專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下面的描述涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，例如，涉及一種具有超級(jí)結(jié)(super junction)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置和這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
高電壓功率裝置通常使用在用于功率轉(zhuǎn)換的功率集成電路(IC)設(shè)備中和功率控制系統(tǒng)中。平面柵極金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)通常被用作高電壓裝置。在圖5和圖6中示出了這樣的平面柵極半導(dǎo)體裝置。圖5示出了傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的示例，圖6示出了可以在圖5中示出的平面柵極MOSFET中的區(qū)域A和區(qū)域B之間形成的電場(chǎng)的分布。在圖5中示出了傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的單位單元的剖視結(jié)構(gòu)。單位單元的導(dǎo)通電阻可以受溝道、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)、外延層(漂移區(qū))和基底等的因素的影響。在圖6中以曲線圖示出了傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET中的內(nèi)壓的量和電場(chǎng)的分布。如在圖6的曲線圖中所示，通過傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的耗盡層來確定傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET中的電場(chǎng)的分布，其中，傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET的耗盡層因當(dāng)柵極電壓等于源極電壓時(shí)施加到漏極的電壓而形成在P主體阱和η-外延層之間。因此，在傳統(tǒng)的平面柵極MOSFET中，通常將外延層的摻雜濃度和厚度設(shè)置為大于或等于預(yù)定的值，以得到期望的電場(chǎng)的分布。結(jié)果，難以將外延層的電阻設(shè)置為小于或等于預(yù)定的值。因電場(chǎng)的分布和電阻之間的關(guān)系，可能會(huì)對(duì)降低外延層的電阻造成限制。已經(jīng)提出了使用超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)來解決這樣的問題。在圖7和圖8中示出了具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的示例。圖7示出了具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖。圖8示出了顯示出在圖7中示出的半導(dǎo)體裝置中的區(qū)域Α、區(qū)域B和區(qū)域C之間形成的電場(chǎng)的分布的曲線圖。如在圖7中所示，超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)與典型的MOSFET的柵極和ρ主體阱結(jié)構(gòu)相似。然而，在超級(jí)結(jié)半導(dǎo)體裝置中，在P主體阱下方在漂移區(qū)中可以存在有額外的結(jié)構(gòu)，以得到超級(jí)結(jié)特性。在典型的MOSFET中，當(dāng)將電壓施加到漏極時(shí)，耗盡層沿垂直方向延伸。然而，在具有超級(jí)結(jié)的半導(dǎo)體裝置中，耗盡層沿垂直方向和水平方向延伸，如圖8中所示。在這樣的裝置中，當(dāng)兩個(gè)區(qū)域的電荷量彼此相等時(shí)，η-型區(qū)域和ρ-型區(qū)域均被完全耗盡。因此，在垂直方向上不存在凈電荷；因此，理論上，電場(chǎng)在垂直方向上是均勻的。因此，如果在具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中的柱之間電荷完全平衡，則從半導(dǎo)體裝置得到的電場(chǎng)分布與柱的深度成比例；這樣的電場(chǎng)分布與典型的MOSFET的電場(chǎng)分布不同。此外，處于漂移區(qū)中的η-型柱的摻雜劑濃度可以增加，以得到更低的電阻。已經(jīng)嘗試著通過使用如上所述的超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)來得到低的導(dǎo)通電阻和期望的電場(chǎng)分布。然而，在這樣的半導(dǎo)體裝置中，如果在P-型柱中的摻雜劑量與在η-型柱中的摻雜劑量不同，則可實(shí)質(zhì)上降低擊穿電壓，如在圖9的曲線圖中所示。因此，在得到具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置時(shí)，期望一種即使在η-型柱中的摻雜劑量和P-型柱中的摻雜劑量彼此不同時(shí)也不實(shí)質(zhì)上降低擊穿電壓的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)總體方面，提供了一種具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。所述半導(dǎo)體裝置包括:基底；超級(jí)結(jié)區(qū)域，超級(jí)結(jié)區(qū)域設(shè)置在基底上方，超級(jí)結(jié)區(qū)域包括交替地設(shè)置的摻雜類型不同的多個(gè)柱，超級(jí)結(jié)區(qū)域的所述多個(gè)柱中的一個(gè)柱具有沿半導(dǎo)體裝置的垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:超級(jí)結(jié)區(qū)域包括沿垂直方向從底部至頂部順序設(shè)置的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，第一摻雜類型的摻雜劑在第一區(qū)域和第三區(qū)域中居主導(dǎo)地位，第二摻雜類型的摻雜劑在第二區(qū)域中居主導(dǎo)地位?