[發明專利]電荷平衡器件的結構及其制造方法

有效

• 申請號: 200910171312.8
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN101667579A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 弗蘭茨娃·赫爾伯特
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L29/78;H01L29/06;H01L29/36;H01L21/8234;H01L21/265
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張靜潔;王敏杰

技術領域

本發明涉及垂直半導體功率器件，特別的，本發明涉及使用改善工藝的單層薄外延層，以簡單的獨立于目標擊穿電壓的制造工藝靈活的制造具有超級結點結構的規格可變的電荷平衡垂直半導體功率器件及其制造方法。?

背景技術

傳統的制造技術及器件結構希望通過降低電阻以提高擊穿電壓，但仍面臨著許多制造上的困難。由于傳統的高功率器件在制造時需要花費很多的時間、制程復雜、且制造成本昂貴，因此高電壓半導體功率器件的實際和實質應用受到限制。就如同下面所要說明的，某些制造高電壓功率器件的制程十分復雜，而且生產力低(low?throughput)、產量低(low?yields)。另外，半導體功率器件在被制造時，使用經過預處理后的在其上形成有外延層的晶圓(preprocessed?wafer)，以替代裸晶圓(raw?semiconductor?wafer)。半導體功率器件的制造成本因此而上升。并且，半導體功率器件的功能與性能受形成外延層的制程因素支配?；谝陨侠碛?，此預處理后的晶圓(preprocessed?wafer)的應用，進一步限制了功率器件的可制造性及生產的便利性，功率器件現在取決于用于制造半導體功率器件的原始預處理晶圓。?

和現有技術相比，超級結點技術(super-junction?technologies)的優點在于無須過度地增加導通電阻(Rdson?resistance)的情況下，可實現高擊穿電壓(breakdown?voltage，BV)。對于標準的功率晶體管單元(cells)來說，擊穿電壓主要設置在低摻雜漂移層(low-doped?drift?layer)。因此，漂移層使用較大的厚度，并且相對較低的摻雜率，以實現高電壓率。然而，此也有大幅增加導通電阻(Rdson?resistance)的影響。傳統的功率器件，導通電阻具有一個大約如下的公式：?

Rdson∝BV^2.5

相比之下，具有超級結點(super-junction)結構的器件具有電荷平衡漂移?區域。導通電阻(Rdson?resistance)與擊穿電壓之間有一個更有利的公式，這個公式可表示為：?

Rdson∝BV?

對高電壓應用來講，最好可以通過設計和制造具有超級結點結構的半導體功率器件來改善器件性能以降低導通電阻，并實現高擊穿電壓。與漂移區域內的溝道區域緊鄰，形成具有相反的導電類型的區域。由于漂移區域可能為高摻雜，因此緊鄰溝道的區域亦需要為導電類型相反的類似的高摻雜。在關斷狀態(off?state)時，漂移區域與溝道區域電荷平衡，因此漂移區域處于耗盡(depleted)狀態以支持高電壓。此稱為超級結點效應。在開啟狀態(on?state)時，因為較高摻雜濃度的關系，漂移區域具有較低的導通電阻。?

然而，當用于制造功率器件時，傳統的超級結點技術仍有技術上的限制以及困難。明確地來說，在某些傳統的結構中，多外延層(multiple?epitaxiallayers)及/或多埋藏層(buried?layers)是必須具備的。根據前述制造工藝，在許多器件結構中，多次的回蝕刻(etch?back)及化學機械研磨(chemical?mechanicalpolishing，CMP)工藝都是必須的。再者，這些制造過程所需要的設備，與標準的晶圓代工制程設備并不兼容。舉例來說，許多標準的高體積半導體晶圓代工公司(high-volume?semiconductor?foundries)，其有針對氧化層的化學機械研磨(chemical?mechanical?polishing，CMP)設備，但是并沒有針對硅晶圓的化學機械研磨設備，但是硅晶圓的化學機械研磨設備卻是某些超級結點方案所必須具備的。另外，這些設備的結構都很特別，且制程上并無助于低電壓到高電壓的應用。換言之，某些方案，將會太浪費及/或太冗長(lengthy)而不能應用于高電壓率。如以下將會進一步檢視和討論，這些傳統功率器件有不同結構特征及不同的制造方法，每一種傳統功率器件在制作上都有其受限的地方及困難之處，以至于防礙現在市場上需要的這些器件在實際上的應用。?