超结MOSFET的终端结构的制作方法

本发明涉及半导体器件及工艺制造领域，特别是涉及一种基于碳化硅衬底的超结mosfet的终端结构。

背景技术：

1、mosfet（metal oxide semiconductor field effect transistor-金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种半导体器件，广泛用于开关目的和电子设备中电子信号的放大。由于mosfet的尺寸非常小，因此mosfet既可以是核心也可以是集成电路，可以在单个芯片中进行设计和制造。mosfet器件的引入带来了电子开关领域的变化。

2、mosfet是具有源极（source）、栅极（gate）、漏极（drain）和主体（body）端子的四端子设备。通常，mosfet的主体与源极端子连接，从而形成诸如场效应晶体管的三端子器件。

3、超级结功率器件是一种新型功率半导体器件。它是在双扩散金属氧化物半导体（dmos）的基础上，通过引入超结（super junction）结构，具备dmos输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点。超结结构是利用一系列的交替排列的p型和n型半导体薄层来在截止状态下、在较低电压下就将由p型和n型半导体薄层（柱状区域pillar）组成的p型、n型区耗尽,实现电荷相互补偿。该薄层中p型杂质的载流子分布和n型杂质的载流子分布以及它们的匹配会影响器件的特性包括其反向击穿电压和电流处理能力。交替的p/n薄层达到最佳的电荷平衡以得到器件的最大的反向击穿电压。因此，超结器件是一种利用pn电荷平衡的体内resurf技术来提升器件反向击穿电压bv的同时又保持较小的导通电阻的mosfet结构。resurf原理是利用器件中电场分布的二维效应，当垂直方向的p衬底/n外延结附近电场尚未达到临界电场时，由于其和横向n外延/p阱结的作用，即利用横向结和纵向结的相互作用使外延层在横向结达到临界雪崩击穿电场之前就完全耗尽，通过合理优化器件参数让器件的击穿发生在纵向结，从而起到降低表面电场的作用。

4、在mosfet结构中，超结结构即可以用在器件的元胞区，也可以用在终端区。

5、碳化硅（sic）是一种新型的宽禁带半导体材料，具有高温、高压、高频等优异的特性，逐渐成为下一代功率电子器件的研究热点之一。碳化硅具有宽的带隙、高的熔点、低的介电常数、高的击穿场强、高的导热系数和高的饱和电子漂移速度。这些特性使碳化硅制成的器件有可能在更高的温度、更高工作频率及更高的功率级别以及其他一些由其他半导体材料制成的器件无法工作的情况下工作。在保证器件性能的情况下，尽量缩小mosfet器件元胞尺寸是业界努力发展的方向。不同厂商的mosfet的工艺及结构不断的在进步，产品性能也在不断的提高。为了匹配不同的sic mosfet元胞工艺，目前行业内常用的终端有场限环结构、结终端扩展结构，也需要一种特别的终端结构来匹配特有的元胞结构。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种超结mosfet的终端结构，具有更高的性能及可靠性。

2、为解决上述问题，本发明所述的超结mosfet的终端结构，包含：

3、所述的超结mosfet形成于一半导体衬底上的外延层中，所述的外延层包含下层的n型外延层和位于n型外延层之上的p型外延层；

4、所述的终端结构位于所述超结mosfet的元胞结构的外围，对所述超结mosfet的元胞结构进行隔离保护；

5、所述的终端结构包含超结结构区和终端引出区；所述的超结结构区包含交替排列的p/n薄层，其中p薄层形成p柱；p型外延层的厚度决定了p柱的深度；

6、所述的超结结构区的表面覆盖一层绝缘介质层，所述绝缘介质层同时延伸覆盖至所述终端引出区的p型外延层表面；

7、所述终端结构的终端引出区，p型外延层中包含有重掺杂p型注入区，形成p型引出区；所述终端引出区的表面覆盖金属层，所述金属层通过所述终端引出区表面的绝缘介质层的开口与所述重掺杂p型注入区接触形成引出。

8、进一步地，所述的半导体衬底及外延层包含碳化硅衬底或氮化镓衬底、锗硅衬底；所述外延层掺杂浓度为8e15～1e16cm-3；所述n型外延层的厚度为3～9um，所述p型外延层的厚度为3～7um；所述n型外延层与p型外延层的合并总厚度为10～12um。

