[發(fā)明專利]一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110132941.7
• 申請(qǐng)日: 2011-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102208447A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱袁正;李宗青;葉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫新潔能功率半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336;H01L21/265
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，尤其是一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及制造方法，屬于半導(dǎo)體器件的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一種公知的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)—超結(jié)結(jié)構(gòu)（Super?Junction）被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體功率MOSFET器件當(dāng)中，其具有高耐壓和低導(dǎo)通電阻的特性。超結(jié)結(jié)構(gòu)形成于器件的漂移層內(nèi)。該漂移層包括N導(dǎo)電類型柱（N柱）和P導(dǎo)電類型柱（P柱），N柱與P柱交替鄰接設(shè)置而成的多個(gè)P-N柱對(duì)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

N柱具有N導(dǎo)電類型雜質(zhì)，P柱具有P導(dǎo)電類型雜質(zhì)，而且，N柱的雜質(zhì)量與P柱的雜質(zhì)量保持一致。當(dāng)具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的MOSFET器件截止時(shí)，超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N柱和P柱分別被耗盡，耗盡層從每個(gè)N柱與P柱間的P-N結(jié)界面延伸，由于N柱內(nèi)的雜質(zhì)量和P柱內(nèi)的雜質(zhì)量相等，因此耗盡層延伸并且完全耗盡N柱與P柱，從而支持器件耐壓。器件耐壓的高低主要取決于耗盡層的深度。具體來(lái)講，P柱與N柱越深，器件截止時(shí)所形成的耗盡層也越深，器件耐壓就越高；反之，P柱與N柱越淺，器件截止時(shí)所形成的耗盡層也越淺，器件耐壓就越低。

目前公知的制造超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體工藝包括：1）、多次外延、光刻和注入的制造工藝；具體來(lái)講，其主要工藝流程包括（a）、在給定的N型半導(dǎo)體外延層上通過(guò)光刻工藝曝光出多個(gè)窗口；（b）、通過(guò)離子注入工藝向窗口內(nèi)的N型外延層內(nèi)注入P型雜質(zhì)；（c）、在上述注入有P型雜質(zhì)的N型外延層上生長(zhǎng)第二N型外延層；（d）、重復(fù)（a）中所述的方法及位置曝光出相同的窗口；（e）、重復(fù)（b）中所述的方法向（d）中形成的窗口內(nèi)注入P型雜質(zhì)；（f）、重復(fù)（c）中所述的方法在第二N型外延層上生長(zhǎng)第三N型外延層；（g）、重復(fù)（d）-（f）的工藝流程，直到形成指定n層的第n?N型外延層，且每一層中都包含有通過(guò)上述離子注入形成的P型雜質(zhì)；（h）、高溫?zé)徇^(guò)程，使得上述每層N型外延層中的P型雜質(zhì)擴(kuò)散并上下連通，形成P柱，從而形成交替鄰接排布的P柱和N柱，即超結(jié)結(jié)構(gòu)。然而，從上述多次外延、光刻和注入的制造工藝可以看出，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)中的P柱，其工序非常繁瑣，多次的外延、光刻和注入工序大大增加了器件的制造成本，同時(shí)，復(fù)雜工藝流程對(duì)于工藝過(guò)程的一致性與穩(wěn)定性要求大大提高，從而增加了器件的耐壓能力和可靠性的波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

目前公知的制造超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體工藝還包括：2）、深溝槽外延填充的制造工藝。中國(guó)專利CN?101872724A中所介紹的《超級(jí)結(jié)MOSFET的制作方法》，就涉及了一種使用深溝槽外延填充工藝來(lái)制造超結(jié)結(jié)構(gòu)的方法。具體來(lái)講，其主要工藝流程包括（a）、在給定的N型半導(dǎo)體外延層上生長(zhǎng)溝槽刻蝕硬掩膜層；（b）、利用光刻形成刻蝕溝槽的窗口；（c）、利用硬掩膜層作為掩蔽層，在N型外延層上刻蝕出深溝槽；（d）、利用外延工藝將P型外延填入深溝槽，并利用多晶硅將深溝槽填滿；（e）、通過(guò)刻蝕或化學(xué)機(jī)械拋光的方法去除N型外延層表面的硬掩膜層，從而形成交替鄰接排布的P柱和N柱，即超結(jié)結(jié)構(gòu)。從上述深溝槽外延填充的制造工藝可以看出，超結(jié)結(jié)構(gòu)中的P柱深度是由深溝槽刻蝕的深度決定的，溝槽深度越深，超結(jié)結(jié)構(gòu)就越深，能夠獲得的耗盡層就越厚，從而耐壓能力就會(huì)越高。然而，溝槽的深度主要是由刻蝕溝槽的設(shè)備能力所決定，例如對(duì)于650V的器件，其溝槽深度通常需要35um-40um，這個(gè)深度對(duì)于溝槽刻蝕設(shè)備的要求已經(jīng)非常的高，如果需要更高耐壓的器件，那么在僅改變溝槽深度的前提下，就會(huì)變的非常困難，同時(shí)，成本也會(huì)大大的增加。若要通過(guò)增加外延層的電阻率或厚度來(lái)獲得更高的耐壓，那么就會(huì)大大增加器件的導(dǎo)通電阻，從而降低超結(jié)結(jié)構(gòu)的特征優(yōu)勢(shì)。而且，利用外延工藝填充較深的溝槽，工藝的難度和成本都非常高，也不利于穩(wěn)定的批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其反向耐壓特性好，制造工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，適于批量生產(chǎn)，安全可靠。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板上的元件區(qū)域和周邊區(qū)域，所述元件區(qū)域位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)，周邊區(qū)域位于元件區(qū)域的外圍，并環(huán)繞所述元件區(qū)域；在所述半導(dǎo)體器件的截面上，在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電外延層內(nèi)包括若干對(duì)具有第一導(dǎo)電類型的第一柱和具有第二導(dǎo)電類型的第二柱；所述第一柱與第二柱沿著電流流通的方向在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)延伸；在垂直電流流通的方向上，由所述第一柱和第二柱構(gòu)成的多對(duì)PN柱交替連接設(shè)置，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)；所述超結(jié)結(jié)構(gòu)存在于元件區(qū)域與周邊區(qū)域；其創(chuàng)新在于：