專利名稱：交錯(cuò)柱超級結(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)，更確切地說，是交錯(cuò)超級 結(jié)器件及其制備過程。
背景技術(shù)：
功率MOSFET典型應(yīng)用于需要功率轉(zhuǎn)換和功率放大的器件中。對于功率轉(zhuǎn)換器件 來說，市場上可買到的代表性的器件就是雙擴(kuò)散MOSFET (DM0SFET)。在一個(gè)典型的晶體管 中，大部分的擊穿電壓BV都由漂流區(qū)承載，為了提供較高的擊穿電壓BV，漂流區(qū)要低摻雜。 然而，低摻雜的漂流區(qū)會產(chǎn)生高導(dǎo)通電阻&s-。n。對于一個(gè)典型的晶體管而言，1,與階2 5 成正比。因此，對于傳統(tǒng)的晶體管，隨著擊穿電壓BV的增加，Rds_on也急劇增大。超級結(jié)是一種眾所周知的半導(dǎo)體器件。超級結(jié)晶體管提出了一種可以在維持很高 的斷開狀態(tài)擊穿電壓(BV)的同時(shí)，獲得很低的導(dǎo)通電阻(I ds_。n)的方法。超級結(jié)器件含有 形成在漂流區(qū)中的交替的P-型和N-型摻雜立柱。在MOSFET的斷開狀態(tài)時(shí)，在相對很低的 電壓下，立柱就完全耗盡，從而能夠維持很高的擊穿電壓(立柱橫向耗盡，因此整個(gè)ρ和η 立柱耗盡)。對于超級結(jié)，導(dǎo)通電阻Rds_。n的增加與擊穿電壓BV成正比，比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)增加地更加緩慢。因此，對于相同的高擊穿電壓(BV)，超級結(jié)器件比傳統(tǒng)的MOSFET器件 具有更低的&s-。n(或者，相反地，對于特定的Rds_。n，超級結(jié)器件比傳統(tǒng)的MOSFET具有更高的 BV)。無箝位感應(yīng)開關(guān)(UIS)是一種對環(huán)境敏感的元件，用于說明功率MOSFET在雪崩模 式(當(dāng)功率MOSFET的漏源電壓超過大塊擊穿電壓時(shí))中，承受電流而不造成永久性損壞的 能力。UIS通常用于測量MOSFET的耐用性。為了獲得高UIS，關(guān)鍵點(diǎn)之一就是確保在有源 區(qū)擊穿之前，MOSFET的終止區(qū)不擊穿。有源區(qū)覆蓋的面積比終止區(qū)大得多，因此有源區(qū)所 能承受的雪崩電流比終止區(qū)大得多。在傳統(tǒng)的超級結(jié)器件中，可能存在由工藝變化或較低 的終止或角區(qū)BV引起的不穩(wěn)定的UIS。此外，當(dāng)要在一個(gè)公共晶片中形成多個(gè)超級結(jié)器件 時(shí)，由于整個(gè)晶片上的工藝變化，Rds_。n和BV可以互不相同。正是在這一前提下，提出了本發(fā)明的各種實(shí)施例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的交錯(cuò)柱垂直超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其制備方法，能有 效解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的困難和局限。本發(fā)明的這些實(shí)施例涉及一種交錯(cuò)柱垂直超級結(jié)半導(dǎo)體器件，該器件含有一個(gè)帶 有一個(gè)或多個(gè)器件單元的有源區(qū)。有源單元(或主要)區(qū)域中的每個(gè)器件單元，都含有一個(gè) 第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層(例如半導(dǎo)體襯底)。第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層(例如 外延層)位于襯底上方。第一摻雜立柱形成在第二半導(dǎo)體層中，到達(dá)第一深度，第二摻雜立 柱形成在第二半導(dǎo)體層中，到達(dá)第二深度。第一深度比第二深度深一個(gè)單位深度。第一和第 二立柱用相同的第二導(dǎo)電類型的摻雜物摻雜，并沿著第二半導(dǎo)體層的厚度部分延伸。通過作為漂流區(qū)的一部分第二半導(dǎo)體層，第一和第二立柱相互分開。本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及， 使器件主要部分中第二導(dǎo)電類型的其中一個(gè)立柱的深度，小于器件終止部分中第二導(dǎo)電類 型的立柱的深度。本發(fā)明的一些其他實(shí)施例涉及一種交錯(cuò)柱超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制備方法。