[發明專利]超結器件的結終端結構

有效

• 申請號: 201210371525.7
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102931218A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 陳橋梁;姜貫軍;陳仕全;馬治軍;杜忠鵬
• 申請（專利權）人: 西安龍騰新能源科技發展有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/265
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

技術領域

本發明屬于半導體器件與工藝制造領域，具體涉及一種超結器件的結終端結構。

背景技術

功率VDMOS器件要得到較高的擊穿電壓，就必須較厚的外延層漂移區與較低的摻雜濃度，因而導通電阻會隨著擊穿電壓的增大而急劇增大，對于常規結構功率器件的導通電阻受此“硅限”的約束而無法進一步降低。飛利浦公司的工程師David?J.?Coe于1988年的申請美國專利（High?voltage?semiconductor?device[P].?US?Patent?4,754,310.?1988．），首次在橫向高壓MOSFET中提出采用交替的PN結結構代替傳統功率器件中低摻雜漂移層作為耐壓層的方法。1993年，電子科技大學的陳星弼教授提出了在縱向功率器件（尤其是縱向MOSFET）中用多個PN結結構作為漂移層的思想，（Xingbi?Chen，Semiconductor?power?devices?with?alternating?conductivity?type?high-voltage?breakdown?regions[P].?US?Patent?5,216,275.?1993．），并把這種結構稱之為“復合緩沖層”（Composite?Buffer?Layer）。1995年，西門子公司的J.?Tihanyi申請的美國專利（Tihanyi?J.?Power?MOSFET?[P].?US?Patent?5,438,215.1995．），提出了類似的思路和應用。1997年日本的學者Tatsuhiko等人在對上述概念的總結下，提出了“超結”（Superjunction）理論。結合超結理論，1998年Infineon公司首次將超結器件商業化推出了Superjunction?VDMOS即“CoolMOS^TM”，其P柱是采用多次外延和多次離子注入的方式實現的，CoolMOS顯著地降低了導通電阻。

如圖1所示，功率器件由中央的元胞區以及作為元胞區與器件邊緣過渡的結終端區所組成，對于結終端技術，陳星弼院士指出，任何一種結終端技術都是在耗盡層內引入電荷。對于平面PN結來說，如果在P型耗盡區的表面引入一個正電荷，那么該電荷所產生的電場與冶金結處的電場方向相反，故削弱了該電荷靠近冶金結處的電場，不過同時該電荷也增加了遠離結面處的電場。

在超結器件承受耐壓時，元胞區耐壓層完全耗盡，通過P柱和N柱區的離子數目基本相等來保持電荷平衡，使得施主雜質與受主雜質電離的正負離子產生的橫向電場相互抵消，而施主雜質產生的縱向電場為擊穿電壓積分時的有效電場，因而元胞區的擊穿電壓較易設計，但是在結終端區，電勢呈現柱狀分布時結終端面積最小，對于結終端的有效電場分量從主結處的縱向電場逐漸過渡到橫向電場，從而結終端的受主離子數目顯得過剩，且結終端表面處表現最為明顯，使得P柱的無法完全耗盡，并且由內到外這種情況越來越嚴重，因而傳統的超結器件結終端結構不能很好地承受較高的擊穿電壓。通過改變超結器件的P柱的寬度和間距可以從一定程度上優化結終端的電場分布，但是，在深槽刻蝕及外延填充工藝中P柱的寬度會被制作工藝的可靠性要求所限制。

發明內容

本發明所解決的技術問題是提供一種可以更好地實現P柱完全耗盡的結終端結構及其工藝實現方式，減小了超結器件的結終端的面積，從而減小了超結器件的比導通電阻。

為解決上述的技術問題，本發明采取的技術方案：

一種超結器件的結終端結構，其特殊之處在于：所述的結終端結構的結終端區設置若干個不均勻摻雜P柱，P柱的補償注入掩膜板上設置有不連續的阻擋圖形；若干個不均勻摻雜P柱通過對均勻摻雜P柱的不均勻雜質補償注入來實現，在深槽刻蝕及外延填充或多次外延多次離子注入方式形成均勻摻雜P柱后，從版圖設計上進行相應調整P柱的磷離子補償注入的有效注入面積，從而實現了不同P柱的雜質補償注入總量的不同，不均勻摻雜P柱的縱向摻雜不均勻分布是通過隨著磷離子注入能量的減小而磷離子注入劑量增大的多次離子注入來實現，通過調整P柱補償磷離子注入的有效注入面積、磷離子注入能量及磷離子注入劑量，并借助柵氧化過程的高溫熱過程形成若干個不均勻摻雜P柱，使達到擊穿電壓時P柱區完全耗盡；不連續的阻擋圖形通過調整磷離子補償注入區域的阻擋圖形的大小與數目，決定了P柱的補償注入的有效注入面積，從而控制了各個P柱用于雜質補償注入的磷離子的總劑量。

上述的阻擋圖形為直徑為0.5~2um的圓形或正六邊形，并且在P柱的補償注入掩膜板的補償注入區域中均勻排布。

上述的超結器件的結終端結構的制作工藝的具體步驟如下：