CN102867842B - 超级结器件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级结器件，在电流流动区和终端保护结构中一个以上P型薄层的底部穿透N型硅外延层并和N+硅基片接触；各P型薄层中至少一部分由填充于沟槽中的P型硅组成；各P型薄层中，填充于沟槽中的P型硅的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各P型硅的底部区域的杂质浓度约为最佳电荷平衡的杂质浓度，各P型硅的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的2倍以上。本发明还提供一种超级结器件的制造方法。本发明能提高器件的反向击穿电压，并改善反向击穿电压的稳定性，能保证器件在感性元件存在的电路中的抗过冲电流能力，能提高器件的可靠性。

Description

超级结器件及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种超级结器件；本发明还涉及一种超级结器件的制造方法。

背景技术

超级结MOSFET采用新的耐压层结构，利用一系列的交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层来在截止状态下在较低电压下就将所述P型半导体薄层和N型半导体薄层耗尽，实现电荷相互补偿，从而使P型半导体薄层和N型半导体薄层在高掺杂浓度下能实现高的击穿电压，从而同时获得低导通电阻和高击穿电压，打破传统功率MOSFET理论极限。在美国专利US5216275中，以上的交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层是与N+衬底相连的；在美国专利US6630698B1中，中间的P型半导体薄层和N型半导体薄层与N+衬底可以有大于0的间隔。

现有技术中，P型半导体薄层和N型半导体薄层的形成一种是通过外延成长然后进行光刻和注入，多次反复该过程得到需要的厚度的P型半导体薄层和N型半导体薄层，这种工艺在600V以上的MOSFET中，一般需要重复5次以上，生产成本和生产周期长。另一种是通过一次生长一种类型的需要厚度的外延之后，进行沟槽的刻蚀，之后在沟槽中填入相反类型的硅；该方法工艺成本和工艺周期短；但如果该薄层与衬底之间有一定的厚度，由于沟槽的刻蚀有一定的工艺变化，沟槽深度也就易于发生变化，因此造成器件反向击穿电压变化范围较大；同时，在同样的外延厚度下，当P型半导体薄层和N型半导体薄层不接触到N+衬底时器件的反向击穿电压会比P型半导体薄层和N型半导体薄层接触到N+衬底的反向击穿电压低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件，能提高器件的反向击穿电压，并改善反向击穿电压的稳定性，能保证器件在感性元件存在的电路中的抗过冲电流能力，能提高器件的可靠性。为此，本发明还提供一种超级结器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超级结器件，在一N+硅基片上形成有一N型硅外延层，超级结器件的中间区域为电流流动区，所述电流流动区包含多个交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的外周，所述终端保护结构包括多个环绕于所述电流流动区的外周且交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层。一个以上所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。各所述P型薄层中由填充于沟槽中的P型硅组成、或者各所述P型薄层中由形成于所述N型硅外延层中的P型注入区加上形成于所述P型注入区上部的填充于沟槽中的P型硅组成。各所述P型薄层中，填充于沟槽中的所述P型硅的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型硅的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述P型硅的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上。

进一步的改进是，所有的所述P型薄层的底部都穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。

进一步的改进是，所述电流流动区中的所述P型薄层的底部都不穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；所述终端保护结构中的所述P型薄层的底部都穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。

进一步的改进是，所述电流流动区中的所述P型薄层的底部都不穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；所述终端保护结构中的一个以上的所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。

进一步的改进是，在所述电流流动区中，一P型背栅形成于各所述P型薄层上部或所述P型背栅形成于各所述P型薄层上部并延伸到各所述P型薄层上部两侧的所述N型薄层中，一源区形成于各所述P型背栅中，在所述电流流动区的所述N型硅外延层上部形成有栅氧、栅极以及源极，在所述N+硅基片的背面形成有漏极。所述终端保护结构还包括至少一P型环、一沟道截止环、一终端介质膜、至少一多晶硅场板；所述P型环、所述P型薄层和所述沟道截止环都呈环状结构、并由内往外依次环绕于所述电流流动区的外周。所述P型环形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层的表面层中且和所述最外侧P型区域相邻。所述沟道截止环形成于最外侧P型薄层外侧的所述N型硅外延层的表面层中。所述终端介质膜形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层上并和所述电流流动区的外侧边缘相隔一定距离，所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构。所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜之间的区域上。一层间膜形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层、所述终端介质膜和所述多晶硅场板上。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超级结器件的制造方法，包括如下步骤：

步骤一、在一N+硅基片上形成N型硅外延层，在所述N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅以及终端保护结构区域的P型环。

步骤二、利用光刻刻蚀在所述电流流动区和所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层上形成沟槽，一个以上的所述沟槽穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。

步骤三、在所述沟槽中形成P型硅并将所述N型硅外延层表面的硅去掉，从而在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的所述P型薄层和N型薄层；各所述P型薄层的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型薄层的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述P型薄层的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上。

步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀在所述终端保护结构区域形成终端介质膜；所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构。

步骤五、在所述N+硅基片上形成栅氧和多晶硅，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少一多晶硅场板，所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜之间的区域上。