依據(jù) 該方法，在與具有第一導(dǎo)電類型的摻雜物摻雜在一起的第一半導(dǎo)體層的表面上使用第一掩 膜。該第一掩膜所形成的圖案，在對應(yīng)第一立柱的位置處有開口，對應(yīng)第二立柱的位置處沒 有開口。具有第二導(dǎo)電類型的摻雜物，可以通過開口植入，以形成第一植入?yún)^(qū)。第二半導(dǎo)體 層可以生長在第一半導(dǎo)體層上方，并與第一導(dǎo)電類型的摻雜物摻雜在一起。在第二半導(dǎo)體 層的表面上使用第二掩膜。該第二掩膜所形成的圖案，在對應(yīng)第一和第二立柱的位置處都 有開口。在第二半導(dǎo)體層中植入第二導(dǎo)電類型的摻雜物，通過對應(yīng)第一和第二立柱位置處 的開口，形成第二植入?yún)^(qū)。重復(fù)該工藝，直到立柱達(dá)到所需的高度(或深度)。然后，擴(kuò)散第 二導(dǎo)電類型的摻雜物，形成被第一導(dǎo)電類型的漂流區(qū)隔開的第二導(dǎo)電類型的立柱。充分摻 雜第二導(dǎo)電類型的立柱，使它們同附近的第一導(dǎo)電類型的漂流區(qū)，在水平方向上電荷平衡。 然而，由于第二立柱延伸地不如第一立柱深，因此第二立柱下面的區(qū)域沒有充分達(dá)到電荷 平衡，這會改變BV和Rds,的特性。參照以下附圖并閱讀本發(fā)明的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明之后，本發(fā)明的這些以及其 他特點(diǎn)和優(yōu)勢，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，無疑將顯而易見。


圖1表示一種現(xiàn)有技術(shù)的MOSFET器件的剖面圖。圖2表示一種現(xiàn)有技術(shù)的超級結(jié)MOSFET器件的剖面圖。圖3A表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種超級結(jié)MOSFET器件的剖面圖。圖;3B表示圖3A所示的那類超級結(jié)MOSFET器件的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4A表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種利用有源區(qū)和終止區(qū)中的交錯(cuò)柱超級 結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的一部分的俯視圖。圖4B-4C表示交錯(cuò)柱的可選結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4D-4E表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種利用有源區(qū)和終止區(qū)中的交錯(cuò)柱超 級結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的一部分的剖面圖。圖5A-50表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種制備超級結(jié)MOSFET器件方法的剖面 圖和俯視圖。圖6A-6C表示三種不同類型的超級結(jié)MOSFET的剖面圖。圖7A表示圖6A-6C所示的三種不同類型的超級結(jié)的BV與P-立柱電荷平衡的變 化關(guān)系圖。圖7B表示圖6A-6C所示的三種不同類型的超級結(jié)的Rds_。n與P-電荷的變化關(guān)系 圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合圖3A 圖7B，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。盡管為了解釋說明，以下詳細(xì)說明包含了許多具體細(xì)節(jié)，但是本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員都應(yīng)理解基于以下細(xì)節(jié)的多種變化和修正都屬本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的典型實(shí) 施例的提出，對于請求保護(hù)的發(fā)明沒有任何一般性的損失，而且不附加任何限制。圖1表示一種典型的傳統(tǒng)垂直DMOS場效應(yīng)管(FET)器件的一個(gè)單單元100的剖 面圖。DMOS FET的特點(diǎn)在于，含有許多個(gè)這樣的單元。單元100的垂直FET結(jié)構(gòu)(在本例 中為N-通道)形成在N+襯底102上，N+襯底102作為漏極區(qū)。