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:第一摻雜類型的摻雜劑是P型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η型摻雜劑?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:另一示例的超級(jí)結(jié)區(qū)域包括沿半導(dǎo)體裝置的水平方向順序設(shè)置的第一摻雜類型的第一柱、第二摻雜類型的第二柱和第一摻雜類型的第三柱?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:半導(dǎo)體裝置的第一柱和第三柱的摻雜濃度沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后增大?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:第一柱和第三柱的下部區(qū)域的電荷量大于第二柱的下部區(qū)域的電荷量，第一柱和第三柱的中部區(qū)域的電荷量小于第二柱的中部區(qū)域的電荷量，第一柱和第三柱的上部區(qū)域的電荷量大于第二柱的上部區(qū)域的電荷量。總體方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:半導(dǎo)體裝置的第一摻雜類型的摻雜劑是P型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η型摻雜劑?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以包括:第一摻雜類型的多個(gè)主體阱區(qū)域，所述多個(gè)主體阱區(qū)域分別設(shè)置在第一柱和第三柱上；第二摻雜類型的多個(gè)摻雜區(qū)域，所述多個(gè)摻雜區(qū)域設(shè)置在所述多個(gè)主體阱區(qū)域中；絕緣層，絕緣層設(shè)置在所述多個(gè)摻雜區(qū)域上方并在超級(jí)結(jié)區(qū)域上；柵電極，柵電極形成在絕緣層上；源電極，源電極形成在所述多個(gè)主體阱區(qū)域上?？傮w方面的半導(dǎo)體裝置還可以提供:半導(dǎo)體裝置的基底是η型基底。在另一總體方面，提供了一種制造半導(dǎo)體裝置的方法。所述方法包括下述步驟:在基底上方形成超級(jí)結(jié)區(qū)域，其中，摻雜類型不同的多個(gè)柱交替地設(shè)置在超級(jí)結(jié)區(qū)域中；分別在超級(jí)結(jié)區(qū)域的具有相同的摻雜類型的多個(gè)柱上形成第一摻雜類型的多個(gè)主體阱區(qū)域；在所述多個(gè)主體阱區(qū)域中形成第二摻雜類型的多個(gè)摻雜區(qū)域；形成設(shè)置在所述多個(gè)摻雜區(qū)域上方并在超級(jí)結(jié)區(qū)域上的絕緣層；在絕緣層上形成柵電極；在所述多個(gè)主體阱區(qū)域上形成源電極。超級(jí)結(jié)區(qū)域的所述多個(gè)柱中的一個(gè)柱具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。總體方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:將超級(jí)結(jié)區(qū)域形成為包括第一摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的第一區(qū)域、第二摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的第二區(qū)域以及第一摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的第三區(qū)域，第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域沿垂直方向從底部開始順序設(shè)置?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:第一摻雜類型的摻雜劑是P型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η型摻雜劑?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:將超級(jí)結(jié)區(qū)域形成為包括沿水平方向順序設(shè)置的第一摻雜類型的第一柱、第二摻雜類型的第二柱以及第一摻雜類型的第三柱?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:第一柱和第三柱具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:第一柱和第三柱的下部區(qū)域的電荷量大于第二柱的下部區(qū)域的電荷量，第一柱和第三柱的中部區(qū)域的電荷量小于第二柱的中部區(qū)域的電荷量，第一柱和第三柱的上部區(qū)域的電荷量大于第二柱的上部區(qū)域的電荷量。還可以提供一個(gè)總體方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，第一摻雜類型的摻雜劑是P型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η型摻雜劑。總體方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟包括:在基底上沉積第二摻雜類型的外延層；在外延層中形成多個(gè)槽；在所述多個(gè)槽中沉積第一本征硅層，使得第一本征硅層是傾斜的；利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第一本征硅層執(zhí)行離子注入工藝；在第一本征娃層上沉積第二本征娃層；利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第二本征硅層執(zhí)行離子注入工藝?