專利名稱：超結器件的非平衡結終端結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體器件與エ藝制造領域，具體涉及ー種超結器件的非平衡結終端結構。
背景技術：
超結VDMOS是ー種發(fā)展迅速、應用廣泛的新型功率半導體器件。它在普通垂直雙擴散金屬氧化物半導體(VDMOS)基礎上，引入超結(Superjunction)結構，使之即具有VDMOS輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動電路簡單，又克服了 VDMOS的導通電阻與擊穿電壓成2. 5次方關系急劇增加的缺點。目前超結VDMOS已廣泛應用于電腦、手機、照明以及液晶或等離子電視機和游戲機等消費電子產(chǎn)品的電源或適配器。 1988 年，飛利浦公司的 D. J. Coe 申請美國專利(David J. Coe, High voltagesemiconductor device [P]. US Patent 4，754，310. 1988.),第一次給出了在橫向高壓MOSFET (LD M0SFET)中用交替的pn結結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)功率器件中低摻雜漂移層作為電壓支持層(耐壓層)的方法。1993年，電子科技大學的陳星弼教授申請的美國專利(Xingbi Chen,semiconductor power devices with alternating conductivity type high—voltagebreakdown regions [P]. US Patent 5，216，275. 1993.)，提出了在縱向功率器件(尤其是縱向M0SFET)中用多個pn結結構作為漂移層的思想，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(TihanyiJ. Power MOSFET [P], US Patent 5，438，215. 1995.)，提出了類似的思路和應用。1997年Tatsuhiko等人在對上述概念的總結下,提出了“超結理論”。結合該理論，1998年Infineon公司首次推出了 Super junction VDM0S，也稱為“CoolMOS ”，其P柱是采用多次外延和多次離子注入的方式實現(xiàn)的。“CoolMOS ”顯著地降低了導通電阻。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(nèi)引入電荷。對于平面PN結來說，如果在P型耗盡區(qū)的表面引入一個正電荷，那么該電荷所產(chǎn)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，不過同時該電荷也増加了遠離結面處的電場。在超結器件的元胞區(qū)耐壓層，通過P柱和N柱區(qū)的離子數(shù)目基本相等來保持電荷平衡，但是在結終端區(qū)，電場強度比元胞區(qū)小，使得P柱的受主離子無法完全電離，即P柱無法完全耗盡，并且由內(nèi)到外這種情況越來越嚴重，而傳統(tǒng)的超結器件結終端結構不能很好地承受較高的擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種大大減小了結終端區(qū)域的面積，進而減小了整個器件的導通電阻的超結器件的非平衡結終端結構。為解決上述的技術問題，本發(fā)明采取的技術方案一種超結器件的非平衡結終端結構，其特殊之處在于所述的結終端結構的結終端區(qū)設置若干個摻雜濃度不同的均勻P柱。上述的超結器件的非平衡結終端結構的制造エ藝為根據(jù)各處的橫向電場分布情況從版圖設計上進行相應調(diào)整P柱的有效離子注入面積，使達到擊穿電壓時P柱區(qū)完全耗盡，所有P柱均是在P柱掩膜板掩膜下同時注入，從而控制了結終端區(qū)的各P柱的受主離子總量，并通過多次外延多次離子注入之后進行長時間高溫推結形成摻雜濃度不同的幾個均勻的P柱。