N-外延層或N-漂流區(qū)104 位于襯底102上方。結(jié)構(gòu)100也含有P-本體區(qū)106、N+源極區(qū)108、N+多晶硅柵極區(qū)112， 以及沉積在N+多晶硅柵極112下方的柵極氧化物110。然而，這種器件的設(shè)計(jì)要在低導(dǎo)通 電阻(當(dāng)柵極開啟時(shí)，漏極和源極之間的電阻)與高擊穿電壓(當(dāng)柵極關(guān)閉時(shí)，源極和漏極 擊穿時(shí)的電壓)作出取舍，這通常與漂流區(qū)104的濃度和厚度有關(guān)。圖2表示一種超級結(jié)DMOS場效應(yīng)管(FET)器件的一個(gè)單元200的剖面圖。單元 200的垂直FET結(jié)構(gòu)形成在N+襯底102上，N+襯底102作為一個(gè)漏極區(qū)。然而，在超級結(jié) 晶體管中，P-型206和N-型204的交替立柱用于代替標(biāo)準(zhǔn)漂流區(qū)。N-型立柱204可以從 N-外延層的部分開始形成，靠近P-型立柱206。與結(jié)構(gòu)100類似，結(jié)構(gòu)200也含有P-本體 區(qū)106、N+源極區(qū)108、N+多晶硅柵極區(qū)112，以及沉積在N+多晶硅柵極112下方的柵極氧 化物110。使交替立柱204和206的尺寸與摻雜程度，在水平方向上同附近的立柱達(dá)到電荷 平衡。當(dāng)MOSFET處于開啟狀態(tài)時(shí)，N-型立柱204允許垂直方向上的漂流電流通過。對于典 型的晶體管而言，立柱的濃度可以比漂流區(qū)的濃度大得多，也就是說，在開啟狀態(tài)時(shí)，立柱 的導(dǎo)通電阻較低。在關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)柵極斷開時(shí)，P-型立柱206(連接到源極電壓)和N-型 立柱204(連接到漏極電壓)之間的電壓差升高，導(dǎo)致立柱在水平方向上相互耗盡，從而大 幅提升了器件的擊穿電壓。由于MOSFET器件處于開啟狀態(tài)時(shí)，降低了漂流路徑(以及電阻)，因此縮減N-型 立柱204的深度(縮短N(yùn)-型立柱204中的電流路徑)，對于降低MOSFET的導(dǎo)通電阻非常 有效。但是，縮減N-型立柱204的深度后，由于沒有足夠的耗盡區(qū)，耗盡層中的電場強(qiáng)度立 即達(dá)到硅的最大(臨界)值，因此會使電壓較低時(shí)，發(fā)生關(guān)閉狀態(tài)擊穿。然而，在具有高擊 穿電壓的半導(dǎo)體器件中，較深的N-型立柱204會提高Rds_。n。因此，MOSFET的導(dǎo)通電阻和擊 穿電壓之間，仍然存在一種取舍關(guān)系，如上所述，這種取舍比在傳統(tǒng)的DM0SFET中要容易得 多。帶有超級結(jié)的話，&s-。n大約與BV成正比。擊穿電壓由耗盡層維持，耗盡層從P-型立 柱206和N-型立柱204之間的PN-結(jié)開始延伸。當(dāng)電荷完全平衡時(shí)，立柱將在水平方向上 完全耗盡。當(dāng)N-型立柱204和P-型立柱206越深，擊穿電壓也隨之增加。圖2所示類型的超級結(jié)器件可以量產(chǎn)，通過利用多層(例如六層)、連續(xù)的外延生 長和植入，形成間隔的P-立柱，用于平衡外延N-型漂流區(qū)中的電荷，P-立柱就形成在該外 延N-型漂流區(qū)中。通過一個(gè)植入掩膜，在每個(gè)連續(xù)的外延層中植入離子。其特點(diǎn)是同一 個(gè)掩膜可以重復(fù)使用于每個(gè)外延層的植入，以制備P-立柱。超級結(jié)結(jié)構(gòu)(例如選擇性地?fù)诫s立柱)可以用于晶體管器件晶片中的有源器件單 元和終止區(qū)中。這需要終止區(qū)中的擊穿電壓高于有源器件單元中的擊穿電壓。擊穿發(fā)生在 有源器件單元中，要比發(fā)生在終止區(qū)中更好，這是因?yàn)閾舸╇娏骺梢栽谝粋€(gè)更大的范圍上 傳輸，從而將損害降至最低。但是，工藝的變化常常會使終止區(qū)中的BV低于有源器件單元 中的BV。而且，我們需要盡可能高的擊穿電壓，以及盡可能低的Rds_。n。鑒于上述原因，這些都是相互矛盾的要求。用傳統(tǒng)的超級結(jié)結(jié)構(gòu)來滿足這些要求，涉及到要使終止區(qū)中的立柱 更深，有源器件單元中的立柱更淺。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種實(shí)用的解決該問題的方案就是帶有交錯(cuò)柱深度的 超級結(jié)器件。帶有交錯(cuò)柱深度的超級結(jié)器件圖3A表示一種交錯(cuò)柱超級結(jié)DMOS場效應(yīng)管(FET)器件的單單元300的剖面圖。 