带有超级结结构设计的半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及一种应用在功率半导体场效应晶体管器件中的带有超级结结构设计的半导体器件，在半导体器件的一个有源区的外延层中形成的第二导电类型的多个第一立柱，在半导体器件的一个终端区的外延层中形成的第二导电类型的多个第二立柱，位于有源区和终端区之间的过渡区，由多个第一立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现有源区的电荷平衡，多个第二立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现终端区的电荷平衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要是关于半导体器件领域，更确切地说，是涉及一种应用在功率半导体场效应晶体管器件中的带有的超级结结构。
技术介绍
在功率半导体场效应晶体管器件领域，在传统的超级结结构设计中，相对于晶体管器件有源区的元胞设计，终端设计以及过渡区的设计是一个难点。一般的设计在大电流击穿或者其非钳位电感性负载开关过程UIS发生时很容易造成过渡区提前击穿，从而使得整个器件的耐用度较低，甚至无法在有少许感性负载电路中应用。如英飞凌提出的超级结结构设计中对提前击穿位置的分析，发现在过渡区的出现了过低的击穿电压，其通过对过渡区中的有源区的p-立柱优化，从而实现更高的击穿电压。在具有长条形的晶胞结构的超级结结构设计中，同样也存在类似英飞凌提出的问题。由此，在设计上有着更高耐用度的终端结构，和过渡区结构是得到高耐用度超级结结构设计器件的关键。功率金属氧化物半导体场效应晶体管典型应用于需要功率转换和功率放大的器件中，例如典型的功率转换器件就是双扩散DMOSFET。具本领域通常知识者皆知道，处于工作态的器件中大部分的击穿电压BV都由器件的漂移区或称漂流区承载，如果试图提供较高的击穿电压BV，漂移区通常需要轻掺杂浓度，然而轻掺杂的漂移区随之而来也会产生比较高的导通电阻值RDSON。常规的晶体管其RDSON与BV2.5大体成正比。因此对于传统的晶体管，随着击穿电压BV的增加RDSON也显著增大。基于业界面临的瓶颈，超级结晶体管结构被广泛应用在半导体器件上，例如1988年飞利浦公司的DJ.COE申请的US4754310美国专利，以及1993年电子科技大学的陈星弼教授所申请的US91101845美国专利，和1995年西门子公司的J.TIHANYI所申请的美国专利US5438215等。超级结晶体管优势在于，提出了一种可以在维持很高的断开状态击穿电压BV的同时，获得很低的导通电阻RDSON的方法。超级结器件含有形成在漂移区中的交替的P型和N型掺杂立柱。在MOSFET器件的断开状态时，在实际上相对很低的电压条件下，交替的立柱就可以完全耗尽，从而能够维持很高的击穿电压，因为立柱横向耗尽而导致整个P型和N型立柱耗尽。对于超级结晶体管其导通电阻RDSON的增加与击穿电压BV成正比，比传统的半导体结构增加地更加缓慢。因此对于相同的高击穿电压BV，超级结器件比传统的MOSFET器件具有更低的RDSON，或者说对于指定的RDSON值，超级结器件比传统的MOSFET具有更高的BV。在超级结器件中拐角和终端区在内的各区域电荷都需要平衡。虽然在有源区的中心部分中P立柱可以处于均匀的水平行列，这样很容易达到电荷平衡。然而在边缘和拐角处，却很难获得电荷平衡，由此导致这些区域中的击穿电压BV较低，而且器件的耐用性较差。正是在这一前提下提出了本专利技术的各种实施例。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中个，披露了一种带有超级结结构设计的半导体器件，包括：一个第一导电类型的衬底和位于该衬底之上的一个第二导电类型的外延层；在半导体器件的一个有源区的外延层中形成的第二导电类型的多个第一立柱；在半导体器件的一个终端区的外延层中形成的第二导电类型的多个第二立柱；一个位于有源区和终端区之间的过渡区；其中有源区中位于相邻第一立柱间的外延层和终端区中位于相邻第二立柱间的外延层定义为第一导电类型的第三立柱；籍由多个第一立柱和多个第三相互交替从而籍由它们相反的导电类型实现有源区的电荷平衡，籍由多个第二立柱(P立柱)和多个第三立柱(P立柱)相互交替从而籍由它们相反的导电类型实现终端区的电荷平衡。上述的带有超级结结构设计的半导体器件，第一立柱的宽度大于第二立柱的宽度。述的带有超级结结构设计的半导体器件，有源区中相邻第一立柱之间的间距为L，终端区中相邻第二立柱之间的间距为L1，其中有源区中最邻近过渡区的一个第一立柱的中心到终端区中最邻近过渡区的一个第二立柱的中心之间的距离等于：1/2×L+1/2×L1。述的带有超级结结构设计的半导体器件，有源区中最邻近过渡区的一个第一立柱的宽度为S1，以及有源区中不直接邻近过渡区的其他余下的第一立柱的宽度为S0，其中S1小于S0。