半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置及其制造方法。所述半导体装置包括基底和设置在基底上方的超级结区域。超级结区域可以包括交替地设置的掺杂类型不同的多个柱。超级结区域的所述多个柱中的一个柱可具有沿半导体装置的垂直方向从底部至顶部逐渐减小然后逐渐增大的掺杂浓度。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法本申请要求于2011年12月23日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0141806号韩国专利申请的优先权的权益，出于全部目的通过引用将其全部公开内容包含于此。
下面的描述涉及一种半导体装置及其制造方法，例如，涉及一种具有超级结(superjunction)结构的半导体装置和这样的半导体装置的制造方法。
技术介绍
高电压功率装置通常使用在用于功率转换的功率集成电路(IC)设备中和功率控制系统中。平面栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)通常被用作高电压装置。在图5和图6中示出了这样的平面栅极半导体装置。图5示出了传统的平面栅极MOSFET的示例，图6示出了可以在图5中示出的平面栅极MOSFET中的区域A和区域B之间形成的电场的分布。在图5中示出了传统的平面栅极MOSFET的单位单元的剖视结构。单位单元的导通电阻可以受沟道、结型场效应晶体管(JFET)、外延层(漂移区)和基底等的因素的影响。在图6中以曲线图示出了传统的平面栅极MOSFET中的内压的量和电场的分布。如在图6的曲线图中所示，通过传统的平面栅极MOSFET的耗尽层来确定传统的平面栅极MOSFET中的电场的分布，其中，传统的平面栅极MOSFET的耗尽层因当栅极电压等于源极电压时施加到漏极的电压而形成在p主体阱和n-外延层之间。因此，在传统的平面栅极MOSFET中，通常将外延层的掺杂浓度和厚度设置为大于或等于预定的值，以得到期望的电场的分布。结果，难以将外延层的电阻设置为小于或等于预定的值。因电场的分布和电阻之间的关系，可能会对降低外延层的电阻造成限制。已经提出了使用超级结结构来解决这样的问题。在图7和图8中示出了具有超级结结构的半导体装置的示例。图7示出了具有超级结结构的半导体装置的结构的示例的剖视图。图8示出了显示出在图7中示出的半导体装置中的区域A、区域B和区域C之间形成的电场的分布的曲线图。如在图7中所示，超级结结构与典型的MOSFET的栅极和p主体阱结构相似。然而，在超级结半导体装置中，在p主体阱下方在漂移区中可以存在有额外的结构，以得到超级结特性。在典型的MOSFET中，当将电压施加到漏极时，耗尽层沿垂直方向延伸。然而，在具有超级结的半导体装置中，耗尽层沿垂直方向和水平方向延伸，如图8中所示。在这样的装置中，当两个区域的电荷量彼此相等时，n-型区域和p-型区域均被完全耗尽。因此，在垂直方向上不存在净电荷；因此，理论上，电场在垂直方向上是均匀的。因此，如果在具有超级结结构的半导体装置中的柱之间电荷完全平衡，则从半导体装置得到的电场分布与柱的深度成比例；这样的电场分布与典型的MOSFET的电场分布不同。此外，处于漂移区中的n-型柱的掺杂剂浓度可以增加，以得到更低的电阻。已经尝试着通过使用如上所述的超级结结构来得到低的导通电阻和期望的电场分布。然而，在这样的半导体装置中，如果在p-型柱中的掺杂剂量与在n-型柱中的掺杂剂量不同，则可实质上降低击穿电压，如在图9的曲线图中所示。因此，在得到具有超级结结构的半导体装置时，期望一种即使在n-型柱中的掺杂剂量和p-型柱中的掺杂剂量彼此不同时也不实质上降低击穿电压的方法。
技术实现思路