與單元200的結(jié)構(gòu)類似，單元300也形成在作為漏極區(qū)的N+襯底102上，并具有P-本體區(qū) 106、N+源極區(qū)108、N+多晶硅柵極區(qū)112，以及沉積在N+多晶硅柵極112下方的柵極氧化 物110。單元300含有P-型306、308和N-型304的交替立柱，用于代替標(biāo)準(zhǔn)漂流區(qū)。N-型 立柱304是由位于P-型立柱306、308附近的N-型外延層的區(qū)域構(gòu)成的。使交替立柱304、 306和308的尺寸與摻雜程度，在水平方向上同附近的立柱達(dá)到電荷平衡。當(dāng)MOSFET處于 開啟狀態(tài)時(shí)，N-型立柱304作為使漂流電流垂直傳輸?shù)膮^(qū)域。對于一個(gè)典型的晶體管，立 柱的濃度可以比漂流區(qū)的濃度大得多，以便在開啟狀態(tài)時(shí)，能夠具有較低的導(dǎo)通電阻。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，某些P立柱306、308已經(jīng)交錯(cuò)，也就是深度不同。圖 表示圖3A所示類型的交錯(cuò)柱超級結(jié)結(jié)構(gòu)320的一個(gè)示例的剖面圖。如圖:3B所示，P立柱 308為6個(gè)單位深度，P立柱306為7個(gè)單位深度。一個(gè)單位深度可以是5_15微米(μ m)， 更確切地說是6-7 μ m，這僅作為示例，不作為局限。還可選擇，在襯底102和P立柱306之 間，形成一個(gè)緩沖310。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)(例如緩沖310的厚度為5-15 μ m)可以改善BV、工藝 窗口以及UIS性能?？梢杂肗-型硅來制備緩沖310，這僅作為示例，不作為局限。還可選 擇，P立柱306 —直向下延伸到襯底102。由于超級結(jié)結(jié)構(gòu)的交錯(cuò)或非對稱，因此N-型立柱 304靠近P-型立柱308底部、僅有6個(gè)單位深度的區(qū)域，將不會完全耗盡，從而不僅降低了 擊穿電壓BV，而且也降低了 Rds_。n。MOSFET的源極和柵極可以通過標(biāo)準(zhǔn)工藝，形成在立柱306、308的上方。另一種方 案是，只要MOSFET的本體區(qū)303延伸到接觸P立柱306和308頂部的地方，就可以選擇在 形成P-型立柱時(shí)，不植入最上面一層，為P立柱306留下6個(gè)單位深度，為P立柱308留下 5個(gè)單位深度。由于器件的曲率以及電場，終止區(qū)中(尤其是在器件的邊緣附近)的BV往往較 低，導(dǎo)致電場較高，對應(yīng)的BV較低。通過調(diào)整在器件不同區(qū)域中的P立柱的交錯(cuò)程度，可以 略微降低有源區(qū)(器件的中間)中的擊穿電壓，有源區(qū)中需要較低的Rds_。n，同時(shí)在終止區(qū)中 保持高擊穿電壓(終止區(qū)中所形成的全部P立柱都達(dá)到完整的7個(gè)單位深度)。帶有交錯(cuò)和傳統(tǒng)超級結(jié)的器件在一個(gè)公共器件晶片上，利用交錯(cuò)超級結(jié)器件和非交錯(cuò)(即傳統(tǒng)的)超級結(jié)結(jié)構(gòu) 可以對晶片的不同部分，調(diào)節(jié)BV和I ds_。n之間的平衡關(guān)系。圖4A表示在一個(gè)有源單元和終 止區(qū)中使用交錯(cuò)柱超級結(jié)結(jié)構(gòu)的一種半導(dǎo)體器件400的可能的布局，這僅作為示例，不作 為局限。器件400可以形成在半導(dǎo)體襯底上的層中?？梢詫拥倪x定部分形成圖案或摻雜 離子，以制備多個(gè)有源單元402和終止區(qū)404。為了簡便，圖4A所示的布局中僅表示了超級 結(jié)立柱，金屬層、氧化物、源極和本體區(qū)等其他特征都已省略。如圖4D所示，有源單元402含 有一個(gè)或多個(gè)圖3A-;3B所示類型的交錯(cuò)單元超級結(jié)晶體管器件300。P型立柱306比立柱 308更深，這兩個(gè)P型立柱可以在有源區(qū)402中的一個(gè)行內(nèi)交替互換。位于P-型立柱306和308附近的N-型外延層304部分，構(gòu)成N-型立柱，N-型立柱與P-型立柱306和308電 荷平衡。源極金屬150通過含有硼磷的硅玻璃BPSG層140中的開口，接觸源極區(qū)108。終 止區(qū)404含有圖4E中剖面所示的超級結(jié)結(jié)構(gòu)406。超級結(jié)晶體管器件300和終止區(qū)超級結(jié) 結(jié)構(gòu)形成在公共襯底102上，公共襯底102作為有源單元402和終止區(qū)404中器件的漏極。 