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟還包括:在第二本征硅層上沉積第三本征硅層，以填充所述多個(gè)槽之間的間隙；拋光基底的上部?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:第一本征硅層的寬度沿垂直方向從底部至頂部變窄。第一本征硅層可以具有V字形狀?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟還包括:在沉積第一本征硅層的步驟之前，利用第二摻雜類型的摻雜劑執(zhí)行離子注入工藝?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟包括:在基底上形成下外延層，下外延層具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小的摻雜濃度；在下外延層上形成上外延層，上外延層具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸增大的摻雜濃度?？傮w方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供:可以重復(fù)執(zhí)行沉積外延層的工藝和離子注入工藝，以形成具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小的摻雜濃度的下外延層。總體方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供，可以重復(fù)執(zhí)行沉積外延層的工藝和離子注入工藝，以在下外延層上形成具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸增大的摻雜濃度的上外延層。總體方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法還可以提供，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟包括:在基底上沉積第二摻雜類型的第一外延層；對(duì)在第一外延層上的第一位置執(zhí)行第一摻雜類型摻雜劑的第一離子注入工藝；在第一外延層上沉積第二摻雜類型的第二外延層；以比第一離子注入工藝的摻雜劑量小的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第二外延層上的第二位置執(zhí)行第二離子注入工藝；在第二外延層上沉積第二摻雜類型的第三外延層；以比第二離子注入工藝的摻雜劑量小的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第三外延層上的第三位置執(zhí)行第三離子注入工藝；在第三外延層上沉積第二摻雜類型的第四外延層；以比第三離子注入工藝的摻雜劑量小的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第四外延層上的第四位置執(zhí)行第四離子注入工藝；在第四外延層上沉積第二摻雜類型的第五外延層；以比第四離子注入工藝的摻雜劑量大的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第五外延層上的第五位置執(zhí)行第五離子注入工藝，第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置在半導(dǎo)體裝置的水平方向上的位置相同。通過下面的具體實(shí)施方式
、附圖以及權(quán)利要求書，其他的特征和方面將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)總的方面的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖。圖2A至圖2K是示出制造半導(dǎo)體裝置的方法的示例的剖視圖。圖3A至圖3H是示出制造半導(dǎo)體裝置的方法的另一示例的剖視圖。圖4是示出在半導(dǎo)體裝置中的電場(chǎng)分布的曲線圖。圖5是示出傳統(tǒng)的平面柵極金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖。圖6是示出形成在圖5中示出的MOSFET中的區(qū)域A和區(qū)域B之間的電場(chǎng)分布的曲線圖。圖7是示出具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖。圖8是示出形成在圖7中示出的半導(dǎo)體裝置中的區(qū)域A、區(qū)域B和區(qū)域C之間的電場(chǎng)分布的曲線圖。圖9是示出與電荷不平衡的改變相關(guān)的擊穿電壓的改變的曲線圖。
具體實(shí)施例方式提供下面的詳細(xì)描述，以有助于讀者獲得對(duì)在此描述的方法、設(shè)備和/或結(jié)構(gòu)的全面理解。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將獲知這里描述的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法的各種改變、修改和等價(jià)物。此外，為了增加清楚性和簡(jiǎn)明性，可以省略對(duì)公知的功能和構(gòu)造的描述。應(yīng)該理解的是，本公開的特征可以以不同的形式來實(shí)施，且不應(yīng)被解釋為限制于這里闡述的示例。相反，提供了示例以使本公開將是徹底和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達(dá)本公開的完整的范圍。附圖可以不需要是按比例繪制的，且在一些示例中，已經(jīng)夸大了比例以清楚地示出示例的特征。此外，當(dāng)?shù)谝粚颖环Q為“在”第二層“上”或“在”基底“上”時(shí)，其不僅可以指第一層直接形成在第二層或基板上的情況，而且也可以指在第一層與第二層或基底之間存在第三層的情況。圖1示出了根據(jù)總的方面的半導(dǎo)體裝置100的結(jié)構(gòu)的示例。如圖1中所示，半導(dǎo)體裝置100包括基底110、超級(jí)結(jié)區(qū)域200、主體阱區(qū)域170、摻雜區(qū)域171、柵極絕緣層180、柵電極181、絕緣層182和源電極190。該示例的半導(dǎo)體裝置100是超級(jí)結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)裝置。半導(dǎo)體裝置100的基底110可以為未摻雜的平坦的硅基底或具有η型摻雜劑的η型基底。例如，基底110可以是被離子注入了諸如磷(P)或砷(As)的η型摻雜劑的平坦的
