[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210162713.9
• 申請(qǐng)日: 2012-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN103178088B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文秀;全珖延;禹赫;林昌植
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 美格納半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/36;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11286
• 代理人: 韓明星

本申請(qǐng)要求于2011年12月23日提交到韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第10-2011-0141806號(hào)韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，出于全部目的通過引用將其全部公開內(nèi)容包含于此。

技術(shù)領(lǐng)域

下面的描述涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，例如，涉及一種具有超級(jí)結(jié)(super junction)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置和這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法。

背景技術(shù)

高電壓功率裝置通常使用在用于功率轉(zhuǎn)換的功率集成電路(IC)設(shè)備中和功率控制系統(tǒng)中。平面柵極金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)通常被用作高電壓裝置。在圖5和圖6中示出了這樣的平面柵極半導(dǎo)體裝置。

圖5示出了傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的示例，圖6示出了可以在圖5中示出的平面柵極MOSFET中的區(qū)域A和區(qū)域B之間形成的電場的分布。

在圖5中示出了傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的單位單元的剖視結(jié)構(gòu)。單位單元的導(dǎo)通電阻可以受溝道、結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、外延層(漂移區(qū))和基底等的因素的影響。在圖6中以曲線圖示出了傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET中的內(nèi)壓的量和電場的分布。如在圖6的曲線圖中所示，通過傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的耗盡層來確定傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET中的電場的分布，其中，傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的耗盡層因當(dāng)柵極電壓等于源極電壓時(shí)施加到漏極的電壓而形成在p主體阱和n-外延層之間。

因此，在傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET中，通常將外延層的摻雜濃度和厚度設(shè)置為大于或等于預(yù)定的值，以得到期望的電場的分布。結(jié)果，難以將外延層的電阻設(shè)置為小于或等于預(yù)定的值。因電場的分布和電阻之間的關(guān)系，可能會(huì)對(duì)降低外延層的電阻造成限制。

已經(jīng)提出了使用超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)來解決這樣的問題。在圖7和圖8中示出了具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的示例。

圖7示出了具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖。圖8示出了顯示出在圖7中示出的半導(dǎo)體裝置中的區(qū)域A、區(qū)域B和區(qū)域C之間形成的電場的分布的曲線圖。

如在圖7中所示，超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)與典型的MOSFET的柵極和p主體阱結(jié)構(gòu)相似。然而，在超級(jí)結(jié)半導(dǎo)體裝置中，在p主體阱下方在漂移區(qū)中可以存在有額外的結(jié)構(gòu)，以得到超級(jí)結(jié)特性。

在典型的MOSFET中，當(dāng)將電壓施加到漏極時(shí)，耗盡層沿垂直方向延伸。然而，在具有超級(jí)結(jié)的半導(dǎo)體裝置中，耗盡層沿垂直方向和水平方向延伸，如圖8中所示。在這樣的裝置中，當(dāng)兩個(gè)區(qū)域的電荷量彼此相等時(shí)，n-型區(qū)域和p-型區(qū)域均被完全耗盡。因此，在垂直方向上不存在凈電荷；因此，理論上，電場在垂直方向上是均勻的。

因此，如果在具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中的柱之間電荷完全平衡，則從半導(dǎo)體裝置得到的電場分布與柱的深度成比例；這樣的電場分布與典型的MOSFET的電場分布不同。此外，處于漂移區(qū)中的n-型柱的摻雜劑濃度可以增加，以得到更低的電阻。

已經(jīng)嘗試著通過使用如上所述的超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)來得到低的導(dǎo)通電阻和期望的電場分布。然而，在這樣的半導(dǎo)體裝置中，如果在p-型柱中的摻雜劑量與在n-型柱中的摻雜劑量不同，則可實(shí)質(zhì)上降低擊穿電壓，如在圖9的曲線圖中所示。

因此，在得到具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置時(shí)，期望一種即使在n-型柱中的摻雜劑量和p-型柱中的摻雜劑量彼此不同時(shí)也不實(shí)質(zhì)上降低擊穿電壓的方法。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)總體方面，提供了一種具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。所述半導(dǎo)體裝置包括：基底；超級(jí)結(jié)區(qū)域，超級(jí)結(jié)區(qū)域設(shè)置在基底上方，超級(jí)結(jié)區(qū)域包括交替地設(shè)置的摻雜類型不同的多個(gè)柱，超級(jí)結(jié)區(qū)域的所述多個(gè)柱中的一個(gè)柱具有沿半導(dǎo)體裝置的垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。

總體方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供：超級(jí)結(jié)區(qū)域包括沿垂直方向從底部至頂部順序設(shè)置的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，第一摻雜類型的摻雜劑在第一區(qū)域和第三區(qū)域中居主導(dǎo)地位，第二摻雜類型的摻雜劑在第二區(qū)域中居主導(dǎo)地位。

總體方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供：第一摻雜類型的摻雜劑是p型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是n型摻雜劑。

總體方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供：另一示例的超級(jí)結(jié)區(qū)域包括沿半導(dǎo)體裝置的水平方向順序設(shè)置的第一摻雜類型的第一柱、第二摻雜類型的第二柱和第一摻雜類型的第三柱。

總體方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供：半導(dǎo)體裝置的第一柱和第三柱的摻雜濃度沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后增大。