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超級結半導體器件的製作方法

2023-06-06 10:10:56 1

專利名稱:超級結半導體器件的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超級結半導體器件。該超級結半導體器件包括:半導體襯底;位於半導體襯底之上的埋層,埋層包括交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區和多個N型條狀埋區;位於埋層之上的超級結器件層,超級結器件層底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區和多個N型條狀摻雜區,其中第一方向與第二方向相交。本實用新型的超級結半導體器件具有耐壓性能好、結構簡單、製造成本低等優點。
【專利說明】超級結半導體器件

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體器件製造【技術領域】,具體涉及一種超級結半導體器件。

【背景技術】
[0002]VDMOS (vertical double-diffus1n metal-oxi de-semi conductor,垂直雙擴散金屬氧化物半導體結構)器件是新一代功率半導體器件,在電力電子領域得到了廣泛的應用。
[0003]圖1為傳統的功率VDMOS器件的元胞示意圖,其中:N型外延層通過背面電極引出,作為漏電極(Drain) ;P型講區(P_body)通過表面P+、N+引出,作為源電極(Source) ;P型阱區之間的外延層上設有柵電極,與N型外延層間有絕緣介質間隔。器件工作截止態時,源極接地,漏極加正電壓,所加電壓主要由P-body和N外延層形成的PN結承擔;隨著所加電壓的增大,電場隨之升高;當電場最高點達到擊穿電壓Ec時,器件就發生擊穿。圖2為圖1所示器件擊穿時沿a-c處的電場分布。由半導體物理可知,電壓為電場的積分,因此,圖2中的陰影部分的面積就是擊穿電壓的值。
[0004]為了提高功率VDMOS器件的耐壓性能,技術人員提出了一種具有超極結結構的功率VDMOS器件。圖3為具有超極結結構的功率VDMOS器件的元胞結構示意圖。超級結結構形成於器件的漂移層內。該漂移層內包括N型導電類型柱(簡稱「N柱」)和P型導電類型柱(簡稱「P柱」),N柱和P柱交替鄰接設置而成的多個P-N柱對形成超結結構。N柱具有N導電類型雜質,P柱具有P導電類型雜質,而且,N柱的雜質量與P柱的雜質量保持一致。當具有超結結構的器件反向截止時,超結結構中的N柱和P柱分別被耗盡,耗盡層從每個N柱和P柱間的P-N結界面延伸,由於N柱內的雜質量與P柱內的雜質量相等,因此耗盡層延伸並完全耗盡N柱與P柱,從而支持器件耐壓。由於交替鄰接排列的P柱和N柱能夠形成電場平衡,可以降低摻外延雜濃度,即器件的導通電阻極大減小。在理論上的理想情況下,其擊穿時沿a-b-c處的電場分布如圖4所示。顯然地,圖4中陰影部分的面積明顯大於圖2中的陰影部分的面積,這說明增設了超級結結構之後提高了器件的擊穿電壓值。因此,具有超結結構的半導體功率器件具有高耐壓和低導通電阻的電學特性。
[0005]由上可知,超級結器件的擊穿電壓主要由形成電場平衡的P柱和N柱的深度決定。但現有技術中欲形成較深的P柱和N柱,其工藝過程中的一致性和穩定性較難控制,並且製造成本昂貴,不利於廣品性價比的提尚。
實用新型內容
[0006]本實用新型旨在至少在一定程度上解決如何低成本地、通過形成P柱或N柱來提高器件擊穿電壓的技術問題。為此,本實用新型的目的在於提出一種具有埋層結構的超級結半導體器件。
[0007]根據本實用新型實施例的超級結半導體器件,可以包括:半導體襯底;位於所述半導體襯底之上的埋層,所述埋層包括交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區和多個N型條狀埋區;位於所述埋層之上的超級結器件層,所述超級結器件層底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區和多個N型條狀摻雜區,其中所述第一方向與所述第二方向相交;位於所述超級結器件層之上的鈍化層,所述鈍化層覆蓋所述超級結器件層的上表面。
[0008]根據本實用新型實施例的超級結半導體器件中,通過增設具有交替鄰接的P型條狀埋區和N型條狀埋區的埋層,相當於對原本的超級結器件層中的P型條狀摻雜區和N型條狀摻雜區進行了局部的縱向延伸,整個器件中的P柱和N柱的厚度增加,從而提高了整個器件的耐壓性能。該超級結器件還具有結構簡單,製造成本低等優點。
[0009]另外,根據本實用新型上述實施例的超級結半導體器件還可以具有如下附加的技術特徵:
[0010]在本實用新型的一個實施例中,所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0011]在本實用新型的一個實施例中,所述P型條狀埋區或所述N型條狀埋區的深度與寬度的比值不超過10。
[0012]在本實用新型的一個實施例中,所述多個P型條狀埋區的厚度、所述多個N型條狀埋區的厚度均與所述埋層厚度相等。