如圖4A所示，在終止區(qū)中構(gòu)成超級結(jié)結(jié)構(gòu)406的摻雜立柱，在有源單元402的區(qū)域附近延 伸。圖4B和4C表示有源單元內(nèi)交錯(cuò)P立柱306和308的可選布局。在圖4B中，交錯(cuò)P立 柱306和308構(gòu)成連續(xù)的交替平行行列。在圖4C中，交錯(cuò)P立柱306和308在一個(gè)交替的 方格圖案中。如圖4E所示，終止區(qū)404中的超級結(jié)結(jié)構(gòu)406，含有一個(gè)P-型區(qū)107、一個(gè)N+區(qū) 109以及一個(gè)或多個(gè)P-型立柱410和N-型立柱412。N-型立柱412可以由位于P-型立 柱410附近的N-型外延層304部分構(gòu)成。終止結(jié)構(gòu)也含有115氧化物、場板125、BPSG 140 以及浮動終止金屬151。然而眾做周知，這僅是一種可能的終止區(qū)的一個(gè)示例，要注意的是， 該圖更重要的一方面在于，P-型立柱410是平放在終止區(qū)404中的，因此其BV比有源單元 402的交錯(cuò)的P-型立柱306和308的BV更高。但是，在本發(fā)明范圍內(nèi)的其他示例中卻不 一定是如此。在本例中，終止區(qū)超級結(jié)結(jié)構(gòu)406中的P-型立柱410并不交錯(cuò)，而是形成到 一個(gè)統(tǒng)一的深度。例如，該深度的全長為7個(gè)單位。相比之下，有源單元402中超級結(jié)器件 300的P-型立柱306和308形成交錯(cuò)的深度，例如6個(gè)單位和7個(gè)單位深度。這使得器件 400可以設(shè)計(jì)成為在終止區(qū)404中具有較高的BV，在有源單元402中具有較低的BV和較低 的Rds_。n。憑借終止區(qū)404中較高的BV，無需增加有源單元402中的I ds_。n，就可以穩(wěn)定UIS。在一些實(shí)施例中，通過使角區(qū)域414中的有源單元里的超級結(jié)器件(見圖4A)，就 像終止區(qū)那樣，帶有全深度交替立柱，例如如圖2所示，當(dāng)剩余的有源單元有源區(qū)具有交錯(cuò) 深度交替立柱時(shí)，同樣可以穩(wěn)定UIS。由于有源單元角區(qū)域固有的幾何彎曲，其電場會比剩 余的有源單元中的電場高，從而降低擊穿電壓——在角區(qū)域414中形成全深度交替柱，能夠 削減這種效應(yīng)。交錯(cuò)超級結(jié)器件的制備本發(fā)明的實(shí)施例包括上述類型的交錯(cuò)超級結(jié)結(jié)構(gòu)和器件的制備方法。圖5A-5M表 示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，制備交錯(cuò)柱超級結(jié)器件的工藝示例的剖面圖和俯視圖。該方 法可以用于制備圖3A-;3B和4A-4B所示類型的器件。如圖5A所示，制備有源單元501的起始材料包括N+襯底502以及形成在N+襯 底502上方的第一 N-外延層501。N+襯底502含有足量的摻雜物(例如砷)，用于提供 3-5m0hm-cm甚至更低的電阻，方向?yàn)?lt;100>。第一 N-外延層504:的厚度約為5 μ m至15 μ m， 摻雜濃度約為5X1014/cm3至5X1015/cm3，在500-600V的應(yīng)用中，最好采用2X 1015/cm3o N-型摻雜物(例如磷)的總電荷約為lX1012/cm2至3X1012/cm2，在形成(例如外延生長) N-外延層501時(shí)，原位摻雜到N-外延層501中。如圖5B所示，在第一 N-外延層501上方使用第一掩膜506，以便植入P-型摻雜 物。圖5C和5D表示兩種可選掩膜5063和50~的俯視圖。如圖5B-5D所示，每個(gè)506a和 50 掩膜都含有位于角或終止區(qū)(圖中沒有表示出)的開口 510，以及位于有源區(qū)501的開 口 508。開口 508和510的寬度d約為3 μ m。形成開口 508的圖案，確定每個(gè)開口 508的 位置，使所形成的最終結(jié)構(gòu)P-立柱帶有交錯(cuò)深度。開口 508只位于將要形成全深度P立柱的位置處。P-型摻雜物(例如硼)的劑量約為5X 1012/cm2，通過開口 508和510植入在第 一 N-外延層501上，以便如圖5E所示形成第一 P-型植入?yún)^(qū)511。可以選擇將N-型緩沖 511置于P-型植入?yún)^(qū)5H1和襯底502之間。如圖5F所示，第二 N-外延層5042形成在第一 N-外延層5011。然后，如圖5G 所示，在第一 N-外延層5042上方使用第二掩膜516，以便植入P-型摻雜物。