超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法技术

本发明专利技术公开了一种超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，包括：步骤一、得到不同深度的N型柱和P型柱的第一和第二电阻修正系数；步骤二、测量晶圆上不同位置处的超结单元的N型柱和P型柱对应的第一和第二导通电阻；步骤三、计算各位置处的超结单元的电荷平衡状态，包括：将第一导通电阻乘以第一电阻修正系数得到第一修正导通电阻，第二导通电阻乘以第二电阻修正系数得到第二修正导通电阻；将第一和第二修正导通电阻分别取倒数并归一化；将归一化后的第二修正电导除以归一化后的第一修正电导得到超结单元的电荷平衡状态。本发明专利技术能够定量分析超结结构的面内电荷匹配情况。够定量分析超结结构的面内电荷匹配情况。够定量分析超结结构的面内电荷匹配情况。

【技术实现步骤摘要】
超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法。

技术介绍

[0002]超结产品是一种利用PN电荷平衡的体内降低表面电场(Resurf)技术来提升器件反向击穿(BV)的同时又保持较小的导通电阻的MOSFET结构。PN间隔的柱(Pillar)结构是超结的最大特点。目前制作PN间隔的pillar结构主要有两种方法，一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，另一种是通过深沟槽刻蚀以及EPI填充的方式来制作。
[0003]在通过深沟槽刻蚀及填充工艺方案来制作超结器件时，由于器件反向击穿电压对于P型区和N型区的总掺杂量匹配非常敏感，所以精确控制两个区域的掺杂总量是非常关键的。但是在实际工艺中，由于光刻以及刻蚀带来的沟槽(Trench，TH)开口尺寸和角度总是存在面内差异，所以P型区域和N型区域总是难以在面内同时达到最佳匹配，从而导致晶圆测试(CP)中较差的反向击穿电压面内分布。
[0004]超结结构开发的一项重要工作就是改善PN电荷平衡面内匹配关系，手段主要两个方面，一是改善光刻，改善硬质掩膜层(HM)刻蚀，改善TH刻蚀等刻蚀形成工艺，尽量保证刻蚀形貌和体积面内分布均匀；二是改善外延(EPI)填充的总浓度分布来匹配已有的沟槽体积形貌面内分布状态。从而达到PN匹配状态尽量同步，保证BV及EAS等器件性能达标，其中EAS能力在欠匹配时会快速变差。
[0005]如何有效评价改善方案，对于选择开发方向和工艺方案非常重要。一般是选择最终BV作为评判依据。但是BV作为判据，干扰因素和限制比较多。BV只有在拉偏顶点附近具有判断力，而且受设计因素影响，即使同一套工艺不同设计评判结果有差异，还有BV的测不准因素存在作为工艺判据相对来说不是很直接，另BV与匹配状态是抛物线关系，同一BV值即可能是过匹配，也可能是欠匹配，对于判断都造成干扰。
[0006]如图1A所示，是现有体积较大的超结结构的结构示意图；在半导体衬底101上形成有N型外延层102，在N型外延层102中形成有通过沟槽填充形成的P型柱103a。
[0007]如图1B所示，是和图1A的超结结构形成于同一半导体衬底上的体积较小的超结结构的结构示意图；图1B中的P型柱单独用标记103b标出。P型柱103a和103b都形成于半导体衬底101上，但是二者位于所述半导体衬底101的不同位置上，这使得二者的体积会不一样，二者对应的超结单元的PN失配参数也会不一样。
[0008]如图2所示，是现有超结结构的击穿电压随PN失配的变化曲线104，可以看出曲线104为抛物线，图1A对应的超结单元为过匹配即P型柱103a的P型掺杂量会大于N型柱102的N型掺杂量，击穿电压会位于顶点右侧的虚线圈105a的位置处。图1B对应的超结单元为欠匹配即P型柱103b的P型掺杂量会小于N型柱102的N型掺杂量，击穿电压会位于顶点左侧的虚线圈105b的位置处。所以，从曲线104可以看出，通过击穿电压并不能判断超结单元的PN匹配情形，因为同一击穿电压会同时对应于过匹配和欠匹配的情形。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，能够定量分析超结结构的面内电荷匹配情况。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法包括如下步骤：
[0011]步骤一、得到超结结构中不同深度的N型柱的第一电阻修正系数以及不同深度的P型柱的第二电阻修正系数。
[0012]所述超结结构的P型柱通过填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型柱由位于所述P型柱之间的所述N型外延层组成。
[0013]所述N型外延层形成于半导体衬底上，在所述半导体衬底上具有多个沟槽，各所述沟槽采用相同的工艺同时形成，由于工艺偏差使得所述半导体衬底上的各所述沟槽的深度不均匀。
[0014]由一个所述N型柱和邻近的一个所述P型柱组成一个超结单元，所述超结单元的所述N型柱的深度和所述P型柱的深度都为所述超结单元处的所述沟槽的深度。
[0015]所述第一电阻修正系数使所述N型柱的第一导通电阻修正为第一修正导通电阻，所述第一修正导通电阻为保持所述N型柱的电荷分布的条件下将所述N型柱的深度调整为第一参考深度时的导通电阻。
[0016]所述第二电阻修正系数使所述P型柱的第二导通电阻修正为第二修正导通电阻，所述第二修正导通电阻为保持所述P型柱的电荷分布的条件下将所述P型柱的深度调整为所述第一参考深度时的导通电阻。
[0017]步骤二、测量所述晶圆上不同位置处的所述超结单元的所述N型柱的第一导通电阻以及所述P型柱的第二导通电阻。
[0018]步骤三、计算各位置处的所述超结单元的电荷平衡状态并从而形成超结器件的面内电荷平衡状态分布，各位置处的所述超结单元的电荷平衡状态的计算步骤包括：