步骤六、利用光刻和离子注入工艺形成源区和沟道截止环。

步骤七、淀积形成层间膜。

步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔。

步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅和后续金属层的欧姆接触。

步骤十、在所述N+硅基片表面淀积金属层，并进行光刻刻蚀形成所述源极和所述栅极的电极图形。

步骤十一、对所述N+硅基片进行背面减薄。

步骤十二、在所述N+硅基片背面进行金属化形成漏极。

为解决上述技术问题，本发明提供另一种超级结器件的制造方法，包括如下步骤：

步骤一、在一N+硅基片上形成第一N型硅外延层，通过光刻工艺用光刻胶在所述第一N型硅外延层上定义出P型注入区，所述P型注入区为将要形成的P型薄层中底部会和所述N+硅基片接触的部分所述P型薄层的底部区域，在所述P型注入区的所述第一N型硅外延层中注入P型杂质并形成第一P型薄层、所述第一P型薄层和所述N+硅基片接触，将所述光刻胶去除。

步骤二、在所述第一N型硅外延层上形成第二N型硅外延层；在所述第二N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅以及终端保护结构区域的P型环；利用光刻刻蚀在所述第二N型硅外延层上形成沟槽，在所有要形成所述P型薄层的位置处都形成有所述沟槽；在形成有所述第一P型薄层的位置处，所述沟槽位于各所述第一P型薄层的上部且所述沟槽的底部和所述第一P型薄层接触；在未形成有所述第一P型薄层的位置处，所述沟槽的底部不和所述N+硅基片接触。

步骤三、在所述沟槽中形成P型硅并将所述第二N型硅外延层表面的硅去掉，由形成于所述沟槽中所述P型硅组成第二P型薄层；在形成有所述第一P型薄层的位置处，由上下相连接的各所述第一P型薄层和各所述第二P型薄层组成各所述P型薄层；在未形成有所述第一P型薄层的位置处，由各所述第二P型薄层组成各所述P型薄层；各所述P型薄层和其邻近的所述第一N型硅外延层和所述第二N型硅外延层在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的所述P型薄层和N型薄层；各所述第二P型薄层的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述第二P型薄层的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述第二P型薄层的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上。

步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀在所述终端保护结构区域形成终端介质膜和第二介质层；所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构，所述第二介质层位于所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述第二N型硅外延层上，所述第二介质层的厚度大于后续要形成的栅氧的厚度；所述第二介质层至少要覆盖后续将要被延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间多晶硅场板所覆盖的所述P薄层的中心区域。

步骤五、在所述N+硅基片上形成栅氧和多晶硅，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少一多晶硅场板，所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜，所述多晶硅场板还延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述第二N型硅外延层上、且所述多晶硅场板的延伸部分覆盖有一个或多个所述P型薄层，所述多晶硅场板的延伸部分和其底部的所述第二N型硅外延层间隔离有所述栅氧和所述第二介质层。

步骤六、利用光刻和离子注入工艺形成源区和沟道截止环。

步骤七、淀积形成层间膜。

步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔。

步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅和后续金属层的欧姆接触。

步骤十、在所述N+硅基片表面淀积金属层，并进行光刻刻蚀形成所述源极和所述栅极的电极图形。

步骤十一、对所述N+硅基片进行背面减薄。

步骤十二、在所述N+硅基片背面进行金属化形成漏极。

进一步的改进是，所述第一N型硅外延层的厚度为7微米～10微米。

本发明超级结器件通过将电流流动区即单元结构或终端保护结构的P型薄层的底部穿透N型硅外延层并和N+硅基片接触，能提高器件的反向击穿电压，并改善反向击穿电压的稳定性；本发明超级结器件通过在P型薄层的顶部采用较高的掺杂浓度，能保证器件在感性元件存在的电路中的抗过冲电流能力，并能提高器件的可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例超级结器件的终端保护结构的俯视图一；

图2是本发明实施例超级结器件的终端保护结构的俯视图二；

图3-图8是本发明实施例一至六超级结器件的终端保护结构的沿图1中AA’的截面图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例超级结器件的俯视图一。在俯视图上，本发明实施例可以分为1区、2区和3区。1区为超级结器件的中间区域为电流流动区，所述电流流动区包含交替排列的形成于所述N型硅外延层2中的P型区域25和N型区域，所述P型区域25也即形成于所述电流流动区中的P型薄层、所述N型区域也即形成于所述电流流动区中的N型薄层；在所述电流流动区电流会通过N型区域由源极经过沟道到达漏极，而所述P型区域25是在反向截止状态下与所述N型区域形成耗尽区一起承受电压。2区和3区为所述超级结器件的终端保护结构区域，在器件导通时所述终端保护结构不提供电流，在反向截止状态用于承担从1区外周单元即外周P型区域25的表面到器件最外端表面衬底的电压该电压为横向电压和从1区外周单元表面到衬底的电压该电压为纵向电压。2区中有至少一个P型环24，图1中为一个P型环24，该P型环24一般与1区的P型背栅连接在一起；在2区中还具有用于减缓表面电场急剧变化的多晶场板片P1和金属场板P2，以及P型柱23；2区中也可以不设置所述金属场板P2。3区是由P型柱23与由N型硅外延层组成的N型柱交替形成的电压承担区，所述P型柱23也即形成于所述终端保护结构中的P型薄层、所述N型柱也即形成于所述终端保护结构中的N型薄层；3区中有金属场板P2，3区中也可以不设置所述金属场板P2；3区中可以有P型环24也可以没有，有P型环24时该处的P型环是不与电流流动区的P型背栅连接相连的(悬浮的)；在3区的最外端有沟道截止环21，所述沟道截止环21由N+注入区或N+注入区再加形成于其上的介质或介质加上金属构成；在所述P型柱23在四个角处可以有附加的小P型柱22，用以更好的实现电荷平衡。由图1可以看出，所述电流流动区的单元结构即所述P型区域25和N型区域都为条形结构；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的外周且所述P型环24、所述P型柱23和所述沟道截止环21都呈四方形的环状结构，也可以呈四方形的四角有圆弧的环状结构。