硅基底。超級(jí)結(jié)區(qū)域200設(shè)置在基底110上方，并可以包括交替設(shè)置的摻雜類型不同的柱。例如，在超級(jí)結(jié)區(qū)域200中，沿半導(dǎo)體裝置100的水平方向順序設(shè)置第一摻雜類型的第一柱210、第二摻雜類型的第二柱220和第一摻雜類型的第三柱230。第一摻雜類型是P型，第二摻雜類型是η型。第一柱210是第一摻雜類型的柱，第一柱210具有沿半導(dǎo)體裝置100的與基底110側(cè)垂直的方向從柱的底部至頂部逐漸減小再逐漸增大的摻雜濃度。例如，第一柱210可以為P型柱。為了形成P型柱，如圖2Α至圖2Κ中所示，可以將η型摻雜劑離子注入(即，補(bǔ)償摻雜(counter-doped))到形成在外延層120中的槽130中?？梢詫⒌谝槐菊魍迣?40沉積到槽130中。然后可以對(duì)沉積的第一本征硅層140進(jìn)行硅蝕刻，以形成具有傾斜表面的第一本征硅層140，如圖2E中所示。可以首先將諸如硼(B)或銦(In)的ρ型摻雜材料離子注入到第一本征硅層140中，然后可以在第一本征硅層140上沉積第二本征硅層145。然后，可以將諸如B或In的ρ型摻雜材料離子注入到第二本征硅層145中。如圖3Α至圖3Η中所示，第一柱210可以是通過在逐級(jí)沉積多個(gè)外延層的工藝期間改變諸如B或In的ρ型摻雜劑的濃度而形成的P型柱。第二柱220是第二摻雜類型的柱。例如，如圖2Α至圖3Η中所示，第二柱220是在于外延層120中形成第一柱210和第三柱230之后余留的η型外延層區(qū)域。第三柱230是具有沿半導(dǎo)體裝置100的與基底110側(cè)垂直的方向從柱的底部至頂部逐漸減小再逐漸增大的摻雜濃度的第一摻雜類型的柱。例如，第三柱230可以為ρ型柱。如圖2Α至圖2Κ中所示，為了形成ρ型柱，將η型摻雜劑離子注入(補(bǔ)償摻雜)到槽中。將第一本征硅層140沉積到槽130中，然后進(jìn)行硅蝕刻，以形成具有傾斜到槽130中的傾斜表面的第一本征硅層140，如圖2Ε中所示。首先將諸如B或In的ρ型摻雜劑離子注入到第一本征娃層140中。在第一本征娃層140上沉積第二本征娃層145,然后將另一劑量的諸如B或In的ρ型摻雜劑離子注入到第二本征硅層145中。第二劑量的摻雜劑可以包括與用在第一本征娃層140上的第一劑量的摻雜劑的摻雜劑材料相同或不同的摻雜劑材料。如圖3Α至圖3Η中所示，第三柱230可以是通過在逐級(jí)沉積多個(gè)外延層的工藝期間改變諸如B或In的ρ型摻雜劑的濃度而形成的ρ型柱。如上所述的第一柱210、第二柱220和第三柱230沿水平方向順序設(shè)置，以形成超級(jí)結(jié)區(qū)域200。沿半導(dǎo)體裝置100的與基底110側(cè)垂直的方向從柱的底部至頂部可以將超級(jí)結(jié)區(qū)域200分為第一區(qū)域201、第二區(qū)域202和第三區(qū)域203。柱的第一區(qū)域201包含居主導(dǎo)地位的第一摻雜類型的摻雜劑。例如，因在第一柱210和第三柱230中高的ρ型摻雜濃度導(dǎo)致作為第一摻雜類型的ρ型摻雜劑居主導(dǎo)地位地集中在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的下部區(qū)域中。因此，例如，在第一柱210和第三柱230的下部區(qū)域中的電荷量大于在第二柱220的下部區(qū)域中的電荷量。換句話說，在第一區(qū)域201中，Qp >Qn，其中，Qp指ρ型電荷量，Qn指η型電荷量。
柱的第二區(qū)域202包含居主導(dǎo)地位的第二摻雜類型的摻雜劑。例如，因在第一柱210和第三柱230中低的ρ型摻雜量導(dǎo)致作為第二摻雜類型的η型摻雜劑居主導(dǎo)地位地集中在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的中部區(qū)域中。因此，例如，在第一柱210和第三柱230的中部區(qū)域的電荷量小于在第二柱220的中部區(qū)域中的電荷量。換句話說，在第二區(qū)域202中，Qp < Qn,其中，Qp指P型電荷量，Qn指η型電荷量。柱的第三區(qū)域203包含居主導(dǎo)地位的第一摻雜類型的摻雜劑。例如，因在第一柱210和第三柱230中高的ρ型摻雜濃度導(dǎo)致作為第一摻雜類型的P-型摻雜劑居主導(dǎo)地位地集中在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的上部區(qū)域中。因此，第一柱210和第三柱230的上部區(qū)域的電荷量大于第二柱220的上部區(qū)域的電荷量。換句話說，在第三區(qū)域201中，例如在上部區(qū)域中，Qp > Qn,其中，Qp指ρ型電荷量，Qn指η型電荷量。如上所述，根據(jù)一個(gè)總的方面的超級(jí)結(jié)區(qū)域200可以沿垂直方向局部地改變摻雜劑的濃度曲線(contration profile),以防止因在制造半導(dǎo)體裝置100的工藝期間改變摻雜濃度而導(dǎo)致的電場(chǎng)分布的減小。如果第一摻雜類型和第二摻雜類型中的一種摻雜類型居主導(dǎo)地位，則電場(chǎng)朝向一側(cè)(例如，從下側(cè)至上側(cè))傾斜。然而，如果第一摻雜類型的摻雜劑或第二摻雜類型的摻雜劑在局部居主導(dǎo)地位，則電場(chǎng)在第一柱210的第一摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的部分從第一柱210的上部至第一柱210的下部逐漸升高。如果電場(chǎng)在第二摻雜類型居主導(dǎo)地位的區(qū)域降低，則電場(chǎng)分布可以呈現(xiàn)M字的形狀。因此，電場(chǎng)可能不會(huì)達(dá)到形成擊穿電壓的閾值電場(chǎng)，并得到很高的擊穿電壓。主體阱區(qū)域170包括通過將第一摻雜類型的摻雜劑注入到第一柱210和第三柱230的上部區(qū)域中而形成的P主體阱。