[0019]将所述第一导通电阻乘以所述超结单元的深度对应的所述第一电阻修正系数得到所述第一修正导通电阻，将所述第二导通电阻乘以所述超结单元的深度对应的所述第二电阻修正系数得到所述第二修正导通电阻。
[0020]将所述第一修正导通电阻取倒数形成第一修正电导并进行归一化，将所述第二修正导通电阻取倒数形成第二修正电导并进行归一化。
[0021]将归一化后的所述第二修正电导除以归一化后的所述第一修正电导得到所述超结单元的电荷平衡状态。
[0022]进一步的改进是，步骤一中还包括将各深度对应的所述第一电阻修正系数除以所述第二电阻修正系数以得到第三电阻修正系数。
[0023]步骤三的各位置处的所述超结单元的电荷平衡状态的计算步骤修改为：
[0024]将所述第一导通电阻取倒数形成第一电导并进行归一化，将所述第二导通电阻取倒数形成第二电导并进行归一化。
[0025]将归一化后的所述第二电导除以归一化后的所述第一电导之后再乘以所述第三电阻修正系数得到所述超结单元的电荷平衡状态。
[0026]进一步的改进是，所述半导体衬底包括硅衬底。
[0027]进一步的改进是，所述半导体衬底呈晶圆结构。
[0028]进一步的改进是，所述沟槽的深度在所述半导体衬底上的分布结构包括：
[0029]在所述半导体衬底的中间区域具有均匀的第一深度。
[0030]从所述半导体衬底的中间区域的边缘到晶圆的边缘的方向上所述沟槽的深度逐渐增加。
[0031]进一步的改进是，将所述第一参考深度设置为所述第一深度。
[0032]进一步的改进是，步骤三中的归一化都为向所述中间区域进行归一化。
[0033]进一步的改进是，得到所述第一电阻修正系数的步骤包括：
[0034]所述N型柱的深度越深所述第一导通电阻越大，计算出以所述N型柱的深度和所述第一深度的第一深度差值为厚度的所述N型柱的延伸部分的第一改变电阻。
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、得到超结结构中不同深度的N型柱的第一电阻修正系数以及不同深度的P型柱的第二电阻修正系数；所述超结结构的P型柱通过填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型柱由位于所述P型柱之间的所述N型外延层组成；所述N型外延层形成于半导体衬底上，在所述半导体衬底上具有多个沟槽，各所述沟槽采用相同的工艺同时形成，由于工艺偏差使得所述半导体衬底上的各所述沟槽的深度不均匀；由一个所述N型柱和邻近的一个所述P型柱组成一个超结单元，所述超结单元的所述N型柱的深度和所述P型柱的深度都为所述超结单元处的所述沟槽的深度；所述第一电阻修正系数使所述N型柱的第一导通电阻修正为第一修正导通电阻，所述第一修正导通电阻为保持所述N型柱的电荷分布的条件下将所述N型柱的深度调整为第一参考深度时的导通电阻；所述第二电阻修正系数使所述P型柱的第二导通电阻修正为第二修正导通电阻，所述第二修正导通电阻为保持所述P型柱的电荷分布的条件下将所述P型柱的深度调整为所述第一参考深度时的导通电阻；步骤二、测量所述晶圆上不同位置处的所述超结单元的所述N型柱的第一导通电阻以及所述P型柱的第二导通电阻；步骤三、计算各位置处的所述超结单元的电荷平衡状态并从而形成超结器件的面内电荷平衡状态分布，各位置处的所述超结单元的电荷平衡状态的计算步骤包括：将所述第一导通电阻乘以所述超结单元的深度对应的所述第一电阻修正系数得到所述第一修正导通电阻，将所述第二导通电阻乘以所述超结单元的深度对应的所述第二电阻修正系数得到所述第二修正导通电阻；将所述第一修正导通电阻取倒数形成第一修正电导并进行归一化，将所述第二修正导通电阻取倒数形成第二修正电导并进行归一化；将归一化后的所述第二修正电导除以归一化后的所述第一修正电导得到所述超结单元的电荷平衡状态。2.如权利要求1所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：步骤一中还包括将各深度对应的所述第一电阻修正系数除以所述第二电阻修正系数以得到第三电阻修正系数；步骤三的各位置处的所述超结单元的电荷平衡状态的计算步骤修改为：将所述第一导通电阻取倒数形成第一电导并进行归一化，将所述第二导通电阻取倒数形成第二电导并进行归一化；将归一化后的所述第二电导除以归一化后的所述第一电导之后再乘以所述第三电阻修正系数得到所述超结单元的电荷平衡状态。3.如权利要求1或2所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：所述半导体衬底包括硅衬底。4.如权利要求3所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：所述半导体衬底呈晶圆结构。
5.如权利要求4所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：所述沟槽的深度在所述半导体衬底上的分布结构包括：在所述半导体衬底的中间区域具有均匀的第一深度；从所述半导体衬底的中间区域的边缘到晶圆的边缘的方向上所述沟槽的深度逐渐增加。6.如权利要求5所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：将所述第一参考深度设置为所述第一深度。7.如权利要求6所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：步骤三中的归一化都为向所述中间区域进行归一化。8.如权利要求6所述的超结器件的面内电荷平衡状态分布的判断方法，其特征在于：得到所述第一电阻修正系数的步骤包括：所述N型柱的深度越深所述第一导通电阻越大，计算出以所述N型柱的深度和所述第一深度的第一深度差值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：