超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]VDMOS (vertical double-diffus1n metal-oxi de-semi conductor,垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu))器件是新一代功率半導(dǎo)體器件，在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]圖1為傳統(tǒng)的功率VDMOS器件的元胞示意圖，其中:N型外延層通過背面電極引出，作為漏電極(Drain) ;P型講區(qū)(P_body)通過表面P+、N+引出，作為源電極(Source) ；P型阱區(qū)之間的外延層上設(shè)有柵電極，與N型外延層間有絕緣介質(zhì)間隔。器件工作截止態(tài)時(shí)，源極接地，漏極加正電壓，所加電壓主要由P-body和N外延層形成的PN結(jié)承擔(dān)；隨著所加電壓的增大，電場隨之升高；當(dāng)電場最高點(diǎn)達(dá)到擊穿電壓Ec時(shí)，器件就發(fā)生擊穿。圖2為圖1所示器件擊穿時(shí)沿a-c處的電場分布。由半導(dǎo)體物理可知，電壓為電場的積分，因此，圖2中的陰影部分的面積就是擊穿電壓的值。
[0004]為了提高功率VDMOS器件的耐壓性能，技術(shù)人員提出了一種具有超極結(jié)結(jié)構(gòu)的功率VDMOS器件。圖3為具有超極結(jié)結(jié)構(gòu)的功率VDMOS器件的元胞結(jié)構(gòu)示意圖。超級結(jié)結(jié)構(gòu)形成于器件的漂移層內(nèi)。該漂移層內(nèi)包括N型導(dǎo)電類型柱(簡稱“N柱”)和P型導(dǎo)電類型柱(簡稱“P柱”)，N柱和P柱交替鄰接設(shè)置而成的多個P-N柱對形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。N柱具有N導(dǎo)電類型雜質(zhì)，P柱具有P導(dǎo)電類型雜質(zhì)，而且，N柱的雜質(zhì)量與P柱的雜質(zhì)量保持一致。當(dāng)具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的器件反向截止時(shí)，超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N柱和P柱分別被耗盡，耗盡層從每個N柱和P柱間的P-N結(jié)界面延伸，由于N柱內(nèi)的雜質(zhì)量與P柱內(nèi)的雜質(zhì)量相等，因此耗盡層延伸并完全耗盡N柱與P柱，從而支持器件耐壓。由于交替鄰接排列的P柱和N柱能夠形成電場平衡，可以降低摻外延雜濃度，即器件的導(dǎo)通電阻極大減小。在理論上的理想情況下，其擊穿時(shí)沿a-b-c處的電場分布如圖4所示。顯然地，圖4中陰影部分的面積明顯大于圖2中的陰影部分的面積，這說明增設(shè)了超級結(jié)結(jié)構(gòu)之后提高了器件的擊穿電壓值。因此，具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件具有高耐壓和低導(dǎo)通電阻的電學(xué)特性。
[0005]由上可知，超級結(jié)器件的擊穿電壓主要由形成電場平衡的P柱和N柱的深度決定。但現(xiàn)有技術(shù)中欲形成較深的P柱和N柱，其工藝過程中的一致性和穩(wěn)定性較難控制，并且制造成本昂貴，不利于廣品性價(jià)比的提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決如何低成本地、通過形成P柱或N柱來提高器件擊穿電壓的技術(shù)問題。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種具有埋層結(jié)構(gòu)的超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其形成方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件，可以包括:半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底之上的埋層，所述埋層包括交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區(qū)和多個N型條狀埋區(qū)；位于所述埋層之上的超級結(jié)器件層，所述超級結(jié)器件層底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區(qū)和多個N型條狀摻雜區(qū)，其中所述第一方向與所述第二方向相交。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件中，通過增設(shè)具有交替鄰接的P型條狀埋區(qū)和N型條狀埋區(qū)的埋層，相當(dāng)于對原本的超級結(jié)器件層中的P型條狀摻雜區(qū)和N型條狀摻雜區(qū)進(jìn)行了局部的縱向延伸，整個器件中的P柱和N柱的厚度增加，從而提高了整個器件的耐壓性能。該超級結(jié)器件還具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述P型條狀埋區(qū)或所述N型條狀埋區(qū)的深度與寬度的比值不超過10
[0012]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述多個P型條狀埋區(qū)的厚度、所述多個N型條狀埋區(qū)的厚度均與所述埋層厚度相等。
