本實(shí)用新型涉及一種功率器件，尤其涉及包括電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的功率器件。

背景技術(shù)：

功率器件主要用于大功率的電源電路和控制電路中，例如作為開關(guān)元件或整流元件。在功率器件中，不同摻雜類型的摻雜區(qū)形成PN結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)二極管或晶體管的功能。功率器件在應(yīng)用中通常需要在高電壓下承載大電流。一方面，為了滿足高電壓應(yīng)用的需求以及提高器件可靠性和壽命，功率器件需要具有高擊穿電壓。另一方面，為了降低功率器件自身的功耗和產(chǎn)生的熱量，功率器件需要具有低導(dǎo)通電阻。

在美國專利US5216275和US4754310公開了電荷補(bǔ)償類型的功率器件，其中多個(gè)P型摻雜區(qū)和多個(gè)N型摻雜區(qū)交替橫向排列或垂直堆疊。在功率器件的導(dǎo)通狀態(tài)，P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)之一提供低阻抗的導(dǎo)電路徑。在功率器件的斷開狀態(tài)，彼此相鄰的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)的電荷可以相互耗盡。因而，電荷補(bǔ)償類型的功率器件可以顯著減小導(dǎo)通電阻，從而降低功耗。

另一種改進(jìn)的功率器件包括環(huán)區(qū)和由環(huán)區(qū)圍繞的元胞區(qū)。在元胞區(qū)中形成功率器件的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，在環(huán)區(qū)中形成附加的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)。環(huán)區(qū)對于功率器件的高壓特性和可靠性特性至關(guān)重要。當(dāng)器件關(guān)斷的時(shí)候，環(huán)區(qū)起到緩解器件邊緣表面電場作用，尤其在高溫和高壓情況下，減小電場對于器件表面氧化層的沖擊，降低高溫下器件漏電流。通常而言，希望環(huán)區(qū)的耐壓要比元胞區(qū)的耐壓高一些，由此器件發(fā)生擊穿的時(shí)候，大部分電流能從元胞區(qū)流出。元胞區(qū)的面積相對環(huán)區(qū)面積要大很多，有利于提高器件的雪崩能力。

期望在功率器件中包含上述兩種結(jié)構(gòu)，以同時(shí)減小導(dǎo)通電阻和提高耐壓特性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，電荷補(bǔ)償型器件的導(dǎo)通電阻和耐壓特性之間是一對矛盾參數(shù)。雖然可以通過增加N型摻雜區(qū)的雜質(zhì)濃度，提高電流通道的電流能力，獲得較小導(dǎo)通電阻。但是，由于N型摻雜區(qū)雜質(zhì)濃度增加，對補(bǔ)償匹配度的要求很高，很難重復(fù)做到N型摻雜區(qū)和P型摻雜區(qū)雜質(zhì)濃度完全相同，兩者雜區(qū)雜質(zhì)濃度稍有偏差，耐壓就會(huì)大幅度的降低，出現(xiàn)耐壓不穩(wěn)定的情況。尤其在環(huán)區(qū)，更加難做到提高耐壓，改善可靠性的目的。

在包括電荷補(bǔ)償和環(huán)區(qū)的功率器件中，仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)環(huán)區(qū)結(jié)構(gòu)，以兼顧導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種功率器件，其中，在功率器件的環(huán)區(qū)中采用附加的電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)以以兼顧導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的要求。

根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種功率器件，包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底上的第一摻雜區(qū)；位于所述第一摻雜區(qū)的第一區(qū)域中的多個(gè)第二摻雜區(qū)；以及位于所述第一摻雜區(qū)的第二區(qū)域中的多個(gè)第三摻雜區(qū)，其中，所述半導(dǎo)體襯底和所述第一摻雜區(qū)分別為第一摻雜類型，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)和所述多個(gè)第三摻雜區(qū)分別為第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)彼此隔開第一預(yù)定間距，與所述第一摻雜區(qū)形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，所述第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和所述半導(dǎo)體襯底位于電流通道上，所述多個(gè)第三摻雜區(qū)彼此隔開第二預(yù)定間距，與所述第一摻雜區(qū)形成第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，所述第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)用于分散所述功率器件連續(xù)的表面電場。

優(yōu)選地，所述第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)位于所述功率器件的元胞區(qū)中，所述第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)位于所述功率器件的環(huán)區(qū)中，所述環(huán)區(qū)圍繞所述元胞區(qū)。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)和所述多個(gè)第三摻雜區(qū)分別在所述第一摻雜區(qū)中沿縱向方向朝著所述半導(dǎo)體襯底延伸，并且摻雜濃度非線性減小。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)和所述多個(gè)第三摻雜區(qū)的平均摻雜濃度分別小于所述第一摻雜區(qū)的平均摻雜濃度。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)的平均摻雜濃度大于所述多個(gè)第三摻雜區(qū)的平均摻雜濃度，從而利用所述平均摻雜濃度的差異減小所述元胞區(qū)的導(dǎo)通電阻和提高所述元胞區(qū)的擊穿電壓。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)的平均摻雜濃度比所述多個(gè)第三摻雜區(qū)的平均摻雜濃度大10％或更多。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)分別包括第一子區(qū)域和第二子區(qū)域，所述第一子區(qū)域的平均摻雜濃度小于所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度，所述第二子區(qū)域的平均摻雜濃度等于所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度。

優(yōu)選地，所述第一子區(qū)域的平均摻雜濃度比所述第一摻雜區(qū)的平均摻雜濃度小20％或更多。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)具有第一橫向尺寸，所述多個(gè)第三摻雜區(qū)具有第二橫向尺寸，并且所述第一橫向尺寸大于所述第二橫向尺寸。

優(yōu)選地，所述第一橫向尺寸與所述第一預(yù)定間距的比值等于所述第二橫向尺寸與所述第二預(yù)定間距的比值。

優(yōu)選地，所述第一橫向尺寸與所述第一預(yù)定間距之和等于所述第二橫向尺寸與所述第二預(yù)定間距之和的整數(shù)倍。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)在離子注入時(shí)采用第一離子注入劑量，所述多個(gè)第三摻雜區(qū)在離子注入時(shí)采用第二離子注入劑量，所述第一離子注入劑量和所述第二離子注入劑量的范圍為2E12～2E13cm^-2。

優(yōu)選地，所述第一離子注入劑量與所述第二離子注入劑量相同。

優(yōu)選地，所述第一離子注入劑量比所述第二離子注入劑量高20％或更多。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)和所述多個(gè)第三摻雜區(qū)分別形成在深槽中，所述深槽在所述第一摻雜區(qū)中沿縱向方向朝著所述半導(dǎo)體襯底延伸，并且橫向尺寸減小。

優(yōu)選地，所述深槽采用蝕刻形成，并且采用不同的蝕刻角度獲得橫向尺寸減小的形狀。

優(yōu)選地，所述深槽的下部在蝕刻時(shí)采用的蝕刻角度為85°～87°，上部在蝕刻時(shí)采用的蝕刻角度為88°～89°。

優(yōu)選地，所述元胞區(qū)還包括：多個(gè)第四摻雜區(qū)，分別位于所述多個(gè)第二摻雜區(qū)上方；以及多個(gè)第五摻雜區(qū)，分別位于所述多個(gè)第四摻雜區(qū)中。