如图2所示，是本发明实施例超级结器件的俯视图二，和如图1所示的结构不同之处在于，在所述电流流动区的单元结构即所述P型区域25和N型区域都为四方形结构，即由四方形的所述P型区域25和N型区域在二维方向上整齐排列组成所述电流流动区的单元阵列。所述P型区域25和N型区域也能为六边形、八边形和其它形状，所述P型区域25和N型区域的排列方式也能在X，和Y方向进行一定的错位；只要保证整个排列是按一定的规则，进行重复出现就可以。

图1和图2中四角的附加的小P型柱22，可按照局域电荷平衡最佳化的要求来设计，如果所述P型柱23的宽度为a，所述P型柱23和所述P型柱23之间的距离也为a，那么所述小P型柱22能采用边长为0.3～0.5a的方型P型孔。

如图3所示，是本发明实施例一超级结器件的沿图1中AA’的截面图。在一N+硅基片1上形成有一N型硅外延层2，1区为本发明实施例一超级结器件的中间区域为电流流动区，所述电流流动区包含交替排列的形成于所述N型硅外延层2中的P型区域25和N型区域，所述P型区域25即为图3中形成于沟槽41中的P型柱51b；一P型背栅3形成于各所述P型区域25上部或所述P型背栅3形成于各所述P型区域25上部并延伸到各所述P型区域25上部两侧的所述N型区域中；一源区11形成于各所述P型背栅3中，所述源区11由N+注入区组成；在所述电流流动区的所述N型硅外延层2上部形成有栅氧7、栅极即由多晶硅栅8引出以及源极即由源区11引出，金属层13通过接触孔10和所述多晶硅栅8或所述源区11引出所述栅极或源极，P+离子注入区12在所述P型背栅3和后续金属层间形成欧姆接触；在所述N+硅基片1的背面形成有背面金属层14并引出漏极。

2区和3区为本发明实施例一超级结器件的终端保护结构区域。本发明实施例一超级结器件的终端保护结构绕于所述电流流动区的外周并包括至少一P型环24，多个P型柱23，一沟道截止环21，一终端介质膜6、至少一多晶硅场板P1以及金属场板P2；2区和3区中也可以不设置所述金属场板P2，本发明实施例一中设置了5个所述金属场板P2。

所述P型柱23在2区为形成于沟槽42中的P型柱52b、3区内侧的P型柱23为形成于沟槽43中的P型柱53b、3区外侧的P型柱23为形成于沟槽44中的P型柱54b。所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的底部穿透所述N型硅外延层2并和所述N+硅基片1接触；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b都是由填充于沟槽中的P型硅组成；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的杂质浓度在纵向方向上有两种值，所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的顶部区域分别为区域51c、区域52c、区域53c和区域54c，所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的杂质浓度都为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上，更优选择为，200％～500％间。所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的纵向高度要分别小于各自填充的所述沟槽41、所述沟槽42、所述沟槽43和所述沟槽44的深度的一半。

各所述P型柱52b、53b、54b依次排列于所述电流流动区的最外侧P型区域25和所述沟道截止环21间，各所述P型柱23和各所述P型柱23间的N型硅外延层组成P型柱和N型柱交替式结构。

所述P型环24形成于所述终端保护结构区域的2区中的所述N型硅外延层2的表面层中且和所述最外侧P型区域25相邻。所述P型环24覆盖有多个所述P型柱52b。所述P型环24的掺杂浓度大于所述P型柱52b的掺杂浓度。所述P型环24从所述电流流动区中最外侧P型区域25往外覆盖至少一个所述P型柱52b和一个相邻的所述N型柱。所述P型环24的杂质工艺条件和所述P型背栅3的杂质工艺条件相同即所述P型环24和所述P型背栅3是同时注入形成，所述P型环24也可以采用单独一次注入形成。

所述沟道截止环21形成于最外侧P型柱54b外侧的所述N型硅外延层2的表面层中。

所述终端介质膜6形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层2上，所述终端介质膜6的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构，所述终端介质膜6覆盖了所述台阶结构底部的P型柱到所述最外侧P型柱间的所有所述P型柱23。所述台阶结构的倾斜角为10度～75度。