9、进一步地，所述的超结结构区中，n型薄层由p型外延层进行n型离子注入反型得到，反型区之外的p型外延层形成p柱；所述的p型外延层的厚度根据n型杂质的注入深度来确定，当n型杂质的注入深度越深，p型外延层的厚度随之变厚，n型杂质的注入深度决定了p柱的深度。

10、进一步地，所述的n型外延层和p型外延层的浓度为一致的，或者是多层不同掺杂浓度或渐变掺杂浓度的p型外延层。

11、进一步地，所述的超结结构区的p型外延表面是通过衬底刻蚀工艺将其表面刻蚀掉0.5～1.5um，使其上表面低于终端引出区。

12、进一步地，所述的重掺杂p型注入区为所述超结mosfet的元胞结构的p型重掺杂注入时同步注入形成。

13、进一步地，所述的绝缘介质层为氧化硅层。

14、进一步地，所述的超结结构区的形成工艺中，注入n型杂质的注入能量为4～10mev；最大注入能量由离子注入机的最高注入能量来决定，为形成更深的p柱，采用原子量更轻的n型杂质进行注入。

15、进一步地，所述的注入的n型杂质为氮。

16、本发明所述的超结mosfet的终端结构，由n型外延层和p型外延层组成，包含终端引出区和超结结构区；终端引出区的p型注入区与元胞区域的重掺杂p型注入同步形成；超结结构区p型外延层厚度根据n型杂质离子的注入深度而定，通过对p型外延层反型来形成p/n交替的超结结构，相对具有更深的p柱。

技术特征：

1.一种超结mosfet的终端结构，其特征在于：包含：

2.如权利要求1所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的半导体衬底及外延层包含碳化硅衬底或氮化镓衬底、锗硅衬底；所述外延层掺杂浓度为8e15～1e16cm-3；所述n型外延层的厚度为3～9um，所述p型外延层的厚度为3～7um；所述n型外延层与p型外延层的合并总厚度为10～12um。

3.如权利要求2所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的超结结构中，n型薄层由p型外延层进行n型离子注入反型得到，反型区之外的p型外延层形成p柱；所述的p型外延层的厚度根据n型杂质的注入深度来确定，当n型杂质的注入深度越深，p型外延层的厚度随之变厚，n型杂质的注入深度决定了p柱的深度。

4.如权利要求1所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的n型外延层和p型外延层的浓度为一致的，或者是多层不同掺杂浓度或渐变掺杂浓度的p型外延层。

5.如权利要求1所述的超结mosfet元胞结构的工艺方法，其特征在于：所述的超结结构的区域的p型外延表面是通过衬底刻蚀工艺将其表面刻蚀掉0.5～1.5um，使其上表面低于终端引出区。

6.如权利要求1所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的重掺杂p型注入区为所述超结mosfet的元胞结构的p型重掺杂注入时同步注入形成。

7.如权利要求1所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的绝缘介质层为氧化硅层。

8.如权利要求3所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的超结结构形成工艺中，注入n型杂质的注入能量为4～10mev；最大注入能量由离子注入机的最高注入能量来决定，为形成更深的p柱，采用原子量更轻的n型杂质进行注入。

9.如权利要求8所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的n型杂质为氮。

10.如权利要求1所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的超结结构区中，p柱和n柱形成的交替结构，相邻的p柱之间的尺寸是与元胞区的元胞尺寸相同，或者是与元胞区的元胞尺寸不同。

11.如权利要求10所述的超结mosfet的终端结构，其特征在于：所述的通过超结结构中， p型和n型的电荷平衡通过柱形的n型高能注入的窗口cd值和窗口之间的间距来匹配，但需要实现p柱和n柱的电荷平衡。

技术总结
本发明公开了一种超结MOSFET的终端结构，所述的终端结构包含超结结构区和终端引出区；所述的超结结构区包含交替排列的P/N薄层，其中P薄层形成P柱；P型外延层的厚度决定了P柱的深度；所述的超结结构区的表面覆盖一层绝缘介质层，所述绝缘介质层同时延伸覆盖至所述终端引出区的P型外延层表面；所述终端结构的终端引出区，P型外延层中包含有重掺杂P型注入区，形成P型引出区；所述终端引出区的表面覆盖金属层，所述金属层通过所述终端引出区表面的绝缘介质层的开口与所述重掺杂P型注入区接触形成引出。

技术研发人员：李东升,马彪,高伟
受保护的技术使用者：上海澜芯半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1