上述的P柱的掩膜板上設置有不連續(xù)的阻擋圖形，通過調(diào)整不同的P柱的阻擋圖形的大小與數(shù)目，決定了 P柱的有效離子注入面積，而在摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中，達到擊穿電壓時，各個P柱均有未耗盡區(qū)，在 非平衡結終端結構中阻擋圖形的大小和數(shù)目與上述摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中未耗盡區(qū)面積成正比。上述的阻擋圖形為直徑為O. 5^2um的圓形或正六邊形的規(guī)則幾何圖形，并且在P柱掩膜板上均勻排布。上述的結終端結構的結終端區(qū)的P柱間的間距相等或者不等，其寬度與元胞區(qū)相同或者適當調(diào)整以更好地優(yōu)化電場分布情況，使得達到擊穿電壓時，各P柱與N外延層相成的PN結的電場接近臨界電場。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明可以有效地改善結終端器件的擊穿電壓特性，并且具有較短的結終端長度，使得器件的總體器件面積得到縮小，在相同的芯片面積上進一步減小了器件導通電阻。


圖I是本發(fā)明的P柱掩膜板俯視示意 圖2是本發(fā)明的結終端結構的P柱掩膜板示意 圖3是本發(fā)明的結終端結構的剖面示意 圖4是本發(fā)明的結終端結構的摻雜濃度示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的結終端結構形成了ー種非平衡結構，即結終端區(qū)的P柱摻雜濃度不再與兀胞區(qū)的P柱摻雜濃度分布相同，而是根據(jù)各處的橫向電場分布情況利用橫向變摻雜方法進行相應調(diào)整P柱有效離子注入面積，從而減小結終端區(qū)的P柱的離子注入的總量，由于多次外延多次注入エ藝外延層形成以后進行高溫長時間的推結，使得P柱形成均勻的受主離子摻雜濃度降低的P柱。在超結器件將要達到擊穿電壓時，使得結終端區(qū)的P柱的受主離子完全電離，即P柱完全耗盡，電場分布較常規(guī)超結結終端更加均勻合理，從而可以用更小的結終端面積來承受相同的擊穿電壓。參見圖1，本發(fā)明的P柱掩膜板的中間的條形區(qū)域為元胞區(qū)，周圍的環(huán)形區(qū)為結終端區(qū)，結終端區(qū)可以有五個或更多個P柱與表面的場板，場限環(huán)等結構組成。參見圖2，在P柱掩膜板中形成不連續(xù)的阻擋圖形，通過不同的P柱的調(diào)整阻擋圖形的大小與數(shù)目，就可以有效地控制P柱的受主離子數(shù)目，最后通過高溫長時間的推結形成均勻摻雜的P柱，其中的最左側(cè)的P柱與其表面附近的p_阱等結構構成主結，其P柱濃度與元胞區(qū)的濃度相同，第二到第五個P柱的版圖皆有均勻分布的不連續(xù)的阻擋圖形存在，其大小與數(shù)目取決于各個P柱的電場強度，并決定了 P柱離子注入的有效面積，通過調(diào)整這些數(shù)目可以有效地控制受主離子的數(shù)量，從而達到了得到受主離子濃度不同的P柱的目的。通過調(diào)整不同的P柱的阻擋圖形的大小與數(shù)目，決定了 P柱的有效離子注入面積，而在摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中，達到擊穿電壓時，各個P柱均有未耗盡區(qū)，在非平衡結終端結構中阻擋圖形的大小和數(shù)目與上述摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中未耗盡區(qū)面積成正比。阻擋圖形為直徑為O. 5^2um的圓形或正六邊形的規(guī)則幾何圖形，并且在P柱掩膜板上均勻排布。參見圖3，其中虛線左側(cè)為超結器件的元胞區(qū)，右側(cè)為結終端區(qū)，結終端區(qū)的P柱的間距可以相等也可以不等，其寬度可以與元胞區(qū)相同，也可以適當調(diào)整以更好地優(yōu)化電場分布情況，其中所有的P柱是通過多次外延多次離子注入之后進行長時間高溫推結形成。參見圖4，元胞區(qū)和主結的P柱摻雜濃度相同，但是結終端的第二到第五個P柱的摻雜濃度隨著各處電場的強度進行了相應的優(yōu)化調(diào)整。實施例