【附圖說明】

[0013]圖1為傳統的普通功率VDMOS器件的元胞結構示意圖。
[0014]圖2為圖1所示器件擊穿時沿圖1結構中a-c處的電場分布示意圖。
[0015]圖3為現有的具有超級結結構的功率VDMOS器件的元胞結構示意圖。
[0016]圖4為圖3所示器件在理論情況下其擊穿時沿圖3結構中a-b-c處的電場分布示意圖。
[0017]圖5為具體實施示例一本實用新型溝槽柵型MOSFET器件的三維結構示意圖。
[0018]圖6為如圖5所示器件的A-A』剖面示意圖。
[0019]圖7為如圖5所示器件的B-B』剖面示意圖。
[0020]圖8為具體實施示例二本實用新型平面柵型MOSFET器件的三維結構示意圖。
[0021]圖9為如圖8所示器件C-C』的剖面示意圖。
[0022]圖10為如圖8所示器件D-D』的剖面示意圖。

【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本實用新型的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,旨在用於解釋本實用新型,而不能理解為對本實用新型的限制。
[0024]本實用新型第一方面提出一種超級結半導體器件,可以包括:半導體襯底1、位於半導體襯底I之上的埋層2,以及位於埋層2之上的超級結器件層3。埋層2包括交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區和多個N型條狀埋區,P型條狀埋區和N型條狀埋區的摻雜濃度基本一致(指摻雜濃度在同一數量級)ο超級結器件層3底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區和多個N型條狀摻雜區,P型條狀摻雜區和N型條狀摻雜區的摻雜濃度基本一致。需要說明的是,第一方向與第二方向相交,是出於電場擴展的需要,以保證埋層2中的P型條狀埋區和超級結器件層3中的P型條狀摻雜區能夠局部相互接觸,埋層2中的N型條狀埋區和超級結器件層3中的N型條狀摻雜區也能夠局部相互接觸,同時還能使超級結器件中的電場均勻分布。需要說明的是,超級結器件層3中除了底部的超級結結構之外,通常還包括超級結結構上方的器件結構和終端結構,例如位於所述超級結器件層之上的鈍化層,所述鈍化層覆蓋所述超級結器件層的上表面,通過在所述超級結器件層之上設置鈍化層,可以防止外界環境(例如有毒氣體、強酸、強鹹等)對超級結器件層的侵蝕。本領域技術人員能夠根據實際情況靈活設計該器件結構和終端結構,相關細節本文不贅述。
[0025]為使本領域技術人員更好地理解,下面 申請人:結合圖5-圖10介紹兩個具體實施示例來進一步說明本實用新型的超級結器件。
[0026]圖5為具體實施示例一本實用新型溝槽柵型MOSFET器件的三維結構示意圖。圖6為如圖5所示器件的A-A』剖面示意圖。圖7為如圖5所示器件的B-B』剖面示意圖。如圖5-圖7所示,該實施示例一的器件結構中,垂直方向分為半導體襯底1、埋層2和超級結器件層3。半導體襯底I是典型的N+矽襯底,其厚度約為20-25mils,電阻率約為0.005-0.01 Ω.cm。埋層2中具有超結結構(交替鄰接的P柱和N柱),其中P型條狀埋區(相當於P柱)和N型條狀埋區(相當於N柱)沿第一方向延伸,二者交替排列分布且彼此鄰接。超級結器件層3中底部也具有超結結構(交替鄰接的P柱和N柱),其中P型條狀摻雜區(相當於P柱)和N型條狀摻雜區(相當於N柱)沿第二方向延伸,二者交替排列分布且彼此鄰接。第一方向與第二方向交叉。超級結器件層3中還包括源區、阱區、柵氧層、溝槽柵等結構。