述的带有超级结结构设计的半导体器件，其中限定(S0－S1)÷S0的值在2％-20％的范围以内。述的带有超级结结构设计的半导体器件，终端区中最邻近过渡区的一个第二立柱的宽度为T1，以及终端区中不直接邻近过渡区的其他余下的第二立柱的宽度为T0，其中T1小于T0。述的带有超级结结构设计的半导体器件，其中限定(T0－T1)÷T0的值在2％-20％的范围以内。述的带有超级结结构设计的半导体器件，有源区中相邻第一立柱之间的间距为L，终端区中相邻第二立柱之间的间距为L1，其中有源区中最邻近过渡区的一个第一立柱的中心到终端区中最邻近过渡区的一个第二立柱的中心之间的距离等于：1/2×L+1/2×L2，其中L2大于L1。述的带有超级结结构设计的半导体器件，第一立柱和第二立柱的深度范围在5um-80um以内。述的带有超级结结构设计的半导体器件，第一立柱和第二立柱的掺杂浓度相同。附图说明阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本专利技术的特征和优势将显而易见：图1是超级结结构设计的基本架构。图2是过渡区和有源区及终端区电场的分布示意图。图3是超级结结构设计的减小有源区P立柱的可选实施例的示意图。图4是超级结结构设计的增加过渡区N立柱宽度的实施例的示意图。图5是超级结结构设计的减小终端区P立柱的可选实施例的示意图。具体实施方式下面将结合各实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚完整的阐述，但所描述的实施例仅是本专利技术用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本专利技术的保护范围。参见图1，展示了典型的超级结器件100的一部分有源区域的剖面图，注意该晶体管结构仅仅是便于阐明本专利技术的内容而并不意味着本专利技术受限于该特定的器件结构。超级结器件100的有源区域201设置有一个形成在适当掺杂的例如重掺杂N+型衬底102上的垂直场效应晶体管结构，如N沟道型MOSFET器件，衬底102主要作为漏极区并且在其衬底102底面设置有一个与衬底具有欧姆接触的电极如漏极。适当掺杂的N－型外延层或者N－型漂移层/漂流层104位于衬底102的上方，漂移层104的掺杂浓度要低于衬底102的掺杂浓度。超级结Super-Junction结构包含有交替设置的P－型立柱Pillar12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有超级结结构设计的半导体器件，其特征在于，包括：一个第一导电类型的衬底和位于该衬底之上的一个第二导电类型的外延层；在半导体器件的一个有源区的外延层中形成的第二导电类型的多个第一立柱；在半导体器件的一个终端区的外延层中形成的第二导电类型的多个第二立柱；一个位于有源区和终端区之间的过渡区；其中有源区中位于相邻第一立柱间的外延层和终端区中位于相邻第二立柱间的外延层定义为第一导电类型的第三立柱；多个第一立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现有源区的电荷平衡，多个第二立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现终端区的电荷平衡。

【技术特征摘要】
1.一种带有超级结结构设计的半导体器件，其特征在于，包括：
一个第一导电类型的衬底和位于该衬底之上的一个第二导电类型的外延层；
在半导体器件的一个有源区的外延层中形成的第二导电类型的多个第一立柱；
在半导体器件的一个终端区的外延层中形成的第二导电类型的多个第二立柱；
一个位于有源区和终端区之间的过渡区；
其中有源区中位于相邻第一立柱间的外延层和终端区中位于相邻第二立柱间的外延
层定义为第一导电类型的第三立柱；
多个第一立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现有源
区的电荷平衡，多个第二立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型
实现终端区的电荷平衡。
2.根据权利要求1所述的一种带有超级结结构设计的半导体器件，其特征在于，第
一立柱的宽度大于第二立柱的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种带有超级结结构设计的半导体器件，其特征在于，有
源区中相邻第一立柱之间的间距为L，终端区中相邻第二立柱之间的间距为L1，其中有
源区中最邻近过渡区的一个第一立柱的中心到终端区中最邻近过渡区的一个第二立柱的
中心之间的距离等于：1/2×L+1/2×L1。
4.根据权利要求1所述的一种带有超级结结构设计的半导体器件，其特征在于，有
源区中最邻近过渡区的一个第一立柱的宽度为S...

【专利技术属性】
技术研发人员：马荣耀，可瑞思，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50