優(yōu)選地，所述元胞區(qū)還包括：多個(gè)第六摻雜區(qū)，分別位于所述多個(gè)第四摻雜區(qū)中，并且作為所述多個(gè)第四摻雜區(qū)的引出端。

優(yōu)選地，所述元胞區(qū)還包括：多個(gè)柵疊層，分別包括柵極介質(zhì)和柵極導(dǎo)體，至少一部分位于所述多個(gè)第五摻雜區(qū)和所述第一摻雜區(qū)之間，其中，所述多個(gè)第四摻雜區(qū)和所述多個(gè)第五摻雜區(qū)分別為第二摻雜類型和第一摻雜類型，所述功率器件為MOSFET，所述半導(dǎo)體襯底、所述多個(gè)第四摻雜區(qū)、所述多個(gè)第五摻雜區(qū)分別作為所述MOSFET的漏區(qū)、阱區(qū)和源區(qū)，所述多個(gè)第四摻雜區(qū)位于所述多個(gè)第五摻雜區(qū)和所述第一摻雜區(qū)之間形成溝道。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第四摻雜區(qū)和所述多個(gè)第五摻雜區(qū)分別為第二摻雜類型，其中，所述功率器件為二極管，所述多個(gè)第四摻雜區(qū)、所述半導(dǎo)體襯底分別作為所述二極管的陽極和陰極。

優(yōu)選地，所述環(huán)區(qū)還包括：第七摻雜區(qū)，所述第七摻雜區(qū)為第二摻雜類型，所述第七摻雜區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)中；以及第八摻雜區(qū)，所述第八摻雜區(qū)為第二摻雜類型，所述第八摻雜區(qū)位于所述第一摻雜區(qū)中，并且與所述多個(gè)第三摻雜區(qū)和所述第七摻雜區(qū)隔開，其中，所述第七摻雜區(qū)橫向延伸至所述元胞區(qū)中的所述多個(gè)第四摻雜區(qū)中的至少一個(gè)摻雜區(qū)，形成主結(jié)，并且從所述第一摻雜區(qū)的表面從表面縱向延伸至預(yù)定深度，與所述多個(gè)第三摻雜區(qū)中的至少一些摻雜區(qū)接觸，使得所述多個(gè)第三摻雜區(qū)中的至少一些摻雜區(qū)與所述多個(gè)第二摻雜區(qū)中的至少一些摻雜區(qū)經(jīng)由所述主結(jié)相連接，所述第八摻雜區(qū)限定所述功率器件的周邊且作為截止環(huán)。

優(yōu)選地，還包括：層間介質(zhì)層；第一電極，所述第一電極穿過所述層間介質(zhì)層與所述多個(gè)第五摻雜區(qū)電連接；第二電極，所述第二電極穿過所述層間介質(zhì)層與所述第八摻雜區(qū)電連接；以及第三電極，所述第三電極與所述半導(dǎo)體襯底電連接。

優(yōu)選地，所述第一摻雜類型為N型和P型之一，所述第二摻雜類型為N型和P型中的另一個(gè)。

優(yōu)選地，所述功率器件為選自金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管和二極管中的一種。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種功率器件的制造方法，包括：在半導(dǎo)體襯底上形成第一摻雜區(qū)；在所述第一摻雜區(qū)的第一區(qū)域中形成多個(gè)第二摻雜區(qū)；以及在所述第一摻雜區(qū)的第二區(qū)域中形成多個(gè)第三摻雜區(qū)，其中，所述半導(dǎo)體襯底和所述第一摻雜區(qū)分別為第一摻雜類型，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)和所述多個(gè)第三摻雜區(qū)分別為第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)彼此隔開第一預(yù)定間距，與所述第一摻雜區(qū)形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，所述第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和所述半導(dǎo)體襯底位于電流通道上，所述多個(gè)第三摻雜區(qū)彼此隔開第二預(yù)定間距，與所述第一摻雜區(qū)形成第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，所述第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)用于分散所述功率器件連續(xù)的表面電場。

優(yōu)選地，所述多個(gè)第二摻雜區(qū)的平均摻雜濃度大于所述多個(gè)第三摻雜區(qū)的平均摻雜濃度，從而利用所述平均摻雜濃度的差異減小所述元胞區(qū)的導(dǎo)通電阻和提高所述元胞區(qū)的擊穿電壓。

優(yōu)選地，在所述第一摻雜區(qū)的第一區(qū)域中形成多個(gè)第二摻雜區(qū)包括經(jīng)由第一掩模進(jìn)行第一離子注入，在所述第一摻雜區(qū)的第二區(qū)域中形成多個(gè)第三摻雜區(qū)包括經(jīng)由第二掩模進(jìn)行第二離子注入。

優(yōu)選地，第一掩模的開口具有第一橫向尺寸，第二掩模的開口具有第二橫向尺寸，并且所述第一橫向尺寸大于所述第二橫向尺寸。

優(yōu)選地，在所述第一離子注入時(shí)采用第一離子注入劑量，在所述第二離子注入時(shí)采用第二離子注入劑量，所述第一離子注入劑量和所述第二離子注入劑量的范圍為2E12～2E13cm^-2。

優(yōu)選地，所述第一離子注入劑量與所述第二離子注入劑量相同。

優(yōu)選地，所述第一離子注入劑量比所述第二離子注入劑量高20％或更多。

優(yōu)選地，在所述第一摻雜區(qū)的第一區(qū)域中形成多個(gè)第二摻雜區(qū)包括在第一深槽中填充多個(gè)第一外延層，在所述第一摻雜區(qū)的第二區(qū)域中形成多個(gè)第三摻雜區(qū)包括在第一深槽中填充多個(gè)第二外延層。

優(yōu)選地，所述第一深槽和所述第二深槽在所述第一摻雜區(qū)中沿縱向方向朝著所述半導(dǎo)體襯底延伸，并且橫向尺寸減小。

優(yōu)選地，所述深槽采用蝕刻形成，并且采用不同的蝕刻角度獲得橫向尺寸減小的形狀。

優(yōu)選地，所述深槽的下部在蝕刻時(shí)采用的蝕刻角度為85°～87°，上部在蝕刻時(shí)采用的蝕刻角度為88°～89°。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的功率器件及其制作方法，在功率器件的元胞區(qū)和環(huán)區(qū)分別形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。由于可以采用相同的工藝同時(shí)形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，因此，該實(shí)施例的功率器件沒有增加工藝復(fù)雜度和成本。在元胞區(qū)中，由于第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括彼此相鄰的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)，二者的電荷可以相互耗盡，因此可以顯著減小功率器件的導(dǎo)通電阻和降低功耗。在環(huán)區(qū)中，由于第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的存在，在元胞邊緣區(qū)域的的耗盡層得以擴(kuò)展，有利于緩解元胞區(qū)的邊緣區(qū)域形成的反向電場，從而提高功率器件的擊穿電壓。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過在第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中的P型摻雜區(qū)的平均摻雜濃度的差異，同時(shí)實(shí)現(xiàn)減小所述元胞區(qū)的導(dǎo)通電阻和提高所述元胞區(qū)的擊穿電壓。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，可以在形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)時(shí)采用不同的離子注入步驟，獲得第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中P型摻雜區(qū)的摻雜濃度差異?；蛘撸捎貌煌叽绲拇翱?，在同一個(gè)離子注入步驟中，獲得第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中P型摻雜區(qū)的摻雜濃度差異。或者，采用不同的蝕刻角度形成深槽，然后填充外延層，獲得第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中P型摻雜區(qū)的摻雜濃度差異。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型在不增加任何工藝復(fù)雜度和成本的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中的P型摻雜區(qū)的摻雜濃度，兼顧提高功率器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的要求。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚。