例如,主體阱區(qū)域170可以包括通過離子注入諸如B或In的ρ型摻雜劑而形成的ρ型主體阱。摻雜區(qū)域171是分別設(shè)置在多個(gè)主體阱區(qū)域中的、注入有第二摻雜類型的摻雜劑的區(qū)域。例如，摻雜區(qū)域171可以通過離子注入諸如P或Ar的η型摻雜劑來形成。柵極絕緣層180設(shè)置在摻雜區(qū)域171上并在超級(jí)結(jié)區(qū)域200上方；柵電極181設(shè)置在柵極絕緣層180上。結(jié)果，當(dāng)從外部源施加電壓時(shí)，可以在超級(jí)結(jié)區(qū)域200中形成耗盡區(qū)。絕緣層182形成在柵電極181上，以將柵電極181與源電極190絕緣。源電極190將摻雜區(qū)域171電連接到外部裝置。如上所述，根據(jù)總的方面的半導(dǎo)體裝置100形成柱層，柱層沿與基底110垂直的方向形成具有M字形狀的電場(chǎng)分布。因此，在η型柱中的摻雜劑濃度可以被設(shè)置為等于在ρ型柱中的摻雜劑濃度，以使擊穿電壓最大化或增大擊穿電壓。圖2Α至圖2Κ是示出根據(jù)總的方面的制造半導(dǎo)體裝置的方法的示例的剖視圖。圖2Α示出了基底110?；?10可以為摻雜有η-型摻雜劑的η-型基底?？梢栽诨?10的頂部上將η-型外延層120沉積為具有預(yù)設(shè)的厚度。如圖2Β中所示，可以在外延層120中形成多個(gè)槽130。例如，在圖2Β中示出了兩個(gè)槽130 ;然而，當(dāng)將在基底上方形成多個(gè)超級(jí)結(jié)區(qū)域時(shí)，可以形成三個(gè)或更多個(gè)槽。例如，在圖1中示出的半導(dǎo)體裝置100包括多個(gè)超級(jí)結(jié)。如在圖2C中所示，可以通過應(yīng)用離子注入工藝經(jīng)多個(gè)槽130將諸如P或Ar的η-型摻雜劑材料離子注入到外延層120中，以對(duì)多個(gè)槽130的下部執(zhí)行補(bǔ)償摻雜。補(bǔ)償摻雜可以防止在后面的P-型摻雜劑的離子注入工藝期間第一摻雜類型的摻雜劑在第一區(qū)域201中過于居主導(dǎo)地位。在這樣的示例中使用了補(bǔ)償摻雜工藝；然而，在其他的示例中可以省略補(bǔ)償摻雜工藝。除了多個(gè)槽130之外，可以在后面參照?qǐng)D2J描述的工藝中去除已經(jīng)被離子注入有η-型摻雜劑的區(qū)域。如圖2D中所示，在槽130和外延層120上沉積第一本征硅層140。如圖2Ε中所示，可以對(duì)第一本征硅層140執(zhí)行硅蝕刻(或回蝕刻)工藝，從而第一本征硅層140具有表面傾斜的傾斜形狀。例如，可以執(zhí)行硅蝕刻工藝，以在槽130中形成第一本征娃層140。在這樣的不例中，第一本征娃層140的寬度沿與基底110垂直的方向從槽130的底部至頂部變窄。在這樣的示例中，可以以在槽130中暴露外延層120的程度來執(zhí)行硅蝕刻。如果所得的第一本征硅層140的剖面具有傾斜的V字形狀，則可以省略參照?qǐng)D2C描述的補(bǔ)償摻雜工藝。如圖2F中所示，為了使第一摻雜類型的摻雜劑在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的下部區(qū)域中居主導(dǎo)地位，可以通過離子注入工藝將諸如B或In的ρ-型摻雜劑離子注入到槽130中。例如，可以執(zhí)行離子注入工藝，以使摻雜劑量(即，離子注入的摻雜劑的劑量)在從IXlO12/cm2至9X1013/cm2的范圍內(nèi)。在這樣的示例中，出于多種原因而使用I X IO1Vcm2或更大的摻雜劑量。例如，如果摻雜劑量小于lX1012/cm2，則超級(jí)結(jié)區(qū)域200的外延層120的與摻雜劑量對(duì)應(yīng)的電荷量(即，η-型柱中的電荷量)減少。在這樣的情況下，η-型柱的電阻增加，因此，半導(dǎo)體裝置的電阻也增加。因此，可能不能實(shí)現(xiàn)使用超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)來降低半導(dǎo)體裝置的電阻的目的。另一方面，因下面的原因而使用9Χ 1013/cm2的或更少的摻雜劑量。如果使用超過9 X IO1Vcm2的摻雜劑量，則外延層120的與摻雜劑量對(duì)應(yīng)的電荷量(即，η-型柱中的電荷量)減少。在這樣的情況下，因超級(jí)結(jié)區(qū)域200中的高電荷量而導(dǎo)致?lián)舸╇妷貉杆俳档汀Ｈ鐖D2G中所示，在第一本征硅層140上沉積第二本征硅層145。如圖2Η中所示，可以通過離子注入工藝來離子注入諸如B或In的ρ-型摻雜劑材料。在這樣的不例中，可以以低于或等于注入到第一本征娃層140中的摻雜劑量的一半的摻雜劑量來執(zhí)行離子注入工藝?？梢栽谏鲜龅膿诫s劑條件下執(zhí)行離子注入工藝，以實(shí)現(xiàn)摻雜濃度沿槽的垂直方向從柱的底部至頂部逐漸減小然后增大的P-型柱。如圖21中所示，在第二本征硅層145上沉積第三本征硅層147，以填充槽130之間的間隙。如圖2J中所示，可以對(duì)外延層120的上部區(qū)域進(jìn)行拋光，以去除上部區(qū)域的存在η-型摻雜劑的部分。例如，可以通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來對(duì)外延層120的上部區(qū)域進(jìn)行拋光，以去除外延層120的在多個(gè)槽130外部的已經(jīng)注入有η-型摻雜劑的區(qū)域以及第一本征硅層140、第二本征硅層145和第三本征硅層147的形成在多個(gè)槽130中的一部分。因上述工藝，如圖2J中所示，第一柱210和第三柱230可以具有沿與基底110垂直的方向從柱的底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。在第一柱210和第三柱230外的水平區(qū)域形成第二柱220。為了得到在圖2Κ中示出的M0SFET，可以對(duì)半導(dǎo)體裝置順序執(zhí)行形成主體阱區(qū)域170、主體阱區(qū)域170中的摻雜區(qū)域171、柵極絕緣層180、柵電極181、絕緣層182和源電極190等的工藝。
