[發(fā)明專利]具有終端保護(hù)區(qū)的超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710079260.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106711191B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱袁正;李宗清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫新潔能股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 無(wú)錫市觀知成專利商標(biāo)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32591
• 代理人: 任月娜

本發(fā)明涉及一種具有終端保護(hù)區(qū)的超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制造方法，在俯視平面上包括器件區(qū)域、直邊終端保護(hù)區(qū)和拐角終端保護(hù)區(qū)。在直邊終端保護(hù)區(qū)，由第一導(dǎo)電類型第二柱和第二導(dǎo)電類型第二柱所構(gòu)成的超結(jié)結(jié)構(gòu)從半導(dǎo)體表面沿厚度方向延伸至第一導(dǎo)電類型漂移層內(nèi)，并且交替規(guī)則排布。在拐角終端保護(hù)區(qū)，若干組由一對(duì)或幾對(duì)第一導(dǎo)電類型第三柱和第二導(dǎo)電類型第三柱構(gòu)成的超結(jié)結(jié)構(gòu)組相互垂直不相交排列。不同的第二導(dǎo)電類型第三柱互相之間電性不連通，并且第二導(dǎo)電類型第三柱與直邊終端保護(hù)區(qū)第二導(dǎo)電類型第二柱電性不連通。本發(fā)明的器件具有終端尺寸小，耐壓高，終端拐角保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)電荷平衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制造方法，尤其是一種具有終端保護(hù)區(qū)的超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

在中高壓功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，超結(jié)結(jié)構(gòu)（Super?Junction）已經(jīng)被廣泛采用，對(duì)比傳統(tǒng)功率的半導(dǎo)體器件，具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件能獲得更加優(yōu)異的器件耐壓與導(dǎo)通電阻的折中關(guān)系。以600V?超結(jié)MOSFET器件為例，相同電壓規(guī)格和芯片面積的超結(jié)MOSFET器件的導(dǎo)通電阻僅為常規(guī)VDMOS的20～30%左右。超結(jié)半導(dǎo)體器件一般包括提供電流流通路徑的有源區(qū)和確保器件耐壓的終端保護(hù)區(qū)，有源區(qū)和終端保護(hù)區(qū)內(nèi)均設(shè)置有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由設(shè)置在半導(dǎo)體漂移區(qū)內(nèi)交替鄰接排布的P型半導(dǎo)體柱和N型半導(dǎo)體柱所構(gòu)成，P型半導(dǎo)體柱與N型半導(dǎo)體柱保持電荷平衡，因此，在器件耐壓工作時(shí)，P型半導(dǎo)體柱與N型半導(dǎo)體柱所產(chǎn)生的耗盡層為器件提供必要的電壓耐受層。

然而在超結(jié)半導(dǎo)體器件的終端保護(hù)區(qū)耐壓設(shè)計(jì)中，也存在很多問(wèn)題。以N溝道超結(jié)MOSFET為例，常見(jiàn)的超結(jié)半導(dǎo)體器件終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖11、圖12所示。在其中的元胞區(qū)域，由于漂移層中的P柱與P型體區(qū)連通，P型體區(qū)與器件源極相連并保持相等電位；N柱與半導(dǎo)體襯底層具有相同導(dǎo)電類型并且對(duì)應(yīng)連通，半導(dǎo)體襯底層與器件漏極相連并保持相等電位。因此，元胞區(qū)域中的P柱與N柱之間的電位差同器件漏極-源極之間的電位差相等。而器件終端保護(hù)區(qū)內(nèi)，由于P柱未全部與P型體區(qū)相連通，這部分未與P型體區(qū)相連通的P柱為浮置設(shè)置，因此浮置的P柱與N柱之間的電位差小于器件漏極-源極之間的電位差。當(dāng)器件耐壓時(shí)，元胞區(qū)域內(nèi)的超結(jié)結(jié)構(gòu)可以完全充分耗盡，而終端保護(hù)區(qū)內(nèi)的部分P柱和N柱無(wú)法完全耗盡，從而限制了終端保護(hù)區(qū)的耐壓能力。

目前一般的解決方法是通過(guò)調(diào)整終端區(qū)域N柱寬度，并增大終端區(qū)域懸浮的P柱數(shù)量來(lái)保證器件終端耐壓，但這樣會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)器件面積，增加器件成本。專利申請(qǐng)CN102623504?A雖然通過(guò)改進(jìn)終端設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用終端全部P柱與P型體區(qū)連通的方式來(lái)優(yōu)化器件終端的耐壓能力，減小終端尺寸。但在器件終端拐角區(qū)域，該結(jié)構(gòu)有很多工藝和設(shè)計(jì)局限，例如在終端拐角區(qū)域，P柱和N柱的寬度必須有一種或一種以上在平面方向上采用寬度漸變，但在寬度漸變的P/N柱會(huì)導(dǎo)致電荷平衡很難實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，寬度漸變的半導(dǎo)體柱在工藝上也有很大局限。因此，在實(shí)際產(chǎn)品中該專利的方法是無(wú)法保證終端拐角區(qū)域耐壓優(yōu)化的。

此外，在實(shí)際超結(jié)半導(dǎo)體器件制造時(shí)，一般會(huì)采用多層外延、注入、退火方案或深溝槽刻蝕外延填充等方案。多次外延、注入、退火方案中，外延本身的退火推結(jié)作用，導(dǎo)致P柱會(huì)呈現(xiàn)底部寬，頂部窄的形貌。在深溝槽刻蝕外延填充方案中，由于刻蝕工藝的原因以及為保證填充效果，一般深溝槽會(huì)刻蝕成底部窄、頂部寬的形貌，導(dǎo)致最終形成的P柱會(huì)呈現(xiàn)下底部窄、頂部寬的效果。這種形貌也會(huì)造成產(chǎn)品局部電荷不平衡，影響器件終端區(qū)域耐壓效率。

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，提供一種具有終端保護(hù)區(qū)的超結(jié)半導(dǎo)體器件及其制造方法，其具有耐壓特性好，終端保護(hù)區(qū)面積小，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且與現(xiàn)有超結(jié)半導(dǎo)體器件制造工藝相兼容的特點(diǎn)。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具有終端保護(hù)區(qū)的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征是：在俯視平面上包括器件區(qū)域、直邊終端保護(hù)區(qū)和拐角終端保護(hù)區(qū)，器件區(qū)域被直邊終端保護(hù)區(qū)和拐角終端保護(hù)區(qū)所包圍，每個(gè)拐角終端保護(hù)區(qū)與兩個(gè)相互垂直的直邊終端保護(hù)區(qū)相鄰；在截面方向上包括第一導(dǎo)電類型襯底和第一導(dǎo)電類型漂移層，在第一導(dǎo)電類型漂移層中設(shè)置超結(jié)結(jié)構(gòu)；