圖1和2分別示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率器件的截面圖和俯視圖。

圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率器件中的各個(gè)摻雜區(qū)的摻雜濃度分布。

圖4和5分別示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率器件的導(dǎo)通電阻分布圖和擊穿電壓分布圖。

圖6a至6h示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的功率器件制造方法不同階段的截面圖。

圖7示出根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的功率器件的截面圖。

圖8示出根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的功率器件的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的各種實(shí)施例。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪制。

本實(shí)用新型可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。

<第一實(shí)施例>

圖1和2分別示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率器件的截面圖和俯視圖，其中，圖1是圖2所示俯視圖中沿AA’線獲取的截面圖。在該實(shí)施例中，功率器件100為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在下文中，以N型MOSFET為例進(jìn)行說明，然而，本實(shí)用新型不限于此。

在圖1中僅示出環(huán)區(qū)120的一部分結(jié)構(gòu)。如圖1所示，功率器件100包括元胞區(qū)110以及圍繞元胞區(qū)110的環(huán)區(qū)120。環(huán)區(qū)120是圍繞元胞區(qū)110的封閉形狀。元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120均包括多個(gè)第一摻雜區(qū)102和多個(gè)P型摻雜區(qū)。元胞區(qū)110中的第一摻雜區(qū)102和P型摻雜區(qū)提供源區(qū)、漏區(qū)、溝道和補(bǔ)償區(qū)，從而形成功率器件導(dǎo)通時(shí)的電流通道。環(huán)區(qū)120中的第一摻雜區(qū)102和第三摻雜區(qū)121用于分散功率器件邊緣的表面電場。

進(jìn)一步地，參見圖1，其中示出元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120的縱向結(jié)構(gòu)。為了簡明清楚，圖中元胞區(qū)110只包含了兩個(gè)元胞的縱向結(jié)構(gòu)示意圖，而實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中，元胞的數(shù)量不止于兩個(gè)，環(huán)區(qū)110只包含了五個(gè)第三摻雜區(qū)121，而在實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中，可以少于或者多于這個(gè)數(shù)量。在功率器件100中，元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120包括公共的半導(dǎo)體襯底101以及位于半導(dǎo)體襯底101上的第一摻雜區(qū)102。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底101的例如為硅襯底，并且摻雜類型為N++型，第一摻雜區(qū)102例如是原位摻雜的外延半導(dǎo)體層，并且摻雜類型為N型。半導(dǎo)體襯底101作為MOSFET的漏區(qū)。

在元胞區(qū)110中，在第一摻雜區(qū)102中形成摻雜類型為P型的多個(gè)第二摻雜區(qū)111。第一摻雜區(qū)102與多個(gè)第二摻雜區(qū)111的摻雜類型相反，多個(gè)第二摻雜區(qū)111交替分布于第一摻雜區(qū)102中，形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)110a。在環(huán)區(qū)120中，在第一摻雜區(qū)102中形成摻雜類型為P型的多個(gè)第三摻雜區(qū)121。第一摻雜區(qū)102與多個(gè)第三摻雜區(qū)121的摻雜類型相反，多個(gè)第三摻雜區(qū)121交替分布于第一摻雜區(qū)102中，形成第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)120a。所述多個(gè)第二摻雜區(qū)111和多個(gè)第三摻雜區(qū)121分別具有從頂端至底端減小的摻雜濃度分布，并且每個(gè)摻雜區(qū)都可以由堆疊的多個(gè)外延層組成。

進(jìn)一步地，在元胞區(qū)110中，在多個(gè)第二摻雜區(qū)111上方形成多個(gè)第四摻雜區(qū)112，以及在第四摻雜區(qū)112中形成第五摻雜區(qū)113。第四摻雜區(qū)112和第五摻雜區(qū)113例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型分別為P型和N+型。第四摻雜區(qū)112作為MOSFET的本體阱區(qū)，第五摻雜區(qū)113作為MOSFET的源區(qū)。第四摻雜區(qū)112的底部與相應(yīng)的一個(gè)第二摻雜區(qū)111接觸。優(yōu)選地，在第四摻雜區(qū)112中還可以形成第六摻雜區(qū)114。第六摻雜區(qū)114例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型分別為P+型。第六摻雜區(qū)114延伸至第四摻雜區(qū)112中，并且與第五摻雜區(qū)113鄰接。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，第六摻雜區(qū)114用作本體阱區(qū)的引出端。

在第一摻雜區(qū)102和第四摻雜區(qū)112的表面上，形成包括柵極介質(zhì)115和柵極導(dǎo)體116的柵極疊層。柵極導(dǎo)體116至少一部分從第一摻雜區(qū)102上方橫向延伸至第五摻雜區(qū)113上方。第四摻雜區(qū)112在第一摻雜區(qū)102和第五摻雜區(qū)113之間、位于柵極導(dǎo)體116下方的部分形成MOSFET的溝道區(qū)。

進(jìn)一步地，在環(huán)區(qū)120中，在第一摻雜區(qū)102中形成第七摻雜區(qū)104。所述第七摻雜區(qū)104例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型為P型。第七摻雜區(qū)104橫向延伸至第四摻雜區(qū)112，形成主結(jié)。第七摻雜區(qū)104從表面縱向延伸至預(yù)定深度，與一部分第三摻雜區(qū)121接觸，使得一部分第四摻雜區(qū)112與一部分第三摻雜區(qū)121經(jīng)由主結(jié)相連。進(jìn)一步地，在第一摻雜區(qū)102中形成第八摻雜區(qū)122。第八摻雜區(qū)122限定MOSFET的周邊，并且作為截止環(huán)。所述第八摻雜區(qū)122例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型為P+型。第八摻雜區(qū)122可以與第四摻雜區(qū)112一起形成，二者的摻雜類型和延伸深度相同。

進(jìn)一步地，層間介質(zhì)層105覆蓋上述的器件結(jié)構(gòu)。在層間介質(zhì)層105中形成穿透孔。第一電極118經(jīng)由穿透孔接觸第五摻雜區(qū)113，從而提供至源區(qū)的電連接。同時(shí)，第一電極118還將第五摻雜區(qū)113和第六摻雜區(qū)114彼此短接。第二電極128經(jīng)由穿透孔接觸第八摻雜區(qū)122，從而提供至截止環(huán)的電連接。在半導(dǎo)體襯底101的與第一摻雜區(qū)102相對的表面上形成第三電極108，從而提供至漏區(qū)的電連接。在該實(shí)施例中，第一電極118和第三電極108分別作為MOSFET的源極電極和漏極電極。