圖3A至圖3H是示出制造半導(dǎo)體裝置的方法的另一個(gè)示例的剖視圖。圖3A示出了基底110。基底110可以為η-型基底，其中，已經(jīng)將η-型摻雜劑摻雜到基底110中。如圖3Β中所示，在基底110上將第一 η-型外延層311沉積為具有預(yù)設(shè)的厚度。如圖3C中所示，可以向第一外延層311上的第一位置中執(zhí)行第一摻雜類型的摻雜劑的離子注入工藝。例如，可以將諸如B或In的ρ-型摻雜劑材料離子注入到第一外延層311上的第一位置中，以使大于第一外延層311的η-型柱區(qū)域中的η-型摻雜劑量的ρ-型摻雜劑量余留在第一位置中。在這樣的示例中，沒有將離子注入到第一外延層311的η-型柱區(qū)域中；因此，在第一外延層311的η-型柱區(qū)域中形成η-型柱，從而在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的下部區(qū)域中得到居主導(dǎo)地位的第一摻雜類型摻雜劑。如圖3D中所示，在第一外延層311上沉積η_型的第二外延層312，可以對(duì)第二外延層312上的第二位置執(zhí)行第一摻雜類型摻雜劑的離子注入工藝。例如，可以將諸如B或In的ρ-型摻雜劑材料離子注入到第二外延層312上的第二位置(與第一位置在垂直線上相同的區(qū)域)，以使大于第二外延層312的η-型柱區(qū)域中的η-型摻雜劑量的ρ-型摻雜劑量余留在第二位置中。在這樣的示例中，沒有將離子注入到第二外延層312的η-型柱區(qū)域中；因此，可以在η-型柱區(qū)域中形成η-型柱，以在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的下部區(qū)域中得到柱中的摻雜濃度曲線和居主導(dǎo)地位的第一摻雜類型的摻雜劑。如圖3Ε中所示，在第二外延層312上沉積η_型的第三外延層313，可以對(duì)第三外延層313上的第三位置執(zhí)行第一摻雜類型摻雜劑的離子注入工藝。例如，可以將諸如B或In的ρ-型摻雜劑材料離子注入到第三外延層313上的第三位置(與第二位置在垂直線上相同的區(qū)域)，以使大于第三外延層313的η-型柱區(qū)域中的η-型摻雜劑量的ρ-型摻雜劑量余留在第三位置中。在這樣的示例中，沒有將離子注入到第三外延層313的η-型柱區(qū)域中；因此，在η-型柱區(qū)域中形成η-型柱，以在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的中部區(qū)域中得到居主導(dǎo)地位的第二摻雜類型的摻雜劑。因如上所述的在圖3C至圖3Ε中示出的工藝，使得可以在基底上將下外延層(311、312和313)形成為具有沿與基底110垂直的方向從外延層的底部至頂部逐漸減小的摻雜濃度。如圖3F中所示，在第三外延層313上沉積η_型的第四外延層314，可以對(duì)第四外延層314上的第四位置執(zhí)行第一摻雜類型摻雜劑的離子注入工藝。例如，可以將諸如B或In的ρ-型摻雜劑材料離子注入到第四外延層314上的第四位置(與第三位置在垂直線上相同的區(qū)域)，以使大于第四外延層314的η-型柱區(qū)域中的η-型摻雜劑量的ρ-型摻雜劑量余留在第四位置中。在這樣的示例中，沒有將離子注入到第四外延層314的η-型柱區(qū)域中；因此，可以在η-型柱區(qū)域中形成η-型柱，以在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的上部區(qū)域中得到柱中的摻雜濃度曲線和居主導(dǎo)地位的第一摻雜類型的摻雜劑。如圖3G中所示，在第四外延層314上沉積η_型的第五外延層315，可以利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第五外延層315的第五位置執(zhí)行離子注入工藝。例如，為了在超級(jí)結(jié)區(qū)域200的上部區(qū)域中得到柱中的摻雜濃度曲線和居主導(dǎo)地位的第一摻雜類型的摻雜劑，可以將量大于η-型的第五外延層315的摻雜劑的量的P-型摻雜劑離子注入到第五外延層315上的第五位置(與第四位置在垂直線上相同的區(qū)域)。
因在圖3F和圖3G中示出的工藝，使得可以在下外延層(311、312和313)上將上外延層(314和315)形成為具有沿與基底垂直的方向從底部至頂部逐漸增大的摻雜濃度。因如上所述的工藝，如圖3H所示，使得可以將第一柱210和第三柱230形成為具有沿與基底110垂直的方向從柱的底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。在第一柱210和第三柱230外的水平區(qū)域(例如，在第一柱210和第三柱230之間余留的η-型外延層)可以形成第二柱220。此外，為了形成M0SFET，可以順序執(zhí)行形成主體阱區(qū)域170、主體阱區(qū)域170中的摻雜區(qū)域171、柵極絕緣層180、柵電極181、絕緣層182和源電極190等的工藝，以得到在圖3Η中示出的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)。如圖3Α至圖3Η中所示，在五個(gè)分開的步驟中沉積外延層，并分五次地執(zhí)行離子注入工藝，以形成超級(jí)結(jié)區(qū)域200。然而，在其他的示例中，可以形成三層的外延層或四層的外延層，或者可以形成六層的外延層或具有更多個(gè)層的外延層，以得到超級(jí)結(jié)區(qū)域200。圖4是示出了根據(jù)總的方面的一個(gè)示例半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)分布的曲線圖。在曲線圖中，位置A指示在圖1中示出的超級(jí)結(jié)區(qū)域200的上部區(qū)域203中的位置，位置B指示在圖1中示出的超級(jí)結(jié)區(qū)域200的下部區(qū)域201中的位置。X軸指示在半導(dǎo)體裝置的不同的垂直位置處的半導(dǎo)體裝置中的電場(chǎng)分布。在圖4中示出的曲線圖中，根據(jù)上述示例的半導(dǎo)體裝置的ρ-型柱的電場(chǎng)分布具有M字形狀。如通過電場(chǎng)分布所示出的，P-型柱的摻雜劑的濃度曲線沿基底的垂直方向局部地改變。因此，可以防止內(nèi)部電壓因在制造工藝期間的η-型摻雜劑和P-型摻雜劑之間的不平衡而降低。在上述的示例中，術(shù)語“居主導(dǎo)地位”是指超過50%。例如，如果第一摻雜類型的摻雜劑在一個(gè)區(qū)域中居主導(dǎo)地位，則存在的第一摻雜類型的摻雜劑的濃度高于該區(qū)域中的第二摻雜類型的摻雜劑的濃度。