用n柱与p柱间隔设置的结构来形成终端保护区，而且终端保护区与有源区同时形成，这使得终端保护区的击穿电压与有源区相近。
4.sj mosfet在实际制造时会出现无法避免的工艺误差，以挖槽填充形成p柱的工艺为例，挖槽的开口与挖槽的角度都会出现偏差，这会导致终端的击穿电压明显降低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种能够确保有源区的击穿电压低于终端保护区的高可靠性超结功率器件。
6.按照本实用新型提供的技术方案，所述高可靠性超结功率器件，该器件中心区域为有源区，包围有源区的区域为终端保护区；
7.所述有源区包括第一导电类型衬底，在第一导电类型衬底上方设有第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层的顶部设有间隔设置且互相平行的第一导电类型柱与第二导电类型柱，在第二导电类型柱的顶部设有第二导电类型体区，在第二导电类型体区的顶部的中间位置设有第一导电类型源区；在所述第一导电类型外延层的上表面设有栅氧层，在栅氧层的上表面设有第一导电多晶硅，在所述第一导电多晶硅的上方设有绝缘介质层，在绝缘介质层的上方设有源极金属，所述源极金属通过绝缘介质层内的第一通孔与第一导电类型源区、第二导电类型体区欧姆接触，所述源极金属与第一导电多晶硅通过绝缘介质层互相绝缘；
8.所述终端保护区包括第一导电类型衬底，在第一导电类型衬底上方设有第一导电类型外延层，在靠近有源区的第一导电类型外延层的顶部设有间隔设置且互相平行的第一导电类型柱与第二导电类型柱，在靠近有源区的第一导电类型外延层的表面设有第二导电类型体区，在第二导电类型体区的上方设有场氧层，在场氧层的上方设有第二导电多晶硅，在第二导电多晶硅的上方设有绝缘介质层，在绝缘介质层的上方设有栅极总线金属，栅极总线金属通过绝缘介质层内的第二通孔与第二导电多晶硅欧姆接触；
9.在所述有源区内的第一导电类型外延层的底部设有第一导电类型阱区。作为优选，所述第一导电类型阱区内的电阻率小于第一导电类型外延层内的电阻率。
10.作为优选，在有源区内，俯视器件，与第二导电类型柱平行的方向为y轴方向，与所述y轴方向垂直的第一导电类型阱区的边界距离第一通孔尽头的端点至少0μm。
11.作为优选，在有源区内，俯视器件，与第二导电类型柱垂直的方向为x轴方向，与x轴方向垂直的第一导电类型阱区的边界与最外围的第一通孔之间的距离至少0μm。
12.作为优选，所述栅氧层、场氧层与绝缘介质层均由二氧化硅或氮化硅构成。
13.作为优选，所述功率器件为n型时，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型；或者，所述功率器件为p型时，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。
14.本实用新型在有源区内的第一导电类型外延层的底部设有第一导电类型阱区，可以使得耗尽层提前截止，而终端保护区内由于不存在第一导电类型阱区，耗尽层不会提前截止，这样确保有源区的击穿电压低于终端保护区。
附图说明
15.图1为本实用新型提供的器件的一角的俯视结构示意图。
16.图2为沿着图1中的虚线aa’截得的的剖面结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
18.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
19.实施例1
20.在该实施例中，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型。
21.一种高可靠性超结功率器件，该器件中心区域为有源区，包围有源区的区域为终端保护区；
22.所述有源区包括第一导电类型衬底1，在第一导电类型衬底1上方设有第一导电类型外延层2，在第一导电类型外延层2的顶部设有间隔设置且互相平行的第一导电类型柱4与第二导电类型柱3，在第二导电类型柱3的顶部设有第二导电类型体区5，在第二导电类型体区5的顶部的中间位置设有第一导电类型源区6；在所述第一导电类型外延层2的上表面设有栅氧层7，在栅氧层7的上表面设有第一导电多晶硅8，在所述第一导电多晶硅8的上方设有绝缘介质层9，在绝缘介质层9的上方设有源极金属10，所述源极金属10通过绝缘介质层9内的第一通孔11与第一导电类型源区6、第二导电类型体区5欧姆接触，所述源极金属10与第一导电多晶硅8通过绝缘介质层9互相绝缘；
23.所述终端保护区包括第一导电类型衬底1，在第一导电类型衬底1上方设有第一导电类型外延层2，在靠近有源区的第一导电类型外延层2的顶部设有间隔设置且互相平行的第一导电类型柱4与第二导电类型柱3，在靠近有源区的第一导电类型外延层2的表面设有第二导电类型体区5，在第二导电类型体区5的上方设有场氧层12，在场氧层12的上方设有
第二导电多晶硅13，在第二导电多晶硅13的上方设有绝缘介质层9，在绝缘介质层9的上方设有栅极总线金属14，栅极总线金属14通过绝缘介质层9内的第二通孔15与第二导电多晶硅13欧姆接触；
24.在所述有源区内的第一导电类型外延层2的底部设有第一导电类型阱区16，第一导电类型阱区16内的电阻率小于第一导电类型外延层2内的电阻率。
25.如图1所示，在有源区内，俯视器件，与第二导电类型柱3平行的方向为y轴方向，长度d2为与所述y轴方向垂直的第一导电类型阱区16的边界与第一通孔11尽头的端点之间的距离，d2为10μm。
26.在有源区内，俯视器件，与第二导电类型柱3垂直的方向为x轴方向，长度d1为与x轴方向垂直的第一导电类型阱区16的边界与最外围的第一通孔11之间的距离，d1为10μm。
27.所述栅氧层7、场氧层12与绝缘介质层9均由二氧化硅构成。
28.本实用新型的工作原理如下：
29.在有源区内的第一导电类型外延层2的底部设有第一导电类型阱区16，设置第一导电类型阱区16的目的是设置一个缓冲层，可以使得耗尽层提前截止，而终端保护区内由于不存在第一导电类型阱区16，耗尽层不会提前截止，这样确保有源区的击穿电压低于终端保护区。
30.所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的主旨之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。