為了清楚地說明問題，在圖1中定義了水平X方向和垂直Y方向。所謂水平X方向是沿著環(huán)區(qū)120到元胞區(qū)110橫向延伸的方向。所謂垂直Y方向是沿著半導(dǎo)體襯底101至第五摻雜區(qū)113縱向延伸的方向。

在水平X方向上，W1為第二摻雜區(qū)111的寬度，S1為彼此相鄰的第二摻雜區(qū)111之間的間距；W2為第三摻雜區(qū)121的寬度，S2為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)121之間的間距，S3為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)121和第二摻雜區(qū)111之間的間距。在實(shí)際制作過程中，要求滿足X方向注入窗口滿足以下規(guī)則：W1+S1＝n*(W2+S2)，且W1/(W1+S1)＝W2/(W2+S2)，其中n為整數(shù)。

在垂直Y方向上，第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的摻雜濃度是非線性的。第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的頂端靠近功率器件的源區(qū)，即第五摻雜區(qū)113，底端靠近功率器件的漏區(qū)，即半導(dǎo)體襯底101。第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121分別具有從頂端至底端減小的摻雜濃度分布。

在功率器件100的工作期間，在柵極導(dǎo)體116上施加?xùn)艠O電壓。當(dāng)柵極電壓低于閾值電壓時(shí)，功率器件處于斷開狀態(tài)，在漏極會(huì)施加高電壓。隨著漏極電壓的升高，電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)形成耗盡層，從而承載電壓。第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在第二摻雜區(qū)111和第一摻雜區(qū)102相互補(bǔ)償作用下，能夠承受比較高的電壓。雖然第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的尺寸比例相同，但由于第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的第三摻雜區(qū)121的尺寸比第二摻雜區(qū)111的尺寸小，在后續(xù)制造的高溫過程中，第二摻雜區(qū)111的雜質(zhì)擴(kuò)散和第三摻雜區(qū)121的擴(kuò)散情況有差別，造成在相同漏極電極電壓的作用下，第三摻雜區(qū)121的雜質(zhì)更加容易被第一摻雜區(qū)102的雜質(zhì)補(bǔ)償而耗盡，也即在第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)補(bǔ)償匹配度的絕對值更加小。一般而言，對于600V的高壓功率器件，采用本實(shí)施例環(huán)區(qū)110的耐壓比元胞區(qū)110的耐壓要高60V左右，完全可以滿足功率器件可靠性的要求。

雖然在第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的上述改進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)高耐壓，但是這種處理方法同時(shí)也減小第一摻雜區(qū)102的尺寸。也就是說，如果在元胞區(qū)110采用同樣的處理方法，電流通道會(huì)變窄，導(dǎo)通電阻會(huì)明顯增加，這不是希望看到的結(jié)果。為了進(jìn)一步在元胞區(qū)110中第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)保持高耐壓的情況下，減小導(dǎo)通電阻，第二摻雜區(qū)111分成II區(qū)域和I區(qū)域，其中I區(qū)域是靠近漏極附近的區(qū)域，II區(qū)域是靠近源極附近的區(qū)域。在I區(qū)域，第二摻雜區(qū)111的摻雜濃度低于第一摻雜區(qū)102的摻雜濃度；在II區(qū)域，第二摻雜區(qū)111的摻雜濃度等于第一摻雜區(qū)102的摻雜濃度。

具體而言，將第二摻雜區(qū)111劃分成不同的子區(qū)域，在垂直Y方向上，從靠近漏極附近的區(qū)域開始，子區(qū)域的補(bǔ)償匹配度從-20％變化到0％；在靠近源極附近的區(qū)域，子區(qū)域的補(bǔ)償匹配度保持0％不變。電荷匹配濃度0％，即第二摻雜區(qū)111摻雜濃度和第一摻雜區(qū)102摻雜濃度相等，在靠近漏極附近的子區(qū)域需要故意做成兩種摻雜濃度失配。

在功率器件的工作期間，當(dāng)功率器件的柵極電壓高于閾值電壓時(shí)，功率器件導(dǎo)通，電流從漏極電極經(jīng)過第一摻雜區(qū)102，流向源極電極。當(dāng)功率器件的柵極電壓低于閾值電壓時(shí)，功率器件關(guān)斷，漏極電極將會(huì)施加高電壓。環(huán)區(qū)120的作用是緩解元胞區(qū)110與功率器件的邊緣區(qū)域的第一摻雜區(qū)102之間形成的反向電場，從而承受漏極電壓。

在半導(dǎo)體器件中，理想的平面PN結(jié)擊穿電壓僅由外延的濃度和厚度決定。但是實(shí)際器件元胞區(qū)的邊緣區(qū)域會(huì)出現(xiàn)結(jié)終端的效應(yīng)，即元胞區(qū)110和功率器件的邊緣附近的第一摻雜區(qū)102之間的PN結(jié)的耗盡層輪廓是彎曲的，存在PN結(jié)的曲率效應(yīng)。當(dāng)反向施加電壓的時(shí)候，PN結(jié)曲率最大的位置出現(xiàn)最強(qiáng)的電場，而提前擊穿或者導(dǎo)致PN結(jié)的反向泄漏電流增加，降低了耐壓和可靠性。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的功率器件，采用環(huán)區(qū)120圍繞元胞區(qū)110，在環(huán)區(qū)120中形成第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)120a。由于第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)120a中的第三摻雜區(qū)121摻雜濃度分布的設(shè)計(jì)，在施加反向電壓的時(shí)候，第三摻雜區(qū)121和第一摻雜區(qū)102的耗盡更加充分，與元胞邊緣區(qū)域的耗盡層連接，從而有效地延展了元胞區(qū)邊緣的耗盡層，降低了終端曲率，提高耐壓。同時(shí)，環(huán)區(qū)120中的耗盡層內(nèi)的可動(dòng)載流子大大減少，形成一個(gè)高阻區(qū)域，有效的降低了反向漏電流，改善可靠性。

圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率器件中的各個(gè)摻雜區(qū)的摻雜濃度分布。曲線P1是第二摻雜區(qū)111從頂端至底端的摻雜濃度分布曲線，曲線P2是第三摻雜區(qū)121從頂端至底端的摻雜濃度分布曲線，曲線N是第一摻雜區(qū)102從頂端至底端的摻雜濃度分布曲線。與現(xiàn)有技術(shù)的功率器件相比，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的功率器件中，第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的摻雜濃度是非線性的，從頂端至底端減小。第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的平均摻雜濃度低于第一摻雜區(qū)102的平均摻雜濃度。進(jìn)一步地，第三摻雜區(qū)121的平均摻雜濃度低于第二摻雜區(qū)111的平均摻雜濃度。