[0013]根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的形成方法，可以包括步驟:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底之上形成第一導(dǎo)電類型的外延層，然后在所述外延層中刻蝕相互平行的、沿第一方向延伸的多個溝槽，然后沉積第二導(dǎo)電類型材料填滿所述多個溝槽，從而在所述半導(dǎo)體襯底之上形成交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區(qū)和多個N型條狀埋區(qū)；形成超級結(jié)器件層，所述超級結(jié)器件層底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區(qū)和多個N型條狀摻雜區(qū)，其中所述第一方向與所述第二方向相交。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超級結(jié)器件的形成方法，通過在現(xiàn)有的超級結(jié)器件的超級結(jié)結(jié)構(gòu)底部增設(shè)具有交替鄰接的P型條狀埋區(qū)和N型條狀埋區(qū)的埋層，相當(dāng)于對原本的超級結(jié)器件層中的P型條狀摻雜區(qū)和N型條狀摻雜區(qū)進(jìn)行了局部的縱向延伸，整個器件中的P柱和N柱的厚度增加，從而提高了整個器件的耐壓性能。該超級結(jié)器件的形成方法還具有簡單易行，與現(xiàn)有工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的形成方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0016]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0017]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述P型條狀埋區(qū)或所述N型條狀埋區(qū)的深度與寬度的比值不超過10。
[0018]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述溝槽的深度與所述外延層的厚度相等。
[0019]根據(jù)本發(fā)明第三方面實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的形成方法，可以包括步驟:提供半導(dǎo)體襯底；沉積第一導(dǎo)電類型材料以形成外延薄層，然后在所述外延薄層中的多個相互平行的、沿第一方向延伸的條狀區(qū)域內(nèi)注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)，重復(fù)執(zhí)行本步驟多次以得到垂直方向上堆疊的多個所述外延薄層；對多個所述外延薄層退火，以使多個外延薄層中的具有第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)域連成整體，從而在所述半導(dǎo)體襯底之上形成交替排列的、沿第一方向延伸的多個P型條狀埋區(qū)和多個N型條狀埋區(qū)；形成超級結(jié)器件層，所述超級結(jié)器件層底部包括交替排列的、沿第二方向延伸的多個P型條狀摻雜區(qū)和多個N型條狀摻雜區(qū)，其中所述第一方向與所述第二方向相交。
[0020]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超級結(jié)器件的形成方法，通過在現(xiàn)有的超級結(jié)器件的超級結(jié)結(jié)構(gòu)底部增設(shè)具有交替鄰接的P型條狀埋區(qū)和N型條狀埋區(qū)的埋層，相當(dāng)于對原本的超級結(jié)器件層中的P型條狀摻雜區(qū)和N型條狀摻雜區(qū)進(jìn)行了局部的縱向延伸，整個器件中的P柱和N柱的厚度增加，從而提高了整個器件的耐壓性能。該超級結(jié)器件的形成方法還具有簡單易行，與現(xiàn)有工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。
[0021]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的形成方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0022]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0023]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述P型條狀埋區(qū)或所述N型條狀埋區(qū)的深度與寬度的比值不超過10。
[0024]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的注入深度與所述外延薄層的厚度相等。
【附圖說明】
[0025]圖1為傳統(tǒng)的普通功率VDMOS器件的元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為圖1所示器件擊穿時(shí)沿圖1中a-c處的電場分布示意圖。
[0027]圖3為現(xiàn)有的具有超級結(jié)結(jié)構(gòu)的功率VDMOS器件的元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為圖3所示器件在理論情況下其擊穿時(shí)沿圖3中a-b-c處的電場分布示意圖。
[0029]圖5為具體實(shí)施示例一本發(fā)明溝槽柵型MOSFET器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6為如圖5所示器件的A-A’剖面示意圖。
[0031]圖7為如圖5所示器件的B-B’剖面示意圖。
[0032]圖8為具體實(shí)施示例二本發(fā)明平面柵型MOSFET器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖9為如圖8所示器件C-C’的剖面示意圖。
[0034]圖10為如圖8所示器件D-D’的剖面示意圖。
[0035]圖1la至圖1lb為通過溝槽刻蝕和外延填充工藝形成埋層的過程示意圖。