如上所述，根據(jù)上面描述的示例，在半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，P-型柱的上部和下部的電荷量可以大于η-型柱的上部和下部的電荷量。P-型柱的中部的電荷量可以小于η-型柱的中部的電荷量。因此，半導(dǎo)體裝置的電場(chǎng)分布可以具有M字形狀，電場(chǎng)可以在半導(dǎo)體裝置的垂直方向上根據(jù)其深度而具有增大的區(qū)域和減小的區(qū)域。結(jié)果，如果η-型柱和P-型柱中的一者的電荷量與η-型柱和P-型柱中的另一者的電荷量因分布過程而不同，則在增大的區(qū)域和減小的區(qū)域中，電場(chǎng)可以沿相對(duì)的方向改變，因而減輕了擊穿電壓的減小的程度。結(jié)果，可以增加批量生產(chǎn)工藝的利潤(rùn)。此外，電場(chǎng)曲線圖的面積可以比具有如上所述的效果和半圓形電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)曲線圖的面積寬。因此，半導(dǎo)體裝置可以具有很高的最大擊穿電壓。已經(jīng)描述了多個(gè)示例。然而，應(yīng)該理解的是，可以進(jìn)行各種修改。例如，如果以不同的順序來執(zhí)行所描述的工藝，和/或如果所描述的系統(tǒng)、架構(gòu)、裝置或電路中的組件以不同的方式組合和/或被其他的組件或它們的等同物替換或補(bǔ)充，則可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。因此，其他的實(shí)施方式落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體裝置包括: 基底； 超級(jí)結(jié)區(qū)域，超級(jí)結(jié)區(qū)域設(shè)置在基底上方，超級(jí)結(jié)區(qū)域包括交替地設(shè)置的不同摻雜類型的多個(gè)柱，超級(jí)結(jié)區(qū)域的所述多個(gè)柱中的一個(gè)柱具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，超級(jí)結(jié)區(qū)域包括沿垂直方向從底部至頂部順序設(shè)置的第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，第一摻雜類型的摻雜劑在第一區(qū)域和第三區(qū)域中居主導(dǎo)地位，第二摻雜類型的摻雜劑在第二區(qū)域中居主導(dǎo)地位。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，第一摻雜類型的摻雜劑是P-型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η-型摻雜劑。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，超級(jí)結(jié)區(qū)域包括沿半導(dǎo)體裝置的水平方向順序設(shè)置的第一摻雜類型的第一柱、第二摻雜類型的第二柱和第一摻雜類型的第三柱。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中，第一柱和第三柱的摻雜濃度沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中: 第一柱和第三柱的下部區(qū)域的電荷量大于第二柱的下部區(qū)域的電荷量； 第一柱和第三柱的中部區(qū)域的電荷量小于第二柱的中部區(qū)域的電荷量； 第一柱和第三柱的上部區(qū)域的電荷量大于第二柱的上部區(qū)域的電荷量。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，第一摻雜類型的摻雜劑是P-型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η-型摻雜劑。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置還包括: 第一摻雜類型的多個(gè)主體阱區(qū)域，所述多個(gè)主體阱區(qū)域分別設(shè)置在第一柱和第三柱上； 第二摻雜類型的多個(gè)摻雜區(qū)域，所述多個(gè)摻雜區(qū)域設(shè)置在所述多個(gè)主體阱區(qū)域中； 絕緣層，絕緣層設(shè)置在所述多個(gè)摻雜區(qū)域上方并在超級(jí)結(jié)區(qū)域上； 柵電極，柵電極形成在絕緣層上； 源電極，源電極形成在所述多個(gè)主體阱區(qū)域上。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，基底是η-型基底。
10.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包括下述步驟: 在基底上方形成超級(jí)結(jié)區(qū)域，其中，不同摻雜類型的多個(gè)柱交替地設(shè)置在超級(jí)結(jié)區(qū)域中； 分別在超級(jí)結(jié)區(qū)域的具有相同的摻雜類型的多個(gè)柱上形成第一摻雜類型的多個(gè)主體阱區(qū)域； 在所述多個(gè)主體阱區(qū)域中形成第二摻雜類型的多個(gè)摻雜區(qū)域； 形成設(shè)置在所述多個(gè)摻雜區(qū)域上方并在超級(jí)結(jié)區(qū)域上的絕緣層； 在絕緣層上形成柵電極； 在所述多個(gè)主體阱區(qū)域上形成源電極， 其中，超級(jí)結(jié)區(qū)域的所述多個(gè)柱中的一個(gè)柱具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將超級(jí)結(jié)區(qū)域形成為包括第一摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的第一區(qū)域、第二摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的第二區(qū)域以及第一摻雜類型的摻雜劑居主導(dǎo)地位的第三區(qū)域，第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域沿垂直方向從底部開始順序設(shè)置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，第一摻雜類型的摻雜劑是P-型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η-型摻雜劑。