圖5H表示第 二掩膜516的俯視圖。如圖5F所示，掩膜516為終止區(qū)503和有源單元有源區(qū)501留有開 口 518、519。開口 518、519的寬度d與第一掩膜相等。形成開口 518和519的圖案，使任一 個(gè)P-立柱(無論是否全深度)都位于如圖5G所示的位置處。圖5G也表示圖5C的掩膜開 口 508和510的虛線輪廓的位置。通過開口 518和519，在第二 N-型層5042上植入P-型 摻雜物，以便如圖51所示，形成P-型植入?yún)^(qū)5142和520i。圖5J4K表示與圖5F-5I所示類似的步驟的剖面圖。如圖5J是，在第二 N-型層 5042上形成第三N-外延層5043。然后在結(jié)構(gòu)N-型層5042上方使用同一個(gè)第二掩膜516， 以便植入P-型摻雜物(圖中沒有表示出)。通過開口 518和519，在第三N-型層5043上 植入P-型摻雜物，并擴(kuò)散，以便如圖漲所示，形成P-型區(qū)5143和5202。多次(例如3-5次甚至更多)重復(fù)圖5F-5I所示的步驟，重復(fù)的次數(shù)取決于每個(gè) N-外延層504^504等的厚度以及所需的擊穿電壓。圖5L表示一種具有7個(gè)N-外延層 504r5047和P-型植入?yún)^(qū)514廣5147和52(^-52(^的實(shí)施例的剖面圖。利用擴(kuò)散工藝，將所 有的P-型植入物擴(kuò)散到P-型區(qū)中，形成P-型立柱514和520。圖5M表示一種交錯(cuò)柱超級 結(jié)結(jié)構(gòu)的剖面圖，該結(jié)構(gòu)帶有7個(gè)單位深度的P-立柱514和6個(gè)單位深度的P-立柱520。 終止區(qū)所有的立柱都在7個(gè)單位全深度(圖中沒有表示出)，還可以植入終止區(qū)。因此，終 止區(qū)的BV高于有源區(qū)中的BV，提高了 UIS性能。P-立柱514和520的深度交錯(cuò)，使得相比 于具有全深度的立柱，有源區(qū)中的所降低。而且，可以利用在這部分有源區(qū)中進(jìn)行全 深度立柱植入，來補(bǔ)償有源區(qū)的角處電場較大、BV較低的問題。此外，通過改變第一P-型區(qū) 514!的布局，可以輕松調(diào)節(jié)擊穿電壓BV、I ds_。n和UIS性能。可以有選擇地改變第一 P-型區(qū) 514!的特性，來調(diào)節(jié)BV、I ds_。n等。與其他P-型區(qū)5142等相比，所形成的第一 P-型區(qū)5叫 可以更寬或更窄、或更深、或更淺，或具有不同的摻雜濃度。沉積在N+柵極5 下方的P-本體區(qū)522、N+源極區(qū)524、N+多晶硅柵極區(qū)528以 及柵極氧化物526，都可以通過標(biāo)準(zhǔn)方法形成，以完成如圖5N所示的交錯(cuò)柱超級結(jié)MOSFET 器件530。N-型可選緩沖區(qū)511位于全深度P-立柱514的底部和N+襯底502之間。圖50為另一種可能的布局結(jié)構(gòu)沿圖5N中的0-0線的俯視剖面圖，表示與部分深 度P-立柱520交錯(cuò)的全深度P-立柱514，N-外延層504形成在P-立柱520和P-立柱514 之間。圖6A表示通過沉積帶有7次植入P-型摻雜物的7個(gè)N-外延層，形成的一種超級 結(jié)結(jié)構(gòu)600的剖面圖。如圖6A所示，兩個(gè)P立柱602都是7個(gè)單位深度。圖6B表示圖4和圖5L所示類型的交錯(cuò)超級結(jié)結(jié)構(gòu)610的剖面圖。如圖6B所示， 第一立柱614為7個(gè)單位深度，但P立柱612僅為6個(gè)單位深度。圖6C表示通過沉積帶有6次植入P-型摻雜物的7個(gè)N-外延層，形成的一種超級 結(jié)結(jié)構(gòu)620的剖面圖。如圖6A所示，兩個(gè)P立柱622都是6個(gè)單位深度。圖7A表示圖6A-6C所示的三種不同類型的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的BV和P立柱電荷平衡之間的關(guān)系圖。圖7B表示圖6A-6C所示的三種不同類型的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的Rds_。n和P立柱電荷 平衡之間的關(guān)系圖。如圖7A-7B所示，憑借同樣的P立柱摻雜濃度，超級結(jié)結(jié)構(gòu)600 (具有全深度立柱) 導(dǎo)致高BV和高Rds_。n。超級結(jié)結(jié)構(gòu)620(具有較淺深度的立柱)導(dǎo)致低BV和低I ds_。n。