所述多晶硅场板P1形成于所述终端介质膜6上，所述多晶硅场板P1完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜6。所述多晶硅场板P1还延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述N型硅外延层2上、且所述多晶硅场板P1的延伸部分覆盖有一个或多个所述P型柱23，所述多晶硅场板P1的延伸部分和其底部的所述N型硅外延层2间隔离有栅氧7和第二介质层7A，所述第二介质层7A的厚度大于所述栅氧7的厚度。所述第二介质层7A覆盖了位于2区中的各所述P型柱52b。所述多晶硅场板P1和所述多晶硅栅8相连接。

一层间膜9形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层2、所述终端介质膜6和所述多晶硅场板P1上，1区中也形成有所述层间膜9并隔离于所述电流流动区和金属层间。2区和3区中，多个金属场板P2本实施一中有5个形成在所述层间膜9上，所述金属场板P2由金属层13光刻刻蚀而成，各所述金属场板P2分别位于所述P型环24上或所述P型柱53a、54a或所述沟道隔离环21上的所述层间膜6上，其中一个所述金属场板P2完全覆盖于所述台阶结构上即T1框中的所述金属场板P2完全覆盖于所述台阶结构上。T1框中的所述金属场板P2和源极相相隔一段距离且不连接，T1框中的所述金属场板P2的一部分完全覆盖了所述P型环24。所述多晶硅场板P1和位于其上所述金属场板P2不相连，两者间也可以通过一接触孔10相连。

2区中的所述P型环24下由所述P型柱52a和N型硅外延层2形成的交替排列的所述P型柱和所述N型柱的步进小于等于1区中的所述P型区和所述N型区的步进，2区中的所述P型柱和所述N型柱的宽度比值大于等于1区中的所述P型区和所述N型区的宽度比值；例如：当1区中的所述P型区的宽度为5微米和所述N型区为宽度10微米时，2区中所述P型柱和所述N型柱能为7微米和8微米、或6微米和9微米、或5微米和10微米。3区中的所述P型柱53b、54b和N型硅外延层形成交替排列的所述P型柱和所述N型柱结构并作为电压承担区，3区的所述P型柱和所述N型柱结构上也形成有金属场板P2、也可以形成有多晶硅场板P1；从最靠近2区的3区到最外端的3区间所述P型柱53b、54b的步进能变化，所述P型柱53b、54b中的总杂质量与同等深度的所述N型柱的N杂质总量的比也能变化的，而且从里到外即从所述电流流动区往所述沟道截止区的方向按照比例变小的方式进行变化调整，例如：在最里边的比为1～1.35，在最外侧能为1～0.65。在3区的最外端有所述沟道截止环21，所述沟道截止环21由N+注入区或N+注入区再加形成于其上的金属构成，本发明实施例中所述沟道截止环21的N+注入区和所述源区11的形成工艺相同；在本发明实施例一中所述沟道截止环21上形成有金属场板P2、并通过接触孔10和所述金属场板P2连接；所述沟道截止环21也可以和其上的所述金属场板P2不连接从而使该金属场板P2悬浮，该金属场板P2也可以设置多晶硅场板P1，本发明实施例一中未设置多晶硅场板P1。

如图4所示，是本发明实施例二超级结器件的沿图1中AA’的截面图。本发明实施例二和实施例一的区别是：所述电流流动区中的所述沟槽41的底部不接触所述N+硅基片1、所述终端保护结构中的所述沟槽42、43和44的底部接触所述N+硅基片1，使得填充P型硅后，所述电流流动区中的所述P型柱51b的底部都不穿透所述N型硅外延层2并和所述N+硅基片1接触；所述终端保护结构中的所述P型柱52b、所述P型柱53b和所述P型柱54b的底部都穿透所述N型硅外延层2并和所述N+硅基片1接触。

如图5所示，是本发明实施例三超级结器件的终端保护结构的沿图1中AA’的截面图。本发明实施例三和本发明实施例一的区别是：所述电流流动区中的所述沟槽41的底部不接触所述N+硅基片1、所述终端保护结构中的部分沟槽如所述沟槽42和43的底部接触所述N+硅基片1、部分沟槽如所述沟槽44的底部不接触所述N+硅基片1，使得填充P型硅后，所述电流流动区中的所述P型柱51b的底部都不穿透所述N型硅外延层2并和所述N+硅基片1接触；所述终端保护结构中的所述P型柱52b和所述P型柱53b的底部都穿透所述N型硅外延层2并和所述N+硅基片1接触，所述P型柱54b的底部都不穿透所述N型硅外延层2并和所述N+硅基片1接触。

如图6所示，是本发明实施例四超级结器件的沿图1中AA’的截面图。本发明实施例四和本发明实施例一的区别是：所述N型硅外延层2由第一N型硅外延层和第二N型硅外延层组成，所述第一N型硅外延层位于所述第二N型硅外延层的底部，所述第一N型硅外延层的厚度为7微米～10微米、所述第二N型硅外延层的厚度为38微米～35微米，所述N型硅外延层2保持为45微米左右。所述电流流动区和所述终端保护结构中的所述P型薄层都是由上下连接的第一P型薄层和第二P型薄层组成，所述第一P型薄层由形成于所述第一N型硅外延层中的P型注入区组成。根据形成的区域不同，所述第一P型薄层分为P型注入区51a、52a、53a和54a，其中P型注入区51a形成于1区中，P型注入区52a形成于2区中，P型注入区53a形成于3区中内侧即靠近2区的位置，P型注入区54a形成于3区中外侧的位置。所述P型注入区51a、52a、53a和54a都穿过所述第一N型硅外延层并和所述N+硅基片1接触。