圖4和5分別示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率器件的導(dǎo)通電阻分布圖和擊穿電壓分布圖。

在功率器件的導(dǎo)通狀態(tài)，圖4對比采用現(xiàn)有技術(shù)方法和本實(shí)施例方法制造的600V功率器件導(dǎo)通電阻分布對比圖，其中，采用標(biāo)記A表示現(xiàn)有技術(shù)的功率器件，采用標(biāo)記B表示根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的功率器件。本實(shí)施例制造的功率器件導(dǎo)通電阻低于現(xiàn)有技術(shù)，這得益于減小了第二摻雜區(qū)111在靠近源極附近的摻雜濃度，降低了結(jié)電阻。

在功率器件的關(guān)斷狀態(tài)，雖然第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的摻雜濃度不能完全匹配，當(dāng)漏極施加電壓時(shí)，仍然能夠進(jìn)行電荷補(bǔ)償，產(chǎn)生耗盡層而獲得高耐壓。圖5對比采用現(xiàn)有技術(shù)方法和本實(shí)施例方法制造的600V功率器件600V功率器件擊穿電壓分布圖，其中，采用標(biāo)記A表示現(xiàn)有技術(shù)的功率器件，采用標(biāo)記B表示根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的功率器件。從圖中可以看到，本實(shí)施例的功率器件擊穿電壓分布會(huì)比現(xiàn)有技術(shù)擊穿電壓分布大一些，主要由于第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的電荷補(bǔ)償匹配度略有差異造成的。即使是耐壓相對低的功率器件，由于環(huán)區(qū)110的第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)補(bǔ)償匹配度絕對值小，環(huán)區(qū)110的耐壓仍然高于元胞區(qū)110的耐壓，確保了功率器件的可靠性。

<第二實(shí)施例>

圖6a至6h示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的功率器件制造方法不同階段的截面圖。

在半導(dǎo)體襯底101上外延生長第一外延層1021，如圖6a所示。

該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底101的例如為硅襯底，并且摻雜類型為N++型。例如，半導(dǎo)體襯底101的電阻率為0.01～0.03ohms*cm，厚度是600um左右的<100>晶向的單晶硅襯底。第一外延層1021例如是采用減壓外延的方法，在溫度1050～1150℃下，原位摻雜的外延半導(dǎo)體層，并且摻雜類型為N型。半導(dǎo)體襯底101將作為MOSFET的漏區(qū)。

第一外延層1021的厚度和電阻率根據(jù)功率器件的不同耐壓規(guī)格差異很大。第一外延層1021的厚度例如14～24um，電阻率為0.8～3ohms*cm。另外，根據(jù)需要，為了提高第一外延層1021的濃度，在第一外延層1021表面進(jìn)行一次N型雜質(zhì)的整體注入，通常采用磷作為注入雜質(zhì)，注入的劑量一般選擇在7E11～7E12cm^-2。

隨后，在第一外延層1021的表面，涂布光刻膠，經(jīng)過曝光、顯影等光刻步驟，形成光刻膠掩模PR1。該光刻膠掩模PR1包括注入窗口的圖案，其中在第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)對應(yīng)的位置上，暴露第一外延層1021的表面。采用光刻膠掩模PR1進(jìn)行雜質(zhì)注入，如圖6b所示。

為了形成P型的第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)，可以采用硼作為摻雜劑進(jìn)行離子注入，注入的能量一般選擇60～180Kev，劑量一般選擇2E12～2E13cm^-2。在離子注入之后，通過溶劑溶解或灰化去除光刻膠掩模PR1。

如上文所述，注入窗口滿足以下規(guī)則：W1+S1＝n*(W2+S2)，且W1/(W1+S1)＝W2/(W2+S2)，其中，W1為第二摻雜區(qū)的寬度，S1為彼此相鄰的第二摻雜區(qū)之間的間距；W2為第三摻雜區(qū)的寬度，S2為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)之間的間距，S3為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)之間的間距，n為整數(shù)。

該離子注入在第二摻雜區(qū)的注入窗口位置形成摻雜區(qū)1111，在第三摻雜區(qū)域的注入窗口位置形成摻雜區(qū)1211。摻雜區(qū)1111和1211從第一外延層1021向下延伸預(yù)定的深度。由于注入窗口的尺寸差異，即使采用相同的注入條件，摻雜區(qū)1211的摻雜濃度也會(huì)比摻雜區(qū)1111的摻雜濃度小10％。

然后，重復(fù)圖6a和6b所示的步驟，在第一外延層1021上形成第二外延層1022，以及在第二外延層1022中形成摻雜區(qū)1112和1212。第二外延層1022的厚度通常是5～8um，電阻率為0.8～3ohms*cm。摻雜區(qū)1112和1212從第二外延層1022向下延伸預(yù)定的深度。在離子注入步驟中，摻雜區(qū)1112的注入窗口與先前形成的摻雜區(qū)1111對準(zhǔn)且雜質(zhì)注入劑量相同，摻雜區(qū)1212的注入窗口與先前形成的摻雜區(qū)1211對準(zhǔn)且雜質(zhì)注入劑量相同。如上所述，由于注入窗口的尺寸差異，即使采用相同的注入條件，摻雜區(qū)1212的摻雜濃度也會(huì)比摻雜區(qū)1112的摻雜濃度小10％。

進(jìn)一步地，重復(fù)圖6a和6b所示的步驟，在第二外延層1022上形成第三外延層1023，以及在第三外延層1023中形成摻雜區(qū)1113和1213，如圖6c所示。

在上述的多次外延生長和離子注入步驟中，形成多個(gè)外延層的堆疊結(jié)構(gòu)，并且所述外延層中的摻雜區(qū)對準(zhǔn)。根據(jù)功率器件不同耐壓的要求，一般上述步驟會(huì)重復(fù)進(jìn)行4～10次,在本實(shí)施例中舉例為4次。每一層生長外延的厚度和電阻率均與第二外延層1022相同。

在垂直Y方向上，摻雜區(qū)1111至1113的雜質(zhì)注入劑量是非線性變化的，靠近漏極附近的雜質(zhì)注入劑量會(huì)比靠近源極附近的雜質(zhì)注入劑量小20％，摻雜區(qū)1211至1213的雜質(zhì)注入劑量是非線性變化的，靠近漏極附近的雜質(zhì)注入劑量會(huì)比靠近源極附近的雜質(zhì)注入劑量小20％。在每個(gè)層面上，環(huán)區(qū)中的摻雜區(qū)的雜質(zhì)注入劑量比元胞區(qū)中的摻雜區(qū)的雜質(zhì)注入劑量小10％。

隨后，在第三外延層1023上外延生長第四外延層1024，如圖6d所示。第四外延層1024的厚度和電阻率，根據(jù)功率器件的參數(shù)特性，可以和之前的外延略有不同。例如，第四外延層1024厚度是4～7um，電阻率為1～4ohms*cm。在外延生長之后進(jìn)行熱退火，經(jīng)過1000～1150℃高溫過程，生長一層3000～6000A厚度的氧化硅層1025。