用具有超結結構的MOSFET來說明，但本發(fā)明不局限于MOSFET。一、在電阻率為0.001Q cm的N+硅片襯底上生長9μπι的N外延層，然后使用P柱掩膜板掩膜高能硼離子注入，如此重復四次，并進行一次高溫長時間推結，形成連續(xù)的P柱，N外延層的典型摻雜濃度為I X IO15Cm-3,元胞區(qū)P柱典型摻雜濃度為3 X 1015cm_3。ニ、采用干氧加濕氧加干氧的方式形成900nm厚的場氧化層，并進行刻蝕形成有源區(qū)。
ニ、干氧生長IOOnm厚的棚氧化層,之后淀積400nm厚的多晶娃,并刻蝕多晶娃形成多晶硅柵電極與多晶硅場板結構。四、采用低能硼離子注入并在1000°C氮氣氛圍下推結100分鐘，形成元胞區(qū)及主結處的P_阱。五、高濃度的砷離子注入，形成N+源區(qū)和N+截止環(huán)，典型摻雜濃度為102°cm_3量級 六、淀積2 μ m厚的BPSG層，在950°C氮氣氛圍下回流30分鐘，并刻蝕接觸孔。在整個器件的上表面淀積ー層鋁，并刻蝕鋁形成源電極和柵電極，鈍化，背面金屬化形成漏電極。
權利要求
1.一種超結器件的非平衡結終端結構，其特征在于所述的結終端結構的結終端區(qū)設置若干個摻雜濃度不同的均勻P柱。
2.根據(jù)權利要求I所述的超結器件的非平衡結終端結構的制造エ藝，其特征在于所述的制造エ藝為根據(jù)各處的橫向電場分布情況從版圖設計上進行相應調(diào)整P柱的有效離子注入面積，使達到擊穿電壓時P柱區(qū)完全耗盡，所有P柱均是在P柱掩膜板掩膜下同時注入，從而控制了結終端區(qū)的各P柱的受主離子總量，并通過多次外延多次離子注入之后進行長時間高溫推結形成摻雜濃度不同的幾個均勻的P柱。
3.根據(jù)權利要求I所述的超結器件的非平衡結終端結構，其特征在于所述的P柱的掩膜板上設置有不連續(xù)的阻擋圖形，通過調(diào)整不同的P柱的阻擋圖形的大小與數(shù)目，決定了 P柱的有效離子注入面積，而在摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中，達到擊穿電壓吋，各個P柱均有未耗盡區(qū)，在非平衡結終端結構中阻擋圖形的大小和數(shù)目與上述摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中未耗盡區(qū)面積成正比。
4.根據(jù)權利要求3所述的超結器件的非平衡結終端結構，其特征在于所述的阻擋圖形為直徑為O. 5^2um的圓形或正六邊形的規(guī)則幾何圖形，并且在P柱掩膜板上均勻排布。
5.根據(jù)權利要求I或3所述的超結器件的非平衡結終端結構，其特征在于所述的結終端結構的結終端區(qū)的P柱間的間距相等或者不等，其寬度與元胞區(qū)相同或者適當調(diào)整以更好地優(yōu)化電場分布情況，使得達到擊穿電壓時，各P柱與N外延層相成的PN結的電場接近臨界電場。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超結器件的非平衡結終端結構。本發(fā)明的結終端結構的結終端區(qū)設置若干個摻雜濃度不同的均勻P柱，根據(jù)各處的橫向電場分布情況從版圖設計上進行相應調(diào)整P柱的有效離子注入面積，使達到擊穿電壓時P柱區(qū)完全耗盡，所有P柱均是在P柱掩膜板掩膜下同時注入，從而控制了結終端區(qū)的各P柱的受主離子總量，并通過多次外延多次離子注入之后進行長時間高溫推結形成摻雜濃度不同的幾個均勻的P柱。本發(fā)明可以有效地改善結終端器件的擊穿電壓特性，并且具有較短的結終端長度，使得器件的總體器件面積得到縮小，在相同的芯片面積上進一步減小了器件導通電阻。
文檔編號H01L29/06GK102694027SQ20121000918
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者姜貫軍 申請人:西安龍騰新能源科技發(fā)展有限公司