所述第二P型薄层在1区为形成于沟槽41中的P型柱51b、在2区为形成于沟槽42中的P型柱52b、在3区内侧为形成于沟槽43中的P型柱53b、在3区外侧为形成于沟槽44中的P型柱54b。所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的底部穿透所述第二N型硅外延层并分别和所述P型注入区51a、52a、53a和54a相连接，最后通过所述P型注入区51a、52a、53a和54a和所述N+硅基片1接触。

和本发明实施例一中的一样，所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b都是由填充于沟槽中的P型硅组成；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的杂质浓度在纵向方向上有两种值，所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的顶部区域分别为区域51c、区域52c、区域53c和区域54c，所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的杂质浓度都为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上，更优选择为，200％～500％间。所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的纵向高度要分别小于各自填充的所述沟槽41、所述沟槽42、所述沟槽43和所述沟槽44的深度的一半。

如图7所示，是本发明实施例五超级结器件的沿图1中AA’的截面图。本发明实施例五和本发明实施例四的区别是：在1区即所述电流流动区中的所述P型薄层的结构为：在所述第一N型硅外延层中没有形成P型注入区51a，而只是存在所述P型柱51b，而所述P型柱51b不和所述N+硅基片1接触。2区和3区中的所述P型薄层和本发明实施例四一样，都由P型注入区和填充于沟槽中的P型硅组成，并和所述N+硅基片1接触。

如图8所示，是本发明实施例六超级结器件的沿图1中AA’的截面图。本发明实施例六和本发明实施例五的区别是：3区中没有形成P型注入区54a，3区中所述P型薄层只由所述P型柱54b组成、并不和所述N+硅基片1接触。

对于如图3～图8所示的各种结构的器件，当器件的击穿电压为500V～600V时，其中所述N型硅外延层2的厚度约为45微米，所述N型硅外延层2的掺杂浓度为1E15CM^-3，所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b底部区域的杂质浓度约为2E15CM^-3，所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c约为1.2E16CM^-3。栅氧7的厚度800埃～1200埃，多晶硅8的厚度为3000埃～0000埃，所述终端介质膜6的厚度为5000埃～15000埃，所述层间膜9的厚度为5000埃～15000埃。

如图3～图5所示，本发明实施例一所述超级结器件的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在一N+硅基片1上形成N型硅外延层2，所述N型硅外延层2的厚度约为45微米；在所述N型硅外延层2上形成电流流动区即1区的P型背栅3以及终端保护结构区域的P型环24。

步骤二、利用光刻刻蚀在所述电流流动区即1区形成沟槽41，和在所述终端保护结构区域即2区和3区形成沟槽42、43和44。部分或全部所述沟槽41、42、43和44的深度到达N+硅基片1上。

如图3所示，全部所述沟槽41、42、43和44的深度都到达N+硅基片1上。

如图4所示，包括两种不同深度的沟槽，所述沟槽41的深度不到达N+硅基片1上，所述沟槽42、43和44的深度都到达N+硅基片1上。能采用两次光刻和刻蚀的方法分别形成不同深度的所述沟槽41和2区和3区的所述沟槽42、43和44；也能利用刻蚀的微负载效应来实现两种不同深度的沟槽的形成，即在所述电流流动区即1区和所述终端保护结构的区域即2区和3区采用不同的沟槽横向尺寸和沟槽步进，例如：1区中沟槽41的宽度和步进设置分别为3微米和6微米，2区中沟槽42的宽度和步进设置分别为5微米和10微米，3区中沟槽43的宽度和步进设置分别为5微米和11微米，3区中沟槽44的宽度和步进设置分别为5微米和14微米；利用刻蚀的微负载效应，在3微米宽的深度达到40微米时，5微米宽的沟槽42、43和44的深度已经超过46微米，穿透了所述N型硅外延层2，并接触到了所述N+硅基片1。

如图5所示，包括三种不同深度的沟槽，所述沟槽41的深度不到达N+硅基片1上，所述沟槽42、43的深度都到达N+硅基片1上，所述沟槽44的深度不到达N+硅基片1上。能采用多次光刻和刻蚀的方法分别形成不同深度的所述沟槽41和2区和3区的所述沟槽42、43和44。也能利用刻蚀的微负载效应来实现两种不同深度的沟槽的形成，即在所述电流流动区即1区和所述终端保护结构的区域即2区和3区采用不同的沟槽横向尺寸和沟槽步进，例如：1区中沟槽41的宽度和步进设置分别为3微米和6微米，2区中沟槽42的宽度和步进设置分别为5微米和10微米，3区中沟槽43的宽度和步进设置分别为5微米和11微米，3区中沟槽44的宽度和步进设置分别为2微米和6微米；利用刻蚀的微负载效应，在3微米宽的深度达到40微米时，5微米宽的沟槽42、43的深度已经超过46微米，穿透了所述N型硅外延层2，并接触到了所述N+硅基片1，2微米宽的沟槽44的深度为35微米，更接近于器件的上表面。