當(dāng)在 某個(gè)區(qū)域需要較低但又不是太低的BV時(shí)，只有本發(fā)明所述的交錯(cuò)柱超級結(jié)結(jié)構(gòu)610產(chǎn)生中 等的BV和&s_。n，才是一種理想的折中辦法。盡管以上內(nèi)容完整說明了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但仍可能存在各種等價(jià)的變化和 修正。例如，可以改變導(dǎo)電類型，或用二極管或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等其他器件代替 MOSFET0因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由上述說明限定，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求書及其等價(jià)范圍 限定。除非特別聲明，否則本說明中所述的所有可選件(包括所附的權(quán)利要求書、摘要 以及附圖)都可以用出于相同、等價(jià)或類似目的的可選件代替。因此，除非特別聲明，否則 所述的每個(gè)可選件都只是一個(gè)通用系列的等價(jià)或類似可選件中的一個(gè)示例。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種交錯(cuò)立柱超級結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，包含一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)器件單元的有源區(qū)，其中在該有源區(qū)中的一部分器件單元包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；一個(gè)位于第一半導(dǎo)體層上方的第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；以及一個(gè)形成在第二半導(dǎo)體層中到達(dá)第一深度的第一摻雜立柱，以及一個(gè)形成在第二半導(dǎo) 體層中到達(dá)第二深度的第二摻雜立柱，其中第一深度大于第二深度；所述的第一摻雜立柱 和第二摻雜立柱用同一種不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的摻雜物摻雜，并且其中第 一摻雜立柱和第二摻雜立柱沿著第二半導(dǎo)體層的厚度部分延伸，該第一摻雜立柱和第二立 柱相互交替，并緊鄰部分的第二半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一摻雜立柱和第二摻雜立 柱被摻雜后，使第一導(dǎo)電類型的立柱同緊鄰的第二半導(dǎo)體層部分在水平方向上大致達(dá)到電 荷平衡。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電類型為N-型。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電類型為P-型。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一深度為6或7個(gè)單位深 度，第二深度小于第一深度約1個(gè)單位深度。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括終止區(qū)，其中終止區(qū)具有一個(gè) 或多個(gè)第二導(dǎo)電類型的摻雜立柱，形成在第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層中，達(dá)到第一深度。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括終止區(qū)，其中終止區(qū)包括第二 導(dǎo)電類型的摻雜立柱，其中終止區(qū)中所有的第二導(dǎo)電類型的摻雜立柱都延伸到第一深度。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一立柱比第二立柱深大約 5-15微米。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的有源區(qū)的角落中所有的第二 導(dǎo)電類型的摻雜立柱都延伸到第一深度。