在一个总体方面，提供了一种具有超级结结构的半导体装置。所述半导体装置包括：基底；超级结区域，超级结区域设置在基底上方，超级结区域包括交替地设置的掺杂类型不同的多个柱，超级结区域的所述多个柱中的一个柱具有沿半导体装置的垂直方向从底部至顶部逐渐减小然后逐渐增大的掺杂浓度。总体方面的半导体装置还可以提供：超级结区域包括沿垂直方向从底部至顶部顺序设置的第一区域、第二区域和第三区域，第一掺杂类型的掺杂剂在第一区域和第三区域中居主导地位，第二掺杂类型的掺杂剂在第二区域中居主导地位。总体方面的半导体装置还可以提供：第一掺杂类型的掺杂剂是p型掺杂剂，第二掺杂类型的掺杂剂是n型掺杂剂。总体方面的半导体装置还可以提供：另一示例的超级结区域包括沿半导体装置的水平方向顺序设置的第一掺杂类型的第一柱、第二掺杂类型的第二柱和第一掺杂类型的第三柱。总体方面的半导体装置还可以提供：半导体装置的第一柱和第三柱的掺杂浓度沿垂直方向从底部至顶部逐渐减小然后增大。总体方面的半导体装置还可以提供：第一柱和第三柱的下部区域的电荷量大于第二柱的下部区域的电荷量，第一柱和第三柱的中部区域的电荷量小于第二柱的中部区域的电荷量，第一柱和第三柱的上部区域的电荷量大于第二柱的上部区域的电荷量。总体方面的半导体装置还可以提供：半导体装置的第一掺杂类型的掺杂剂是p型掺杂剂，第二掺杂类型的掺杂剂是n型掺杂剂。总体方面的半导体装置还可以包括：第一掺杂类型的多个主体阱区域，所述多个主体阱区域分别设置在第一柱和第三柱上；第二掺杂类型的多个掺杂区域，所述多个掺杂区域设置在所述多个主体阱区域中；绝缘层，绝缘层设置在所述多个掺杂区域上方并在超级结区域上；栅电极，栅电极形成在绝缘层上；源电极，源电极形成在所述多个主体阱区域上。总体方面的半导体装置还可以提供：半导体装置的基底是n型基底。在另一总体方面，提供了一种制造半导体装置的方法。所述方法包括下述步骤：在基底上方形成超级结区域，其中，掺杂类型不同的多个柱交替地设置在超级结区域中；分别在超级结区域的具有相同的掺杂类型的多个柱上形成第一掺杂类型的多个主体阱区域；在所述多个主体阱区域中形成第二掺杂类型的多个掺杂区域；形成设置在所述多个掺杂区域上方并在超级结区域上的绝缘层；在绝缘层上形成栅电极；在所述多个主体阱区域上形成源电极。超级结区域的所述多个柱中的一个柱具有沿垂直方向从底部至顶部逐渐减小然后逐渐增大的掺杂浓度。总体方面的制造半导体装置的方法还可以提供：将超级结区域形成为包括第一掺杂类型的掺杂剂居主导地位的第一区域、第二掺杂类型的掺杂剂居主导地位的第二区域以及第一掺杂类型的掺杂剂居主导地位的第三区域，第一区域、第二区域和第三区域沿垂直方向从底部开始顺序设置。总体方面的制造半导体装置的方法还可以提供：第一掺杂类型的掺杂剂是p型掺杂剂，第二掺杂类型的掺杂剂是n型掺杂剂。总体方面的制造半导体装置的方法还可以提供：将超级结区域形成为包括沿水平方向顺序设置的第一掺杂类型的第一柱、第二掺杂类型的第二柱以及第一掺杂类型的第三柱。总体方面的制造半导体装置的方法还可以提供：第一柱和第三柱具有沿垂直方向从底部至顶部逐渐减小然后逐渐增大的掺杂浓度。总体方面的制造半导体装置的方法还可以提供：第一柱和第三柱的下部区域的电荷量大于第二柱的下部区域的电荷量，第一柱和第三柱的中部区域的电荷量小于第二柱的中部区域的电荷量，第一柱和第三柱的上部区域的电荷量大于第二柱的上部区域的电荷量。还可以提供一个总体方面的制造半导体装置的方法，其中，第一掺杂类型的掺杂剂是p型掺杂剂，第二掺杂类型的掺杂剂是n型掺杂剂。总体方面的制造半导体装置的方法还可以提供，形成超级结区域的步骤包括：在基底上沉积第二掺杂类型的外延层；在外延层中形成多个槽；在所述多个槽中沉积第一本征硅层，使得第一本征硅层是倾斜的；利用第一掺杂类型的掺杂剂对第一本征硅层执行离子注入工艺；在第一本征硅层上沉积第二本征硅层；利用第一掺杂类型的掺杂剂对第二本征硅层执行离子注入工艺。总体方面的制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，所述半导体装置具有超级结结构，所述半导体装置包括：基底；超级结区域，超级结区域设置在基底上方，超级结区域包括交替地设置的第一掺杂类型柱和第二掺杂类型柱，其中，超级结区域的第一掺杂类型柱中的一个柱具有沿垂直方向从第一掺杂类型柱中的所述一个柱的底部至最低浓度的区域逐渐减小然后至第一掺杂类型柱中的所述一个柱的顶部逐渐增大的掺杂浓度，其中，所述半导体装置的电场的幅度沿垂直方向从第一掺杂类型柱中的所述一个柱的上部区域中的最大幅度的区域至最小幅度的区域逐渐减小并从最小幅度的区域至第一掺杂类型柱中的所述一个柱的下部区域中的最大幅度的区域逐渐增大，使得第一掺杂类型柱中的所述一个柱的上部区域中的最大幅度的区域至最小幅度的区域距离大于最小幅度的区域至下部区域中的最大幅度的区域的距离。