步骤三、在所述沟槽41、42、43和44中形成P型硅并将所述N型外延层2表面的硅去掉，从而在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的所述P型薄层和N型薄层。所述P型薄层即为所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的杂质浓度在纵向方向上有两种值，所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的顶部区域分别为区域51c、区域52c、区域53c和区域54c，所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的杂质浓度都为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上，更优选择为，200％～500％间。所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的纵向高度要分别小于各自填充的所述沟槽41、所述沟槽42、所述沟槽43和所述沟槽44的深度的一半。

步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀将1区的膜去掉从而在所述终端保护结构区域形成终端介质膜6；所述终端介质膜6的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构。

步骤五、在所述N+硅基片1上形成栅氧7和多晶硅8，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅8组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少一多晶硅场板P1，所述多晶硅场板P1完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜6、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜6之间的区域上。

步骤六、利用光刻和离子注入工艺形成源区11和沟道截止环21。

步骤七、淀积形成层间膜9。

步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔10。

步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅3和后续金属层13的欧姆接触。

步骤十、在所述N+硅基片1表面淀积金属层13，并进行光刻刻蚀形成所述源极和所述栅极的电极图形、并形成多个金属场板P2，各所述金属场板P2分别位于所述P型环24上或所述P型柱23即所述P型柱52b、53b和54b上的所述层间膜9上，其中一个所述金属场板P2即T1框图中的所述金属场板P2完全覆盖于所述台阶结构上。由于在2区和3区中也可以不设置所述金属场板P2，当2区和3区中不设置所述金属场板P2时，本步骤中就不需要采用形成所述金属场板P2的步骤。

步骤十一、对所述N+硅基片1进行背面减薄。

步骤十二、在所述N+硅基片1背面生长背面金属层14并形成漏极。

如图6～图8所示，本发明实施例二所述超级结器件的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在一N+硅基片1上形成第一N型硅外延层，所述第一N型硅外延层的厚度为7微米～10微米。通过光刻工艺用光刻胶在所述第一N型硅外延层上定义出P型注入区，所述P型注入区为将要形成的P型薄层中底部会和所述N+硅基片接触的部分所述P型薄层的底部区域，在所述P型注入区的所述第一N型硅外延层中注入P型杂质并形成第一P型薄层、所述第一P型薄层和所述N+硅基片1接触，将所述光刻胶去除。

如图6所示，在1区、2区和3区中都定义有所述P型注入区并形成有所述第一P型薄层，所述第一P型薄层分为P型注入区51a、52a、53a和54a，其中P型注入区51a形成于1区中，P型注入区52a形成于2区中，P型注入区53a形成于3区中内侧即靠近2区的位置，P型注入区54a形成于3区中外侧的位置。所述P型注入区51a、52a、53a和54a都穿过所述第一N型硅外延层并和所述N+硅基片1接触。

如图7所示，在1区中没有定义所述P型注入区51a，在2区和3区中都定义有所述P型注入区52a、53a和54a，所以只在2区和3区形成有所述第一P型薄层。

如图8所示，在1区中和3区的外侧即原来2区的一侧没有定义所述P型注入区51a和54a，在2区中和3区的内侧即靠近2区的一侧都定义有所述P型注入区52a和53a，所以只在2区和3区的内侧形成有所述第一P型薄层。

步骤二、在所述第一N型硅外延层上形成第二N型硅外延层，所述第二N型硅外延层的厚度为7微米～10微米；由所述第一N型硅外延层和所述第二N型硅外延层组成N型硅外延层2，所述N型硅外延层2的厚度保持为45微米左右。在所述第二N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅3以及终端保护结构区域的P型环24。利用光刻刻蚀在所述第二N型硅外延层上形成沟槽，在所有要形成所述P型薄层的位置处都形成有所述沟槽；在形成有所述第一P型薄层的位置处，所述沟槽位于各所述第一P型薄层的上部且所述沟槽的底部和所述第一P型薄层接触；在未形成有所述第一P型薄层的位置处，所述沟槽的底部不和所述N+硅基片1接触；其中，在所述电流流动区即1区形成的为沟槽41，和在所述终端保护结构区域即2区和3区形成的为沟槽42、43和44。

如图6所示，全部所述沟槽41、42、43和44的底部都和所述第一P型薄层接触，即分别和所述P型注入区51a、52a、53a和54a接触。

如图7所示，所述沟槽42、43和44的底部都和所述第一P型薄层接触，即分别和所述P型注入区52a、53a和54a接触。由于未形成所述P型注入区51a，所述沟槽41的底部不和所述第一P型薄层接触、也不和所述N+硅基片1接触。

如图8所示，所述沟槽42和43的底部都和所述第一P型薄层接触，即分别和所述P型注入区52a、53a接触。由于未形成所述P型注入区51a和54a，所述沟槽41和44的底部不和所述第一P型薄层接触、也不和所述N+硅基片1接触。

