超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其形成方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其形成方法。該超級結(jié)半導(dǎo)體器件包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底之上的埋層，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)；位于埋層之上的超級結(jié)器件層，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)，其中第一方向與第二方向相交。本發(fā)明專利技術(shù)的超級結(jié)半導(dǎo)體器件具有耐壓性能好、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體器件制造
，具體涉及一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其形成方法。
技術(shù)介紹
VDMOS(verticaldouble-diffusionmetal-oxide-semiconductor,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。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型阱區(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，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)電場最高點達(dá)到擊穿電壓Ec時，器件就發(fā)生擊穿。圖2為圖1所示器件擊穿時沿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。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<br>一致。當(dāng)具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的器件反向截止時，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。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，不利于產(chǎn)品性價比的提高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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，本專利技術(shù)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。根據(jù)本專利技術(shù)第一方面實施例的超級結(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。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的超級結(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。另外，根據(jù)本專利技術(shù)上述實施例的超級結(jié)半導(dǎo)體器件還可以具有如下附加的技術(shù)特征：在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述第一方向與所述第二方向垂直。在本專利技術(shù)的一個實施例中，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在本專利技術(shù)的一個實施例中，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。根據(jù)本專利技術(shù)第二方面實施例的超級結(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。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的超級結(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。另外，根據(jù)本專利技術(shù)上述實施例的超級結(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：在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述第一方向與所述第二方向垂直。在本專利技術(shù)的一個實施例中，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。在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述溝槽的深度與所述外延層的厚度相等。根據(jù)本專利技術(shù)第三方面實施例的超級結(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。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的超級結(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。另外，根據(jù)本專利技術(shù)上述實施例的超級結(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：在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述第一方向與所述第二方向垂直。在本專利技術(shù)的一個實施例中，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。在本專利技術(shù)的一本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，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。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一方向與所述第二
方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，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。
5.一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，包括以下步驟：
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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的形成方法，其特征在于，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱超群，陳宇，
申請(專利權(quán))人：比亞迪股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44