10.一種制備交錯(cuò)立柱垂直超級結(jié)半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，包括以下步驟a)在第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層的表面上使用第一掩膜，其中第一掩膜所形成的圖 案，在對應(yīng)第一立柱的位置處有開口，對應(yīng)第二立柱的位置處沒有開口 ；b)通過開口植入具有第二導(dǎo)電類型的摻雜物，以形成第一植入?yún)^(qū)；c)在第一半導(dǎo)體層上方生長一個(gè)第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；d)在第二半導(dǎo)體層的表面上使用第二掩膜，其中第二掩膜所形成的圖案，在對應(yīng)第一 立柱和第二立柱的位置處都有開口 ；e)通過位于對應(yīng)第一立柱和第二立柱位置處的開口，植入具有第二導(dǎo)電類型的摻雜 物，以形成第二植入?yún)^(qū)；并且f)重復(fù)步驟c)至f)，在第一導(dǎo)電類型的累積半導(dǎo)體層中，形成第二導(dǎo)電類型的第一立 柱和第二立柱，其中累積半導(dǎo)體層含有第一半導(dǎo)體層，以及生長在第一半導(dǎo)體層上方的一 個(gè)或多個(gè)連續(xù)的半導(dǎo)體層，其中至少某些第一立柱位于有源區(qū)中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一立柱和第二立柱在水平方向 上同累積半導(dǎo)體層的緊鄰區(qū)域充分達(dá)到電荷平衡。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的步驟c)至步驟f)重復(fù)3至5次。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的步驟c)至步驟f)重復(fù)4次。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電類型為N-型。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電類型為P-型。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的一個(gè)半導(dǎo)體襯底位于第一半導(dǎo)體 層下方，并提供一個(gè)緩沖層，位于半導(dǎo)體襯底和第一植入?yún)^(qū)之間。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一掩膜所形成的圖案，在第一半 導(dǎo)體層的有源區(qū)中對應(yīng)第一立柱的位置處有開口，對應(yīng)第二立柱的位置處沒有開口。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，其中形成掩膜的圖案，使得僅有第一立柱 形成在終止區(qū)的累積半導(dǎo)體層中。
19.一種垂直超級結(jié)器件，其特征在于，包含多個(gè)第二導(dǎo)電類型的立柱，與一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電類型的立柱交替；其中一個(gè)或多個(gè)在器件的主要部分中的第二導(dǎo)電類型的立柱深度，小于器件的終止部 分中的第二導(dǎo)電類型的立柱深度，其中第二導(dǎo)電類型的立柱同第一導(dǎo)電類型的立柱在水平 方向上電荷平衡。
20.一種垂直超級結(jié)器件，其特征在于，包含多個(gè)第二導(dǎo)電類型的立柱，與一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電類型的立柱交替；其中第二導(dǎo)電類型立柱具有交錯(cuò)的深度，并且其中第二導(dǎo)電類型的立柱同第一導(dǎo)電類 型的立柱在水平方向上電荷平衡。
全文摘要
一種交錯(cuò)柱超級結(jié)半導(dǎo)體器件，含有一個(gè)帶有一個(gè)或多個(gè)器件單元的單元有源區(qū)。單元有源區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)器件單元包括一個(gè)用作漏極的半導(dǎo)體襯底以及一個(gè)形成在襯底上的半導(dǎo)體層。一個(gè)第一摻雜立柱形成在半導(dǎo)體層中，達(dá)到第一深度，一個(gè)第二摻雜立柱形成在半導(dǎo)體層中，達(dá)到第二深度。第一深度大于第二深度。第一立柱以及第二立柱和同一種第二導(dǎo)電類型的摻雜物摻雜在一起，并且沿著半導(dǎo)體層的厚度部分延伸，第一立柱和第二立柱通過一部分半導(dǎo)體層，相互隔開。
文檔編號H01L29/78GK102082168SQ20101053042
公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者哈姆扎·依瑪茲, 安荷·叭剌, 管靈鵬, 馬督兒·博德 申請人:萬國半導(dǎo)體股份有限公司