步骤三、在所述沟槽41、42、43和44中形成P型硅并将所述第二N型硅外延层表面的硅去掉，由形成于所述沟槽41、42、43和44中所述P型硅组成第二P型薄层；在形成有所述第一P型薄层的位置处，由上下相连接的各所述第一P型薄层和各所述第二P型薄层组成各所述P型薄层；在未形成有所述第一P型薄层的位置处，由各所述第二P型薄层组成各所述P型薄层；各所述P型薄层和其邻近的所述第一N型硅外延层和所述第二N型硅外延层在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的所述P型薄层和N型薄层。所述第二P型薄层即为所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的杂质浓度在纵向方向上有两种值，所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％；所述P型柱51b、P型柱52b、P型柱53b和P型柱54b的顶部区域分别为区域51c、区域52c、区域53c和区域54c，所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的杂质浓度都为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上，更优选择为，200％～500％间。所述区域51c、区域52c、区域53c和区域54c的纵向高度要分别小于各自填充的所述沟槽41、所述沟槽42、所述沟槽43和所述沟槽44的深度的一半。

步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀将1区的膜去掉从而在所述终端保护结构区域形成终端介质膜6和第二介质层7A。所述终端介质膜6的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构。所述第二介质层7A位于所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述第二N型硅外延层上，所述第二介质层7A的厚度大于后续要形成的栅氧的厚度；所述第二介质层7A至少要覆盖后续将要被延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间多晶硅场板所覆盖的所述P薄层的中心区域。

步骤五、在所述N+硅基片1上形成栅氧7和多晶硅8，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅8组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少一多晶硅场板P1，所述多晶硅场板P1完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜6，所述多晶硅场板P1还延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述第二N型硅外延层上、且所述多晶硅场板P1的延伸部分覆盖有一个或多个所述P型薄层，所述多晶硅场板P1的延伸部分和其底部的所述第二N型硅外延层间隔离有所述栅氧7和所述第二介质层7A。

步骤六、利用光刻和离子注入工艺形成源区11和沟道截止环21。

步骤七、淀积形成层间膜9。

步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔10。

步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅3和后续金属层13的欧姆接触。

步骤十、在所述N+硅基片1表面淀积金属层13，并进行光刻刻蚀形成所述源极和所述栅极的电极图形、并形成多个金属场板P2，各所述金属场板P2分别位于所述P型环24上或所述P型柱23即所述P型柱52b、53b和54b上的所述层间膜9上，其中一个所述金属场板P2即T1框图中的所述金属场板P2完全覆盖于所述台阶结构上。由于在2区和3区中也可以不设置所述金属场板P2，当2区和3区中不设置所述金属场板P2时，本步骤中就不需要采用形成所述金属场板P2的步骤。

步骤十一、对所述N+硅基片1进行背面减薄。

步骤十二、在所述N+硅基片1背面生长背面金属层14并形成漏极。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超级结器件，在一N+硅基片上形成有一N型硅外延层，超级结器件的中间区域为电流流动区，所述电流流动区包含多个交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层；终端保护结构环绕于所述电流流动区的外周，所述终端保护结构包括多个环绕于所述电流流动区的外周且交替排列的形成于所述N型硅外延层中的P型薄层和N型薄层；其特征在于： 

一个以上所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触； 

各所述P型薄层中由填充于沟槽中的P型硅组成、或者各所述P型薄层中由形成于所述N型硅外延层中的P型注入区加上形成于所述P型注入区上部的填充于沟槽中的P型硅组成； 

各所述P型薄层中，填充于沟槽中的所述P型硅的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型硅的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述P型硅的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上；所述P型硅的顶部区域的杂质浓度的深度小于对应的所述沟槽的深度的一半。 

2.如权利要求1所述超级结器件，其特征在于：所有的所述P型薄层的底部都穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。 

3.如权利要求1所述超级结器件，其特征在于：所述电流流动区中的所述P型薄层的底部都不穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；所述终端保护结构中的所述P型薄层的底部都穿透所述N型硅外延层 并和所述N+硅基片接触。 

4.如权利要求1所述超级结器件，其特征在于：所述电流流动区中的所述P型薄层的底部都不穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触；所述终端保护结构中的一个以上的所述P型薄层的底部穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触。 

5.如权利要求1所述超级结器件，其特征在于：在所述电流流动区中，一P型背栅形成于各所述P型薄层上部或所述P型背栅形成于各所述P型薄层上部并延伸到各所述P型薄层上部两侧的所述N型薄层中，一源区形成于各所述P型背栅中，在所述电流流动区的所述N型硅外延层上部形成有栅氧、栅极以及源极，在所述N+硅基片的背面形成有漏极； 

所述终端保护结构还包括至少一P型环、一沟道截止环、一终端介质膜、至少一多晶硅场板；所述P型环、所述P型薄层和所述沟道截止环都呈环状结构、并由内往外依次环绕于所述电流流动区的外周； 

所述P型环形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层的表面层中且和最外侧P型区域相邻； 

所述沟道截止环形成于最外侧P型薄层外侧的所述N型硅外延层的表面层中； 

所述终端介质膜形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层上并和所述电流流动区的外侧边缘相隔一定距离，所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构； 