隨后，在氧化硅層1025的表面，涂布光刻膠，經(jīng)過曝光、顯影等光刻步驟，形成光刻膠掩模PR2。該光刻膠掩模PR2包括注入窗口的圖案，其中在第七摻雜區(qū)對應(yīng)的位置上，暴露氧化硅層1025的表面。采用光刻膠掩模PR2進(jìn)行雜質(zhì)注入，從而形成第七摻雜區(qū)104，如圖6e所示。

在該步驟中，在離子注入之前，可以刻蝕去除表面二氧化硅。然后注入雜質(zhì)硼。離子注入的能量是40～100KeV，劑量是3E12～3E13cm^-2。在離子注入之后，通過溶劑溶解或灰化去除光刻膠掩模PR1。

隨后，進(jìn)行長時(shí)間的高溫驅(qū)入過程。該步驟包括在1100～1200℃溫度進(jìn)行時(shí)間約60～300分鐘的熱處理。

在高溫驅(qū)入的過程中，外延層1021至1023中的摻雜區(qū)1111至1113和1211至1213中的雜質(zhì)會(huì)向四周擴(kuò)散。在垂直Y方向上，摻雜區(qū)1111至1113相互連接形成第二摻雜區(qū)111，摻雜區(qū)1211至1213相互連接形成第二摻雜區(qū)121。進(jìn)一步地，在高溫驅(qū)入的過程中，第四外延層1024的表面會(huì)生長一層厚度達(dá)到1.6～0.8um的氧化硅層105，如圖6f所示。

隨后，在氧化硅層105的表面，涂布光刻膠，經(jīng)過曝光、顯影等光刻步驟，形成光刻膠掩模。該光刻膠掩模包括蝕刻窗口的圖案，其中在元胞區(qū)的整個(gè)區(qū)域以及環(huán)區(qū)與截止環(huán)相對應(yīng)的位置上，蝕刻窗口暴露第一摻雜區(qū)102的表面。采用濕法腐蝕，去除元胞區(qū)的整個(gè)區(qū)域以及環(huán)區(qū)與截止環(huán)上的氧化硅層105。在蝕刻之后，通過溶劑溶解或灰化去除光刻膠掩模。

優(yōu)選地，熱生長一層厚度是200～600A的薄氧化層，作為離子注入的阻擋層。進(jìn)行一次N型雜質(zhì)的整體注入，提高元胞區(qū)110表面的N型摻雜濃度。通常采用磷作為注入雜質(zhì)，注入的劑量一般選擇在7E11～7E12cm^-2。注入后再經(jīng)過一次高溫過程，通常會(huì)選擇1100～1150℃的溫度，把雜質(zhì)擴(kuò)散到表面1～3um的深度。

進(jìn)一步地，經(jīng)過表面清洗，選擇900～1000℃溫度條件下，熱生長氧化硅，從而形成柵極介質(zhì)115。柵極介質(zhì)115的厚度一般為800～1200A。采用LPCVD的方法進(jìn)行多晶硅的淀積，淀積多晶硅的厚度是3000～5000A。對多晶硅進(jìn)行雜質(zhì)摻雜，雜質(zhì)摻雜可以采用擴(kuò)散或者注入的方式，摻雜后的多晶硅，一般方塊電阻分布在5～30ohm/cm。

進(jìn)一步地，涂布光刻膠，經(jīng)過曝光、顯影等光刻步驟，形成光刻膠掩模。該光刻膠掩模包括蝕刻窗口的圖案，其中在元胞區(qū)的除柵極導(dǎo)體之外的位置上，蝕刻窗口暴露多晶硅的表面。采用濕法腐蝕，去除多晶硅的暴露部分，從而形成柵極導(dǎo)體116，如圖6g所示。在蝕刻之后，通過溶劑溶解或灰化去除光刻膠掩模。

隨后，經(jīng)由光刻膠掩模進(jìn)行離子注入，從而在元胞區(qū)110中形成第四摻雜區(qū)112，以及在環(huán)區(qū)120中形成第八摻雜區(qū)122。第四摻雜區(qū)112作為功率器件100的本體阱區(qū)。

根據(jù)功率器件閾值的需求，選擇本體阱區(qū)注入的劑量。一般3V閾值，采用2E13～5E13cm^-2的劑量。經(jīng)過1100℃～1150℃高溫驅(qū)入，第四摻雜區(qū)112達(dá)到2～4um的結(jié)深，與第二摻雜區(qū)111相接觸。

隨后，經(jīng)由光刻膠掩模進(jìn)行離子注入，從而在第四摻雜區(qū)112中形成第六摻雜區(qū)114。第六摻雜區(qū)114用作本體阱區(qū)的引出端。該離子注入的劑量例如為1E15～5E15cm^-2劑量，采用硼雜質(zhì)作為摻雜劑。

在形成第六摻雜區(qū)114之后，經(jīng)過900～1000℃溫度，30～90分鐘的熱過程，形成0.5～1.5um結(jié)深。第六摻雜區(qū)114與第四摻雜區(qū)112相連，形成本體阱區(qū)的接觸。

進(jìn)一步地，經(jīng)由光刻膠掩模進(jìn)行離子注入，從而在第四摻雜區(qū)112中形成第五摻雜區(qū)113。第五摻雜區(qū)113用作功率器件的源區(qū)。該離子注入的劑量例如為1E15～5E15cm^-2劑量，采用砷雜質(zhì)作為摻雜劑。第六摻雜區(qū)114延伸至第四摻雜區(qū)112中，并且與第五摻雜區(qū)113鄰接。

進(jìn)一步地，在器件結(jié)構(gòu)的表面形成層間介質(zhì)層105。該層間介質(zhì)層105例如是淀積形成的絕緣層或者含有硼酸的硅玻璃。采用光刻膠掩模對層間介質(zhì)層105進(jìn)行蝕刻，形成穿透孔。進(jìn)一步地，沉積金屬層填充穿透孔，金屬層的厚度例如為3～4.5um。對金屬層進(jìn)行圖案化，形成第一電極118和第二電極128。

第一電極118經(jīng)由穿透孔接觸第五摻雜區(qū)113，從而提供至源區(qū)的電連接。同時(shí)，第一電極118還將第五摻雜區(qū)113和第六摻雜區(qū)114彼此短接。第二電極128經(jīng)由穿透孔接觸第八摻雜區(qū)122，從而提供至截止環(huán)的電連接。

對半導(dǎo)體襯底101進(jìn)行減薄，使得半導(dǎo)體襯底101的厚度達(dá)到200～300um。類似地，在半導(dǎo)體襯底101的與第一摻雜區(qū)102相對的表面上形成第三電極108，從而提供至漏區(qū)的電連接。在該實(shí)施例中，第一電極118和第三電極108分別作為MOSFET的源極電極和漏極電極。

最終，該制造方法形成的功率器件100的結(jié)構(gòu)如圖6h所示。

<第三實(shí)施例>

圖7示出根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的功率器件的截面圖。

在該實(shí)施例中，功率器件200為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在下文中，以N型MOSFET為例進(jìn)行說明，然而，本實(shí)用新型不限于此。