【技术特征摘要】
2011.12.23 KR 10-2011-01418061.一种半导体装置，所述半导体装置具有超级结结构，所述半导体装置包括：基底；超级结区域，超级结区域设置在基底上方，超级结区域包括交替地设置的第一掺杂类型柱和第二掺杂类型柱，其中，超级结区域的第一掺杂类型柱中的一个柱具有沿垂直方向从第一掺杂类型柱中的所述一个柱的底部至最低浓度的区域逐渐减小然后至第一掺杂类型柱中的所述一个柱的顶部逐渐增大的掺杂浓度，其中，所述半导体装置的电场的幅度沿垂直方向从第一掺杂类型柱中的所述一个柱的上部区域中的最大幅度的区域至最小幅度的区域逐渐减小并从最小幅度的区域至第一掺杂类型柱中的所述一个柱的下部区域中的最大幅度的区域逐渐增大，使得第一掺杂类型柱中的所述一个柱的上部区域中的最大幅度的区域至最小幅度的区域距离大于最小幅度的区域至下部区域中的最大幅度的区域的距离。2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，超级结区域包括沿基底的垂直方向从底部至顶部顺序设置的第一区域、第二区域和第三区域，第一区域和第三区域的特性在于第一掺杂类型，第二区域的特性在于第二掺杂类型。3.如权利要求2所述的半导体装置，其中，第一掺杂类型是p-型，第二掺杂类型是n-型。4.如权利要求1所述的半导体装置，其中，第一掺杂类型柱包括第一柱和第三柱、第二掺杂类型柱包括第二柱，第一柱、第二柱和第三柱沿基底的水平方向顺序设置。5.如权利要求4所述的半导体装置，其中，第一柱和第三柱具有沿基底的垂直方向从每个柱的底部至顶部逐渐减小然后逐渐增大的掺杂浓度。6.如权利要求5所述的半导体装置，其中：第一柱和第三柱的下部区域的电荷量大于第二柱的下部区域的电荷量；第一柱和第三柱的中部区域的电荷量小于第二柱的中部区域的电荷量；第一柱和第三柱的上部区域的电荷量大于第二柱的上部区域的电荷量。7.如权利要求5所述的半导体装置，其中，第一掺杂类型是p-型，第二掺杂类型是n-型。8.如权利要求5所述的半导体装置，所述半导体装置还包括：第一掺杂类型的多个阱区域，所述多个阱区域分别设置在第一柱和第三柱上；第二掺杂类型的多个掺杂区域，所述多个掺杂区域设置在所述多个阱区域中；绝缘层，绝缘层设置在所述多个掺杂区域上方并在超级结区域上；栅电极，栅电极形成在绝缘层上；源电极，源电极形成在所述多个阱区域上。9.如权利要求1所述的半导体装置，其中，基底是n-型基底。10.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括下述步骤：在基底上方形成超级结区域，其中，不同掺杂类型的多个柱交替地设置在超级结区域中；分别在超级结区域的具有相同的掺杂类型的多个柱上形成第一掺杂类型的多个阱区域；在所述多个阱区域中形成第二掺杂类型的多个掺杂区域；形成设置在所述多个掺杂区域上方并在超级结区域上的绝缘层；在绝缘层上形成栅电极；在所述多个阱区域上形成源电极，其中，超级结区域的所述多个柱中的一个柱具有沿基底的垂直方向从该柱的底部至最低浓度的区域逐渐减小然后至该柱的顶部逐渐增大的掺杂浓度，超级结区域的所述多个柱中的另一个柱具有沿垂直方向从所述多个柱中的所述另一个柱的顶部至所述多个柱中的所述另一个柱的底部恒定的浓度，其中，超级结区域被形成为包括特性在于第一掺杂类型位的第一区域、特性在于第二掺杂类型的第二区域和特性在于第一掺杂类型的第三区域，其中，第一区域、第二区域和第三区域沿基底的垂直方向从底部顺序设置，其中，所述半导体装置的电场的幅度沿垂直方向从第一掺杂类型柱中的所述一个柱的上部区域中的最大幅度的区域至最小幅度的区域逐渐减小并从最小幅度的区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文秀，全珖延，禹赫，林昌植，
申请(专利权)人：美格纳半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR