專利名稱:一種內(nèi)嵌多p島n溝道超結(jié)器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法,特別是涉及一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件及其制備方法。
背景技術(shù):
功率集成電路有時(shí)也稱高壓集成電路,是現(xiàn)代電子學(xué)的重要分支,可為各種功率變換和能源處理裝置提供高速、高集成度、低功耗和抗輻照的新型電路,廣泛應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)、汽車(chē)電子、顯示器件驅(qū)動(dòng)、通信和照明等日常消費(fèi)領(lǐng)域以及國(guó)防、航天等諸多重要領(lǐng)域。其應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大,對(duì)其核心部分的高壓器件也提出了更高的要求。對(duì)功率器件MOSFET而言,在保證擊穿電壓的前提下,必須盡可能地降低器件的導(dǎo)通電阻來(lái)提高器件性能。但擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間存在一種近似平方關(guān)系,形成所謂的 “硅限”。為了解決這一矛盾,前人提出了基于三維RESURF技術(shù)的漂移區(qū)由P、N柱相間構(gòu)成的超結(jié)結(jié)構(gòu)用于優(yōu)化高壓器件的漂移區(qū)電場(chǎng)分布。該結(jié)構(gòu)在保持導(dǎo)通電阻不變的前提下, 提高擊穿電壓,打破傳統(tǒng)功率MOS器件理論的極限。該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電荷補(bǔ)償理論,當(dāng)漂移區(qū)施加電壓達(dá)到一定值時(shí),漂移區(qū)達(dá)到完全耗盡,電場(chǎng)分布更加均勻,提高了器件的抗擊穿能力。在保證擊穿電壓不變的前提下,可以大幅提高漂移區(qū)的摻雜濃度,減小導(dǎo)通電阻。超結(jié)結(jié)構(gòu)的提出打破了傳統(tǒng)功率MOSFET器件的“硅極限”。超結(jié)結(jié)構(gòu)最初應(yīng)用于垂直VDMOS器件,后來(lái)擴(kuò)展到橫向LDMOS器件。目前形成N 溝橫向超結(jié)結(jié)構(gòu),主要是多次離子注入在N型漂移區(qū)中形成柱狀P區(qū)。緩減襯底輔助耗盡效應(yīng)也提出多種方法,如額外增加N型層,采用藍(lán)寶石襯底或刻蝕襯底等。請(qǐng)參閱圖1,顯示為現(xiàn)有技術(shù)中橫向超結(jié)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖所示,所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)包括P型襯底11,在P型襯底11上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)12及P型體區(qū)13,超結(jié)結(jié)構(gòu)12由連接源漏區(qū)方向相間分布的P型區(qū)121和N型區(qū)122構(gòu)成,在P型體區(qū)13上方設(shè)有N型源區(qū)14、P型體接觸區(qū)15及柵氧化層16,在超結(jié)結(jié)構(gòu)12的上方設(shè)有N型漏區(qū)17。由于上述橫向結(jié)構(gòu)更有利于新一代的高密度功率集成應(yīng)用,是當(dāng)代功率器件研究的熱點(diǎn)。但是超結(jié)結(jié)構(gòu)用于橫向器件也帶來(lái)了新的問(wèn)題第一,理想的能完全耗盡的P、N 柱區(qū)工藝上難于形成;第二,襯底參與超結(jié)柱區(qū)的耗盡導(dǎo)致襯底輔助耗盡效應(yīng),而且耗盡層的寬度在器件的漏端到源端方向的不同位置不等,這就帶來(lái)了漂移區(qū)電場(chǎng)分布不均的問(wèn)題,需要對(duì)器件制作工藝和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件及其制備方法,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中漂移區(qū)電場(chǎng)分布不均的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本發(fā)明提供一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,所述制備方法至少包括以下步驟I)提供一半導(dǎo)體襯底,通過(guò)N型離子注入在所述半導(dǎo)體襯底上制備一層N型漂移區(qū);提供一開(kāi)設(shè)有多組平行排列的離子注入窗口的掩模板,所述多組離子注入窗口從所述掩模板的一側(cè)趨向另一側(cè)依次減??;2)向所述N型漂移區(qū)中注入硼離子并藉由所述掩模板的遮擋以控制硼離子的濃度分布;3)將所述半導(dǎo)體襯底退火,以在所述N型漂移區(qū)中形成互相間隔且平行排列的多個(gè)島狀P區(qū),且各該島狀P區(qū)由其一端朝向另一端線性變?。?)在所述N型漂移區(qū)上且臨近所述島狀P區(qū)的大頭端制備出P型體區(qū),并在所述 P型體區(qū)上方制備出N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層;在所述N型漂移區(qū)上且臨近所述島狀P區(qū)的小頭端制備出N型漏區(qū)。于本發(fā)明制備方法的步驟2)中,通過(guò)多次重復(fù)向所述N型漂移區(qū)中注入硼離子并藉由所述掩模板的遮擋以控制硼離子的濃度分布,并經(jīng)所述步驟3)中退火后,以在所述N 型漂移區(qū)中形成多個(gè)互相間隔且橫向平行排列并縱向平行排列的島狀P區(qū)。所述半導(dǎo)體襯底為體硅襯底或SOI襯底。所述N型漂移區(qū)及島狀P區(qū)形成于所述SOI襯底的頂層硅中。所述島狀P區(qū)為從N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向上由大變小的P島結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,包括半導(dǎo)體襯底,形成在所述半導(dǎo)體襯底上的N型漂移區(qū),位于所述N型漂移區(qū)一側(cè)且包括有N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層的P型體區(qū),以及位于所述N型漂移區(qū)另一側(cè)上的N型漏區(qū),其中,所述N型漂移區(qū)中形成有多個(gè)互相間隔且平行排列的島狀P區(qū),且各該島狀P區(qū)由N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向線性變小。優(yōu)選地,所述N型漂移區(qū)中形成的多個(gè)島狀P區(qū)互相間隔且橫向平行排列并縱向平行排列。優(yōu)選地,所述半導(dǎo)體襯底為體硅襯底或SOI襯底。優(yōu)選地,所述N型漂移區(qū)及島狀P區(qū)形成于所述SOI襯底的頂層硅中。優(yōu)選地,所述島狀P區(qū)為從N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向上由大變小的P島結(jié)構(gòu)。如上所述,本發(fā)明的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件及其制備方法,是直接通過(guò)離子注入在N型漂移區(qū)中形成多個(gè)內(nèi)嵌的島狀P區(qū)。內(nèi)嵌的島狀P區(qū)周?chē)魏我粋€(gè)方向均為 N型,兩者之間進(jìn)行耗盡,由于在高壓下襯底輔助耗盡效應(yīng)作用從源端到漏端依次增強(qiáng),因此島狀P區(qū)相應(yīng)地從源端到漏端方向上由大變小,以實(shí)現(xiàn)和襯底輔助耗盡效應(yīng)作用互補(bǔ)抵消,最終達(dá)到電荷平衡,進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中漂移區(qū)電場(chǎng)分布不均的問(wèn)題。
圖I顯示為現(xiàn)有技術(shù)中橫向超結(jié)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、圖4及圖5顯示為本發(fā)明制備內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)示意圖。圖3顯示為本發(fā)明制備方法中使用的掩模板結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本發(fā)明內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖7顯示為本發(fā)明制備方法另一實(shí)施方式示意圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明11P型襯底
12超結(jié)結(jié)構(gòu)
121P型區(qū)
122N型區(qū)
13,24P型體區(qū)
14,25N型源區(qū)
15,26P型體接觸區(qū)
16,27柵氧化層
17,28N型漏區(qū)
21半導(dǎo)體襯底
22N型漂移區(qū)
23島狀P區(qū)
3掩模板
31離子注入窗口
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用,本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用,在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖2至圖7。需要說(shuō)明的是,本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想,遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制,其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變,且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。實(shí)施例一本發(fā)明提供一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,該制備方法包括以下步驟在步驟I)中,提供一半導(dǎo)體襯底21,通過(guò)N型離子注入在所述半導(dǎo)體襯底21上制備一層N型漂移區(qū)22 ;具體地,所述半導(dǎo)體襯底21為體硅襯底或SOI襯底。請(qǐng)參閱圖2,如圖所示,在本實(shí)施例中,暫以半導(dǎo)體襯底21為SOI襯底為例進(jìn)行說(shuō)明,所述N型漂移區(qū)22 形成于所述SOI襯底的頂層硅中,具體地,在所述SOI襯底的頂層硅中摻入V族元素的N型離子(如磷、砷、銻等),使之取代晶格中硅原子的位置以形成N型漂移區(qū)22。然后,提供一開(kāi)設(shè)有多組平行排列的離子注入窗口 31的掩模板3,所述多組離子注入窗口 31從所述掩模板3的一側(cè)趨向另一側(cè)依次減小,且所述掩模板3的一側(cè)趨向另一側(cè)遮擋部分依次增大。請(qǐng)參閱圖3,顯示為本發(fā)明制備方法中使用的掩模板結(jié)構(gòu)示意圖。在步驟2)中,向所述N型漂移區(qū)22中注入硼離子并藉由所述掩模板3的遮擋以控制硼離子的濃度分布;請(qǐng)參閱圖4,即通過(guò)一個(gè)離子注入窗口 31 —側(cè)趨向另一側(cè)依次減小,且遮擋部分依次增大的掩膜板,進(jìn)行用于形成N型漂移區(qū)22中多P島結(jié)構(gòu)的硼離子注入,以達(dá)到控制硼離子的濃度分布的目的。在步驟3)中,將步驟2)中注入硼離子的半導(dǎo)體襯底21退火,以在所述N型漂移區(qū)22中形成互相間隔且平行排列的多個(gè)島狀P區(qū)23,且各該島狀P區(qū)23由其一端朝向另一端線性變小,請(qǐng)參閱圖5。在步驟4)中,在所述N型漂移區(qū)22上且臨近所述島狀P區(qū)23的大頭端制備出P 型體區(qū)24,并在所述P型體區(qū)24上方制備出N型源區(qū)25、P型體接觸區(qū)26及柵氧化層27 ; 在所述N型漂移區(qū)22上且臨近所述島狀P區(qū)23的小頭端制備出N型漏區(qū)28。請(qǐng)參閱圖6, 所述島狀P區(qū)23為從N型源區(qū)25朝N型漏區(qū)28方向上由大變小的P島結(jié)構(gòu),該P(yáng)島結(jié)構(gòu)的大頭端臨近所述P型體區(qū)24,該P(yáng)島結(jié)構(gòu)的小頭端臨近所述N型漏區(qū)28,由于內(nèi)嵌的島狀P區(qū)23周?chē)魏我粋€(gè)方向均為N型,兩者之間進(jìn)行耗盡,且由于在高壓下襯底輔助耗盡效應(yīng)作用從源端到漏端依次增強(qiáng),因此島狀P區(qū)23相應(yīng)地從源端到漏端方向上由大變小, 以實(shí)現(xiàn)和襯底輔助耗盡效應(yīng)作用互補(bǔ)抵消,最終達(dá)到電荷平衡。實(shí)施例二本實(shí)施例與上述實(shí)施例一中步驟I)及步驟4)相同,故而不予贅述,在本實(shí)施中的步驟2中,通過(guò)多次重復(fù)向所述N型漂移區(qū)22中注入硼離子并藉由所述掩模板3的遮擋以控制硼離子的濃度分布,并在步驟3)中予以退火,進(jìn)而可在在所述N型漂移區(qū)22中形成多個(gè)互相間隔且橫向平行排列并縱向平行排列的島狀P區(qū)23,呈如圖7所示。實(shí)施例三本發(fā)明還提供一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,請(qǐng)參閱圖6,顯示為本發(fā)明內(nèi)嵌多 P島N溝道超結(jié)器件結(jié)構(gòu)示意圖,如圖所示,所述內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件包括半導(dǎo)體襯底21,形成在所述半導(dǎo)體襯底21上的N型漂移區(qū)22,位于所述N型漂移區(qū)22 —側(cè)的P 型體區(qū)24,以及位于所述N型漂移區(qū)22另一側(cè)上的N型漏區(qū)28,所述P型體24上包括有 N型源區(qū)25、P型體接觸區(qū)27及柵氧化層27。所述N型漂移區(qū)22中形成有多個(gè)互相間隔且平行排列的島狀P區(qū)23,且各該島狀P區(qū)23由N型源區(qū)25朝N型漏區(qū)28方向線性變小。所述半導(dǎo)體襯底21為體硅襯底或 SOI襯底。在具體的制備過(guò)程中,所述N型漂移區(qū)22是通過(guò)注入硼離子并藉由預(yù)設(shè)圖形的掩模板的遮擋以控制硼離子的濃度分布來(lái)形成的。請(qǐng)參閱圖4,所述的預(yù)設(shè)圖形的掩模板3開(kāi)設(shè)有多組平行排列的離子注入窗口 31,所述多組離子注入窗口 31從所述掩模板3的一側(cè)趨向另一側(cè)依次減小,且所述掩模板3的一側(cè)趨向另一側(cè)遮擋部分依次增大。S卩,在注入硼離子的過(guò)程中,通過(guò)一個(gè)離子注入窗口 31 —側(cè)趨向另一側(cè)依次減小,且遮擋部分依次增大的掩膜板,進(jìn)行用于形成P型漂移區(qū)22中多P島結(jié)構(gòu)的硼離子注入,以達(dá)到控制硼離子的濃度分布的目的。在本實(shí)施例中,暫以半導(dǎo)體襯底21為SOI襯底為例進(jìn)行說(shuō)明,所述N型漂移區(qū)22 形成于所述SOI襯底的頂層硅中,具體地,在所述SOI襯底的頂層硅中摻入V族元素(如磷、 砷、銻等),使之取代晶格中硅原子的位置以形成N型漂移區(qū)22。所述N型漂移區(qū)22及島狀P區(qū)23形成于所述SOI襯底的頂層硅中。所述島狀P區(qū)23為從N型源區(qū)25朝N型漏區(qū)28方向上由大變小的P島結(jié)構(gòu),該P(yáng)島結(jié)構(gòu)的大頭端臨近所述P型體區(qū)24,該P(yáng)島結(jié)構(gòu)的小頭端臨近所述N型漏區(qū)28,由于內(nèi)嵌的島狀P區(qū)23周?chē)魏我粋€(gè)方向均為N型,兩者之間進(jìn)行耗盡,且由于在高壓下襯底輔助耗盡效應(yīng)作用從源端到漏端依次增強(qiáng),因此島狀P 區(qū)23相應(yīng)地從源端到漏端方向上由大變小,以實(shí)現(xiàn)和襯底輔助耗盡效應(yīng)作用互補(bǔ)抵消,最
6終達(dá)到電荷平衡。在另一實(shí)施例中,所述N型漂移區(qū)22中形成的多個(gè)島狀P區(qū)23互相間隔且橫向平行排列并縱向平行排列。綜上所述,本發(fā)明的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件及其制備方法,是直接通過(guò)離子注入在N型漂移區(qū)中形成多個(gè)內(nèi)嵌的島狀P區(qū)。內(nèi)嵌的島狀P區(qū)周?chē)魏我粋€(gè)方向均為 N型,兩者之間進(jìn)行耗盡,由于在高壓下襯底輔助耗盡效應(yīng)作用從源端到漏端依次增強(qiáng),因此島狀P區(qū)相應(yīng)地從源端到漏端方向上由大變小,以實(shí)現(xiàn)和襯底輔助耗盡效應(yīng)作用互補(bǔ)抵消,最終達(dá)到電荷平衡,進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中漂移區(qū)電場(chǎng)分布不均的問(wèn)題。所以,本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效,而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下,對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此,舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變,仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,其特征在于,所述制備方法至少包括以下步驟1)提供一半導(dǎo)體襯底,通過(guò)N型離子注入在所述半導(dǎo)體襯底上制備一層N型漂移區(qū); 