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，將超級(jí)結(jié)區(qū)域形成為包括沿水平方向順序設(shè)置的第一摻雜類型的第一柱、第二摻雜類型的第二柱以及第一摻雜類型的第三柱。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，第一柱和第三柱具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中: 第一柱和第三柱的下部區(qū)域的電荷量大于第二柱的下部區(qū)域的電荷量； 第一柱和第三柱的中部區(qū)域的電荷量小于第二柱的中部區(qū)域的電荷量； 第一柱和第三柱的上部區(qū)域的電荷量大于第二柱的上部區(qū)域的電荷量。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，第一摻雜類型的摻雜劑是P-型摻雜劑，第二摻雜類型的摻雜劑是η-型摻雜劑。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟包括: 在基底上沉積第二摻雜類型的外延層； 在外延層中形成多個(gè)槽； 在所述多個(gè)槽中沉積第一本征硅層，使得第一本征硅層是傾斜的； 利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第一本征硅層執(zhí)行離子注入工藝； 在第一本征娃層上沉積第二本征娃層； 利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第二本征硅層執(zhí)行離子注入工藝。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟還包括: 在第二本征硅層上沉積第三本征硅層，以填充所述多個(gè)槽之間的間隙； 拋光基底的上部。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，第一本征硅層的寬度沿垂直方向從底部至頂部變窄。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，第一本征硅層具有V字形狀。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟還包括: 在沉積第一本征硅層的步驟之前，利用第二摻雜類型的摻雜劑執(zhí)行離子注入工藝。
22.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟包括: 在基底上形成下外延層，下外延層具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小的摻雜濃度； 在下外延層上形成上外延層，上外延層具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸增大的摻雜濃度。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，重復(fù)執(zhí)行沉積外延層的工藝和離子注入工藝，以形成具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸減小的摻雜濃度的下外延層。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，重復(fù)執(zhí)行沉積外延層的工藝和離子注入工藝，以在下外延層上形成具有沿垂直方向從底部至頂部逐漸增大的摻雜濃度的上外延層。
25.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成超級(jí)結(jié)區(qū)域的步驟包括: 在基底上沉積第二摻雜類型的第一外延層； 對(duì)在第一外延層上的第一位置執(zhí)行第一摻雜類型摻雜劑的第一離子注入工藝； 在第一外延層上沉積第二摻雜類型的第二外延層； 以比第一離子注入工藝的摻雜劑量小的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第二外延層上的第二位置執(zhí)行第二離子注入工藝； 在第二外延層上沉積第二摻雜類型的第三外延層； 以比第二離子注入工藝的摻雜劑量小的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第三外延層上的第三位置執(zhí)行第三離子注入工藝； 在第三外延層上沉積第二摻雜類型的第四外延層； 以比第三離子注入工藝的摻雜劑量小的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第四外延層上的第四位置執(zhí)行第四離子注入工藝； 在第四外延層上沉積第二摻雜類型的第五外延層； 以比第四離子注入工藝的摻雜劑量大的摻雜劑量，利用第一摻雜類型的摻雜劑對(duì)第五外延層上的第五位置執(zhí)行第五離子注入工藝， 第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置在半導(dǎo)體裝置的水平方向上的位置相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。所述半導(dǎo)體裝置包括基底和設(shè)置在基底上方的超級(jí)結(jié)區(qū)域。超級(jí)結(jié)區(qū)域可以包括交替地設(shè)置的摻雜類型不同的多個(gè)柱。超級(jí)結(jié)區(qū)域的所述多個(gè)柱中的一個(gè)柱可具有沿半導(dǎo)體裝置的垂直方向從底部至頂部逐漸減小然后逐漸增大的摻雜濃度。
文檔編號(hào)H01L29/78GK103178088SQ20121016271
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者趙文秀, 全珖延, 禹赫, 林昌植 申請(qǐng)人:美格納半導(dǎo)體有限公司