參見圖7，其中示出元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120的縱向結(jié)構(gòu)。為了簡明清楚，圖中元胞區(qū)110只包含了兩個(gè)元胞的縱向結(jié)構(gòu)示意圖，而實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中，元胞的數(shù)量不止于兩個(gè)，環(huán)區(qū)110只包含了五個(gè)第三摻雜區(qū)221，而在實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中，可以少于或者多于這個(gè)數(shù)量。在功率器件200中，元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120包括公共的半導(dǎo)體襯底101以及位于半導(dǎo)體襯底101上的第一摻雜區(qū)102。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底101的例如為硅襯底，并且摻雜類型為N++型，第一摻雜區(qū)102例如是原位摻雜的外延半導(dǎo)體層，并且摻雜類型為N型。半導(dǎo)體襯底101作為MOSFET的漏區(qū)。

在元胞區(qū)110中，在第一摻雜區(qū)102中形成摻雜類型為P型的多個(gè)第二摻雜區(qū)211。第一摻雜區(qū)102與多個(gè)第二摻雜區(qū)211的摻雜類型相反，多個(gè)第二摻雜區(qū)211交替分布于第一摻雜區(qū)102中，形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。在環(huán)區(qū)120中，在第一摻雜區(qū)102中形成摻雜類型為P型的多個(gè)第三摻雜區(qū)221。第一摻雜區(qū)102與多個(gè)第三摻雜區(qū)221的摻雜類型相反，多個(gè)第三摻雜區(qū)221交替分布于第一摻雜區(qū)102中，形成第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。所述多個(gè)第二摻雜區(qū)211和多個(gè)第三摻雜區(qū)221分別具有從頂端至底端減小的摻雜濃度分布，并且每個(gè)摻雜區(qū)都可以由堆疊的多個(gè)外延層組成。

進(jìn)一步地，在元胞區(qū)110中，在多個(gè)第二摻雜區(qū)211上方形成多個(gè)第四摻雜區(qū)112，以及在第四摻雜區(qū)112中形成第五摻雜區(qū)113。第四摻雜區(qū)112和第五摻雜區(qū)113例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型分別為P型和N+型。第四摻雜區(qū)112作為MOSFET的本體阱區(qū)，第五摻雜區(qū)113作為MOSFET的源區(qū)。第四摻雜區(qū)112的底部與相應(yīng)的一個(gè)第二摻雜區(qū)211接觸。優(yōu)選地，在第四摻雜區(qū)112中還可以形成第六摻雜區(qū)114。第六摻雜區(qū)114例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型分別為P+型。第六摻雜區(qū)114延伸至第四摻雜區(qū)112中，并且與第五摻雜區(qū)113鄰接。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，第六摻雜區(qū)114用作本體阱區(qū)的引出端。

在第一摻雜區(qū)102和第四摻雜區(qū)112的表面上，形成包括柵極介質(zhì)115和柵極導(dǎo)體116的柵極疊層。柵極導(dǎo)體116從第一摻雜區(qū)102橫向延伸至第五摻雜區(qū)113。柵極導(dǎo)體116的至少一部分位于第四摻雜區(qū)112的上方，使得第四摻雜區(qū)112在第一摻雜區(qū)102和第五摻雜區(qū)113之間的部分形成MOSFET的溝道區(qū)。

進(jìn)一步地，在環(huán)區(qū)120中，在第一摻雜區(qū)102中形成第七摻雜區(qū)104。所述第七摻雜區(qū)104例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型為P型。第七摻雜區(qū)104橫向延伸至第四摻雜區(qū)112，形成主結(jié)。第七摻雜區(qū)104從表面縱向延伸至預(yù)定深度，與一部分第三摻雜區(qū)221接觸，使得一部分第四摻雜區(qū)112與一部分第三摻雜區(qū)221經(jīng)由主結(jié)相連。進(jìn)一步地，在第一摻雜區(qū)102中形成第八摻雜區(qū)122。第八摻雜區(qū)122限定MOSFET的周邊，并且作為截止環(huán)。所述第八摻雜區(qū)122例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型為P+型。第八摻雜區(qū)122可以與第四摻雜區(qū)112一起形成，二者的摻雜類型和延伸深度相同。

進(jìn)一步地，層間介質(zhì)層105覆蓋上述的器件結(jié)構(gòu)。在層間介質(zhì)層105中形成穿透孔。第一電極118經(jīng)由穿透孔接觸第五摻雜區(qū)113，從而提供至源區(qū)的電連接。同時(shí)，第一電極118還將第五摻雜區(qū)113和第六摻雜區(qū)114彼此短接。第二電極128經(jīng)由穿透孔接觸第八摻雜區(qū)122，從而提供至截止環(huán)的電連接。在半導(dǎo)體襯底101的與第一摻雜區(qū)102相對的表面上形成第三電極108，從而提供至漏區(qū)的電連接。在該實(shí)施例中，第一電極118和第三電極108分別作為MOSFET的源極電極和漏極電極。

在該實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)211和第三摻雜區(qū)221是同時(shí)形成的。與第一實(shí)施例不同，采用深槽刻蝕和外延回填技術(shù)形成第二摻雜區(qū)211和第三摻雜區(qū)221，二者的電阻率完全相同。然而，由于深槽形狀不同，使得第二摻雜區(qū)211和第三摻雜區(qū)221的底端的形狀不同。

為了清楚地說明問題，在圖7中定義了水平X方向和垂直Y方向。所謂水平X方向是沿著環(huán)區(qū)120到元胞區(qū)110橫向延伸的方向。所謂垂直Y方向是沿著半導(dǎo)體襯底101至第五摻雜區(qū)113縱向延伸的方向。

在水平X方向上，W1為第二摻雜區(qū)211的寬度，S1為彼此相鄰的第二摻雜區(qū)211之間的間距；W2為第三摻雜區(qū)221的寬度，S2為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)221之間的間距，S3為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)221和第二摻雜區(qū)211之間的間距。在實(shí)際制作過程中，要求滿足X方向深槽刻蝕窗口滿足以下規(guī)則：W1+S1＝n*(W2+S2)，且W1/(W1+S1)＝W2/(W2+S2)，其中n為整數(shù)。

在垂直Y方向上，第二摻雜區(qū)211和第三摻雜區(qū)221的摻雜濃度是非線性的。第二摻雜區(qū)211和第三摻雜區(qū)221的頂端靠近功率器件的源區(qū)，即第五摻雜區(qū)113，底端靠近功率器件的漏區(qū)，即半導(dǎo)體襯底101。第二摻雜區(qū)211和第三摻雜區(qū)221分別具有從頂端至底端減小的摻雜濃度分布。