提供一開(kāi)設(shè)有多組平行排列的離子注入窗口的掩模板,所述多組離子注入窗口從所述掩模板的一側(cè)趨向另一側(cè)依次減??;2)向所述N型漂移區(qū)中注入硼離子并藉由所述掩模板的遮擋以控制硼離子的濃度分布;3)將所述半導(dǎo)體襯底退火,以在所述N型漂移區(qū)中形成互相間隔且平行排列的多個(gè)島狀P區(qū),且各該島狀P區(qū)由其一端朝向另一端線性變小;4)在所述N型漂移區(qū)上且臨近所述島狀P區(qū)的大頭端制備出P型體區(qū),并在所述P型體區(qū)上方制備出N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層;在所述N型漂移區(qū)上且臨近所述島狀 P區(qū)的小頭端制備出N型漏區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,其特征在于于所述步驟2)中,通過(guò)多次重復(fù)向所述N型漂移區(qū)中注入硼離子并藉由所述掩模板的遮擋以控制硼離子的濃度分布,并經(jīng)所述步驟3)中退火后,在所述N型漂移區(qū)中形成多個(gè)互相間隔且橫向平行排列并縱向平行排列的島狀P區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為體硅襯底或SOI襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,其特征在于型漂移區(qū)及島狀P區(qū)形成于所述SOI襯底的頂層硅中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件的制備方法,其特征在于 所述島狀P區(qū)為從N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向上由大變小的P島結(jié)構(gòu)。
6.一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,其特征在于,包括半導(dǎo)體襯底,形成在所述半導(dǎo)體襯底上的N型漂移區(qū),位于所述N型漂移區(qū)一側(cè)且包括有N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層的P型體區(qū),以及位于所述N型漂移區(qū)另一側(cè)上的N型漏區(qū),其中,所述N型漂移區(qū)中形成有多個(gè)互相間隔且平行排列的島狀P區(qū),且各該島狀P區(qū)由N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向線性變小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,其特征在于所述N型漂移區(qū)中形成的多個(gè)島狀P區(qū)互相間隔且橫向平行排列并縱向平行排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為體硅襯底或SOI襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,其特征在于所述N型漂移區(qū)及島狀P區(qū)形成于所述SOI襯底的頂層硅中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、7或9所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件,其特征在于所述島狀 P區(qū)為從N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向上由大變小的P島結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件及其制備方法,所述的內(nèi)嵌多P島N溝道超結(jié)器件包括半導(dǎo)體襯底,形成在所述半導(dǎo)體襯底上的N型漂移區(qū),位于所述N型漂移區(qū)一側(cè)的P型體區(qū),以及位于所述N型漂移區(qū)另一側(cè)上的N型漏區(qū),其中,所述N型漂移區(qū)中形成有多個(gè)互相間隔且平行排列的島狀P區(qū),且各該島狀P區(qū)由N型源區(qū)朝N型漏區(qū)方向線性變小,由于在高壓下襯底輔助耗盡效應(yīng)作用從源端到漏端依次增強(qiáng),因此島狀P區(qū)相應(yīng)地從源端到漏端方向上由大變小,以實(shí)現(xiàn)和襯底輔助耗盡效應(yīng)作用互補(bǔ)抵消,最終達(dá)到電荷平衡的目的。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102593007SQ20121007679
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者俞躍輝, 夏超, 宋朝瑞, 徐大偉, 曹鐸, 王中健, 程新紅, 賈婷婷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所