[0027]圖8為具體實施示例二本實用新型平面柵型MOSFET器件的三維結構示意圖。圖9為如圖8所示器件C-C』的剖面示意圖。圖10為如圖8所示器件D-D』的剖面示意圖。如圖8-圖10所示,該實施示例二的器件結構中,垂直方向分為半導體襯底1、埋層2和超級結器件層3。半導體襯底I是典型的N+矽襯底,其厚度約為20-25mils,電阻率約為0.005-0.01 Ω.cm。埋層2中具有超結結構(交替鄰接的P柱和N柱),其中P型條狀埋區(相當於P柱)和N型條狀埋區(相當於N柱)沿第一方向延伸,二者交替排列分布且彼此鄰接。超級結器件層3中底部也具有超結結構(交替鄰接的P柱和N柱),其中P型條狀摻雜區(相當於P柱)和N型條狀摻雜區(相當於N柱)沿第二方向延伸,二者交替排列分布且彼此鄰接。第一方向與第二方向交叉。超級結器件層3中還包括源區、阱區、柵氧層、平面柵等結構。
[0028]由上可知,根據本實用新型實施例的超級結器件,通過增設具有交替鄰接的P型條狀埋區和N型條狀埋區的埋層,相當於對原本的超級結器件層中的P型條狀摻雜區和N型條狀摻雜區進行了局部的縱向延伸,整個器件中的P柱和N柱的厚度增加,從而提高了整個器件的耐壓性能。該超級結器件還具有結構簡單,製造成本低等優點。
[0029]在本實用新型的一個實施例中,第一方向可以與第二方向垂直。該情況下能夠確保P型條狀埋區與P型條狀摻雜區有一定的接觸面積,同時N型條狀埋區與N型條狀摻雜區有一定的接觸面積。
[0030]在本實用新型的一個實施例中,P型條狀埋區或N型條狀埋區的深度與寬度的比值不超過10。例如,寬度約為5um,深度約為45um。該尺寸範圍下,本實用新型的工藝過程中的一致性和穩定性較易於實現。
[0031]在本說明書的描述中,參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外,在不相互矛盾的情況下,本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
[0032]此外,術語「第一」、「第二」僅用於描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此,限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本實用新型的描述中,「多個」的含義是至少兩個,例如兩個,三個等,除非另有明確具體的限定。
[0033]流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為,可以不按所示出或討論的順序,包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序,來執行功能,這應被本實用新型的實施例所屬【技術領域】的技術人員所理解。
[0034]儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例,可以理解的是,上述實施例是示例性的,不能理解為對本實用新型的限制,本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1.一種超級結半導體器件,其特徵在於,包括: 半導體襯底; 位於所述半導體襯底之上的埋層,所述埋層包括交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區和多個N型條狀埋區; 位於所述埋層之上的超級結器件層,所述超級結器件層底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區和多個N型條狀摻雜區,其中所述第一方向與所述第二方向相交; 位於所述超級結器件層之上的鈍化層,所述鈍化層覆蓋所述超級結器件層的上表面。2.根據權利要求1所述的超級結半導體器件,其特徵在於,所述第一方向與所述第二方向垂直。3.根據權利要求1所述的超級結半導體器件,其特徵在於,所述P型條狀埋區或所述N型條狀埋區的深度與寬度的比值不超過10。4.根據權利要求1所述的超級結半導體器件,其特徵在於,所述多個P型條狀埋區的厚度、所述多個N型條狀埋區的厚度均與所述埋層厚度相等。
【文檔編號】H01L29-10GK204289463SQ201420657002
【發明者】朱超群, 陳宇 [申請人]寧波比亞迪半導體有限公司

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