第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在靠近漏極附近的區(qū)域?yàn)镮區(qū)域；第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在靠近源極附近的區(qū)域?yàn)镮I區(qū)域。I區(qū)域和II區(qū)域中第二摻雜區(qū)111內(nèi)P型外延填充的形貌有差別。在I區(qū)域中第二摻雜區(qū)211和第一摻雜區(qū)102的Y方向交界面相對于水平X軸斜率小；在II區(qū)域中第二摻雜區(qū)211和第一摻雜區(qū)102的Y方向交界面相對于水平X軸斜率大。斜率有差異的原因是，深槽刻蝕的時(shí)候，在I區(qū)域和II區(qū)域的刻蝕角度不同。一般而言，在I區(qū)域會(huì)采用85°～87°的刻蝕角度，在II區(qū)域會(huì)采用88°～89°的刻蝕角度。

具體而言，在回填的外延層摻雜濃度一定的情況下，由于斜率角度的原因，在I區(qū)域中第一摻雜區(qū)102的摻雜濃度高于第二摻雜區(qū)111摻雜濃度；II區(qū)域中第一摻雜區(qū)102摻雜濃度近似等于第二摻雜區(qū)111摻雜濃度。在垂直Y方向上，第二摻雜區(qū)111摻雜濃度變化呈現(xiàn)非線性的變化，而且其平均摻雜濃度低于第一摻雜區(qū)102平均摻雜濃度。

<第四實(shí)施例>

圖8示出根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的功率器件的截面圖。在該實(shí)施例中，功率器件300為二極管。

參見圖8，其中示出元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120的縱向結(jié)構(gòu)。為了簡明清楚，圖中元胞區(qū)110只包含了兩個(gè)元胞的縱向結(jié)構(gòu)示意圖，而實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中，元胞的數(shù)量不止于兩個(gè)，環(huán)區(qū)110只包含了五個(gè)第三摻雜區(qū)121，而在實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中，可以少于或者多于這個(gè)數(shù)量。在功率器件300中，元胞區(qū)110和環(huán)區(qū)120包括公共的半導(dǎo)體襯底101以及位于半導(dǎo)體襯底101上的第一摻雜區(qū)102。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底101的例如為硅襯底，并且摻雜類型為N++型，第一摻雜區(qū)102例如是原位摻雜的外延半導(dǎo)體層，并且摻雜類型為N型。半導(dǎo)體襯底101作為二極管的陰極。

在元胞區(qū)110中，在第一摻雜區(qū)102中形成摻雜類型為P型的多個(gè)第二摻雜區(qū)111。第一摻雜區(qū)102與多個(gè)第二摻雜區(qū)111的摻雜類型相反，多個(gè)第二摻雜區(qū)111交替分布于第一摻雜區(qū)102中，形成第一電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。在環(huán)區(qū)120中，在第一摻雜區(qū)102中形成摻雜類型為P型的多個(gè)第三摻雜區(qū)121。第一摻雜區(qū)102與多個(gè)第三摻雜區(qū)121的摻雜類型相反，多個(gè)第三摻雜區(qū)121交替分布于第一摻雜區(qū)102中，形成第二電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。所述多個(gè)第二摻雜區(qū)111和多個(gè)第三摻雜區(qū)121分別具有從頂端至底端減小的摻雜濃度分布，并且每個(gè)摻雜區(qū)都可以由堆疊的多個(gè)外延層組成。

進(jìn)一步地，在元胞區(qū)110中，在多個(gè)第二摻雜區(qū)111上方形成多個(gè)第四摻雜區(qū)112，以及在第四摻雜區(qū)112中形成第五摻雜區(qū)313。第四摻雜區(qū)112和第五摻雜區(qū)313例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型分別為P型和P+型。第四摻雜區(qū)112作為二極管的陽極。第四摻雜區(qū)112的底部與相應(yīng)的一個(gè)第二摻雜區(qū)111接觸。優(yōu)選地，在第四摻雜區(qū)112中還可以形成第五摻雜區(qū)313。第五摻雜區(qū)313例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型分別為P+型。第五摻雜區(qū)313延伸至第四摻雜區(qū)112。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，第五摻雜區(qū)313用作陽極的引出端。

進(jìn)一步地，在環(huán)區(qū)120中，在第一摻雜區(qū)102中形成第七摻雜區(qū)104。所述第七摻雜區(qū)104例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型為P型。第七摻雜區(qū)104橫向延伸至第四摻雜區(qū)112，形成主結(jié)。第七摻雜區(qū)104從表面縱向延伸至預(yù)定深度，與一部分第三摻雜區(qū)121接觸，使得一部分第四摻雜區(qū)112與一部分第三摻雜區(qū)121經(jīng)由主結(jié)相連。進(jìn)一步地，在第一摻雜區(qū)102中形成第八摻雜區(qū)122。第八摻雜區(qū)122限定二極管的周邊，并且作為截止環(huán)。所述第八摻雜區(qū)122例如是通過離子注入形成的摻雜區(qū)，并且摻雜類型為P+型。第八摻雜區(qū)122可以與第四摻雜區(qū)112一起形成，二者的摻雜類型和延伸深度相同。

進(jìn)一步地，層間介質(zhì)層105覆蓋上述的器件結(jié)構(gòu)。在層間介質(zhì)層105中形成穿透孔。第一電極118經(jīng)由穿透孔接觸第五摻雜區(qū)313，從而提供至陽極的電連接。同時(shí)，第一電極118還將第五摻雜區(qū)313和第六摻雜區(qū)114彼此短接。第二電極128經(jīng)由穿透孔接觸第八摻雜區(qū)122，從而提供至截止環(huán)的電連接。在半導(dǎo)體襯底101的與第一摻雜區(qū)102相對的表面上形成第三電極108，從而提供至陰極的電連接。在該實(shí)施例中，第一電極118和第三電極108分別作為二極管的陽極電極和陰極電極。

為了清楚地說明問題，在圖8中定義了水平X方向和垂直Y方向。所謂水平X方向是沿著環(huán)區(qū)120到元胞區(qū)110橫向延伸的方向。所謂垂直Y方向是沿著半導(dǎo)體襯底101至第五摻雜區(qū)313縱向延伸的方向。

在水平X方向上，W1為第二摻雜區(qū)111的寬度，S1為彼此相鄰的第二摻雜區(qū)111之間的間距；W2為第三摻雜區(qū)121的寬度，S2為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)121之間的間距，S3為彼此相鄰的第三摻雜區(qū)121和第二摻雜區(qū)111之間的間距。在實(shí)際制作過程中，要求滿足X方向注入窗口滿足以下規(guī)則：W1+S1＝n*(W2+S2)，且W1/(W1+S1)＝W2/(W2+S2)，其中n為整數(shù)。

在垂直Y方向上，第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的摻雜濃度是非線性的。第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121的頂端靠近二極管的陽極，即第五摻雜區(qū)313，底端靠近二極管的陰極，即半導(dǎo)體襯底101。第二摻雜區(qū)111和第三摻雜區(qū)121分別具有從頂端至底端減小的摻雜濃度分布。

根據(jù)本實(shí)用新型的上述實(shí)施例，功率器件可以是高壓功率器件、IGBT功率器件或者二極管。其功率器件結(jié)構(gòu)中包含第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)，且兩種摻雜區(qū)交替分布。在具體的實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的位置可以相互變換。

依照本實(shí)用新型的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本實(shí)用新型以及在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的修改使用。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。