所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜之间的区域上； 

一层间膜形成于所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层、所述终端介质膜和所述多晶硅场板上。 

6.一种超级结器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤： 

步骤一、在一N+硅基片上形成N型硅外延层，在所述N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅以及终端保护结构区域的P型环； 

步骤二、利用光刻刻蚀在所述电流流动区和所述终端保护结构区域的所述N型硅外延层上形成沟槽，一个以上的所述沟槽穿透所述N型硅外延层并和所述N+硅基片接触； 

步骤三、在所述沟槽中形成P型硅并将所述N型硅外延层表面的硅去掉，从而在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的P型薄层和N型薄层；各所述P型薄层的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述P型薄层的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述P型薄层的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上； 

步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀在所述终端保护结构区域形成终端介质膜；所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构； 

步骤五、在所述N+硅基片上形成栅氧和多晶硅，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少一多晶硅场板，所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖部分所述终端介质膜、并延伸到所述电流流动区的外侧边缘到所述终端介质膜之间的区域上； 

步骤六、利用光刻和离子注入工艺形成源区和沟道截止环； 

步骤七、淀积形成层间膜； 

步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔； 

步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅和后续金属层的欧姆接触； 

步骤十、在所述N+硅基片表面淀积金属层，并进行光刻刻蚀形成源极和栅极的电极图形； 

步骤十一、对所述N+硅基片进行背面减薄； 

步骤十二、在所述N+硅基片背面进行金属化形成漏极。 

7.一种超级结器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤： 

步骤一、在一N+硅基片上形成第一N型硅外延层，通过光刻工艺用光刻胶在所述第一N型硅外延层上定义出P型注入区，所述P型注入区为将要形成的P型薄层中底部会和所述N+硅基片接触的部分所述P型薄层的底部区域，在所述P型注入区的所述第一N型硅外延层中注入P型杂质并形成第一P型薄层，所述第一P型薄层和所述N+硅基片接触，将所述光刻胶去除； 

步骤二、在所述第一N型硅外延层上形成第二N型硅外延层；在所述第二N型硅外延层上形成电流流动区的P型背栅以及终端保护结构区域的P型环；利用光刻刻蚀在所述第二N型硅外延层上形成沟槽，在所有要形成所述P型薄层的位置处都形成有所述沟槽；在形成有所述第一P型薄层的位置处，所述沟槽位于各所述第一P型薄层的上部且所述沟槽的底部和所述第一P型薄层接触；在未形成有所述第一P型薄层的位置处，所述沟 槽的底部不和所述N+硅基片接触； 

步骤三、在所述沟槽中形成P型硅并将所述第二N型硅外延层表面的硅去掉，由形成于所述沟槽中所述P型硅组成第二P型薄层；在形成有所述第一P型薄层的位置处，由上下相连接的各所述第一P型薄层和各所述第二P型薄层组成各所述P型薄层；在未形成有所述第一P型薄层的位置处，由各所述第二P型薄层组成各所述P型薄层；各所述P型薄层和其邻近的所述第一N型硅外延层和所述第二N型硅外延层在所述电流流动区和所述终端保护结构区域分别形成交替排列的所述P型薄层和N型薄层；各所述第二P型薄层的杂质浓度在纵向方向上至少有两种值，各所述第二P型薄层的底部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的85％～115％，各所述第二P型薄层的顶部区域的杂质浓度为最佳电荷平衡的杂质浓度的200％以上； 

步骤四、淀积介质膜并利用光刻刻蚀在所述终端保护结构区域形成终端介质膜和第二介质层；所述终端介质膜的靠近所述电流流动区的一侧具有一台阶结构，所述第二介质层位于所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述第二N型硅外延层上，所述第二介质层的厚度大于后续要形成的栅氧的厚度；所述第二介质层至少要覆盖后续将要被延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间多晶硅场板所覆盖的所述P型薄层的中心区域； 

步骤五、在所述N+硅基片上形成栅氧和多晶硅，利用光刻刻蚀在所述电流流动区形成由所述多晶硅组成的栅极图形，在所述终端保护结构区域形成至少一多晶硅场板，所述多晶硅场板完全覆盖所述台阶结构并覆盖 部分所述终端介质膜，所述多晶硅场板还延伸到所述电流流动区的外侧到所述台阶结构间的所述第二N型硅外延层上、且所述多晶硅场板的延伸部分覆盖有一个或多个所述P型薄层，所述多晶硅场板的延伸部分和其底部的所述第二N型硅外延层间隔离有所述栅氧和所述第二介质层； 

步骤六、利用光刻和离子注入工艺形成源区和沟道截止环； 

步骤七、淀积形成层间膜； 

步骤八、进行光刻刻蚀形成接触孔； 

步骤九、进行P+离子注入形成所述P型背栅和后续金属层的欧姆接触； 

步骤十、在所述N+硅基片表面淀积金属层，并进行光刻刻蚀形成源极和栅极的电极图形； 

步骤十一、对所述N+硅基片进行背面减薄； 

步骤十二、在所述N+硅基片背面进行金属化形成漏极。 

8.如权利要求7所述的超级结器件的制造方法，其特征在于：所述第一N型硅外延层的厚度为7微米～10微米。