[發明專利]精確校準及自平衡的超級結器件的制備方法

有效

• 申請號: 201210348747.7
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN103021863A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 管靈鵬;馬督兒·博德;安荷·叭剌;李亦衡;陳軍;何佩天
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明涉及垂直半導體功率器件。具體地，涉及制備帶有超級結結構的垂直半導體功率器件改良的可制造性的結構及制備方法，用于高壓應用。

背景技術

傳統的制備技術和器件結構，要憑借超級結結構很低的串聯電阻，來進一步提高擊穿電壓的話，仍然遇到制造性方面的困難與局限。由于制備帶有超級結結構特點的傳統高壓器件，如今遇到了難以滿足的更加嚴格的處理工藝的難題，所以限制了高壓半導體功率器件的實際應用。確切地說，當目標值RdsA從20莫姆/平方厘米降至10莫姆/平方厘米時，容許的電荷平衡變化從30%降至10%。然而，由于用于摻雜外延層的N電荷發生變化，使傳統的技術無法滿足這種要求。當使用傳統的雙植入工藝制備超級結時，摻雜外延層的N電荷發生的變化可以控制在1%至2%之內。然而，由于在控制摻雜物植入的對準時臨界尺寸（CD）發生變化，尤其是對于小尺寸器件更是如此，所以當利用傳統制備工藝進行多植入掩膜時，電荷的變化會增大10%至20%。外延層中N電荷的變化不可控制，也不能進一步降低，這都會對超級結的性能造成不良影響。

圖1A表示Chen所提出的專利5,216,275中所述的半導體功率器件。該半導體功率器件位于超級結結構上，作為由N和P摻雜區構成的復合緩沖（CB）層。然而，超級結結構中P-摻雜區和N-摻雜區之間電荷的變化，明顯超出了如今現代器件的應用的要求。例如，權利要求書中所提及的一項，用摻雜物摻雜含有第一和第二半導體區的半導體功率器件，第一半導體區中有效摻雜物濃度的總電荷，沒有超過第二半導體區中有效摻雜物濃度總電荷的50%。因此，Chen所提出的方案無法滿足這種器件上更加嚴格的器件要求。

圖1B表示Deboy在美國專利6,960,798中所提出的另一種超級結器件。如圖1B所示，超級結結構的晶胞設計剖面圖具有一個漏極D、一個源極S以及一個柵極G、n+導電半導體襯底（n-Sub）1、一個n-導電半導體區13、n-導電層3，以及源極S下方的n-導電區4和p-導電區5。例如，所述的補償的程度在+30%至-20%之間，因此在n-摻雜和p-摻雜之間，補償程度“0”顯示為正補償。這時“p-欄”中的摻雜變化系數為3，而“n-欄”中的摻雜是恒定的。即使通過上述補償，仍然無法滿足現有器件中更加嚴格的設計窗口要求。

圖1C表示利用傳統制備工藝制成的多外延超級結結構的剖面圖。該方法包括：第一步，在N-襯底310上生長一個第一N-外延層320-1；第二步，利用第一植入掩膜300，打開多個植入窗口315，在第一N-外延層320-1中植入多個P-摻雜區330-1；重復第一步和第二步，在第一N-外延層（n-Epi）320-1上制備第二N-外延層320-2等等。擴散P-摻雜區，合并P-摻雜區330，作為N-外延層320中的摻雜立柱。然而，在這種方法中，控制摻雜物植入對準時臨界尺寸（CD）的變化，會使總電荷的變化增大。

由于超級結器件可以大幅降低半導體功率器件的導通電阻，因此這種功率器件對于在節省功率方面有要求的器件，尤其是對于便攜式電子器件，是十分有必要的。

因此，在功率半導體器件的設計及制備領域中，仍然需要提出在超級結結構上制備功率器件的新型器件結構及制備方法，從而解決上述困難與局限。

發明內容

本發明的一個方面在于，提出了一種新型、改良的半導體功率器件結構和制備方法，制備可選導電類型的摻雜立柱，在漂流區中使電荷平衡，更加準確地控制摻雜區的臨界尺寸，以降低摻雜區中電荷的變化。確切地說，同時限定P-植入和N-植入窗口，有效抑制臨界尺寸不平衡所產生的負面效果，以免導致電荷不平衡。限定植入窗口的硬掩膜可以通過氧化層、光致抗蝕劑或帶有通過層限定并打開的植入窗口的其他材料制備。

確切地說，本發明的一個方面在于，提出了一種新型、改良的半導體功率器件結構和制備方法，在外延漂流區中，制備摻雜立柱，用于電荷平衡，這是通過在生長多外延層的工藝中持續使用P-植入掩膜和N-植入掩膜，重復植入P-摻雜區和N-摻雜區，使立柱對準的變化降低，并且更加嚴格地控制P和N立柱的臨界尺寸，以減小這些可選導電類型的摻雜立柱中總電荷的變化。