具有新型终端结构的超结半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有新型终端结构的超结半导体器件及其制造方法，其包括位于半导体基板上的有源区及终端保护区，有源区内包括有源区超结结构，终端保护区内包括终端保护区超结结构；终端保护区超结结构包括第一导电类型第二柱及第二导电类型第二柱，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱在第一导电类型漂移区内规则交替邻接排布，第二导电类型第二柱对应邻近有源区的端部与第二导电类型第二阱区相交叠，以通过第二导电类型第二阱区与第二导电类型第一阱区等电位连接。本发明专利技术耐压特性好，终端保护区面积小，制造工艺简单，能提高半导体器件的集成度，降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件及其制造方法，尤其是一种，属于半导体器件的

技术介绍
具有超结(Super Junction)结构的功率半导体器件包括提供电流流通路径的有源区和确保器件耐压的终端保护区，有源区和终端保护区内均设置有超结结构，超结结构由设置在半导体漂移区内交替邻接排布的P型半导体柱和N型半导体柱所构成，P型半导体柱与N型半导体柱保持电荷平衡，因此，在器件耐压工作时，P型半导体柱与N型半导体柱所产生的耗尽层为器件提供必要的电压耐受层。以超结功率MOSFET器件为例，当器件耐压工作时，器件有源区内的超结结构，由于构成超结结构的两种导电类型柱各自分别与有源区内的阱区和半导体衬底层具有相同导电类型并且对应连通，所述阱区与器件源极相连并保持相等电位，所述半导体衬底层与器件漏极相连并保持相等电位，因此，两种导电类型柱之间的电位差同器件漏极-源极之间的电位差相等；而器件终端保护区内的超结结构，由于与阱区导电类型相同的一组导电类型柱未与或未全部与阱区相连通，即所述这部分未与阱区相连通的导电类型柱为浮置设置，因此，两种导电类型柱之间的电位差小于器件漏极-源极之间的电位差，所以，当器件中的超结结构耗尽时，有源区内的超结结构可以完全充分耗尽，而终端保护区内的部分超结结构无法完全耗尽，从而限制了终端保护区的耐压能力，如图I和图2所示。为了克服这种缺陷，多种办法被提出来，然而都未能从根本上解决这个问题。专利US7665981中，提出逐渐增大终端保护区内超结结构中N型柱宽度的方法来配合终端保护区中的电场变化，进而提高器件的耐压能力，也就是说，终端保护区中的P型柱和N型柱不是电荷平衡的，N型柱应该具有更多的剩余电荷。而在专利US6844592提出，在超结器件的终端保护区的超结结构与有源区的超结结构不同，在终端保护区内P型柱应具有更多的剩余电荷，这种情况下可以有效提高器件终端保护区的耐压。由此可以看出，在终端结构设计上，诸多的设计者不但未能达成一致的方法，甚至得出相反的结论。因此，可以看出常规的超结器件终端区域的设计具有很大的设计难度。在常规的超结器件的终端保护区中，由于其中超结结构的P型柱和N型柱不能充分耗尽，因此为了达到器件的耐压要求，为了降低器件的表面电场，不得不增加器件终端保护区的宽度，因此增加了器件的面积，提高了器件的成本。有人提出使用深沟槽填充绝缘介质的方式作为超结器件的终端保护区，但因为所用深沟槽及介质填充所需的工艺要求较高，并且不与现有的超结器件生产工艺相兼容，需要增加独立的工艺步骤，因此，并未在超结器件上获得广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种，其耐压特性好，终端保护区面积小，制造工艺简单，能提高半导体器件的集成度，降低制造成本。按照本专利技术提供的技术方案，所述具有新型终端结构的超结半导体器件，在所述半导体器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的有源区及终端保护区，所述终端保护区环绕包围有源区；所述终端保护区内设有第二导电类型第二阱区，所述第二导电类型第二阱区与有源区内的第二导电类型第一阱区等电位连接；其创新在于 所述有源区内包括有源区超结结构，终端保护区内包括终端保护区超结结构； 在所述半导体器件的截面上，所述终端保护区超结结构位于半导体基板的第一导电类型漂移区内；终端保护区超结结构包括第一导电类型第二柱及第二导电类型第二柱，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱在第一导电类型漂移区内规则交替邻接排布，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱由半导体基板的第一主面垂直向下在第一导电类型漂移区内延伸；第二导电类型第二柱对应邻近有源区的端部与第二导电类型第二阱区相交叠，以通过第二导电类型第二阱区与第二导电类型第一阱区等电位连接。在所述半导体器件的截面上，有源区超结结构位于半导体基板的第一导电类型漂移区内；有源区超结结构包括第一导电类型第一柱及第二导电类型第一柱，所述第一导电类型第一柱与第二导电类型第一柱在第一导电类型漂移区内规则交替邻接排布，且第二导电类型第一柱与第一导电类型漂移区上部的第二导电类型第一阱区等电位连接；在第二导电类型第一阱区上方设有绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖有源区、终端保护区对应半导体基板的第一主面；在第一主面上方设置若干源极接触孔，在源极接触孔上方淀积源极金属，所述源极金属覆盖在绝缘介质层与有源区对应的表面上，并填充在源极接触孔内，源极金属与第一导电类型漂移区内的第二导电类型第一阱区欧姆接触；源极金属通过第二导电类型第一阱区与终端保护区内的第二导电类型第二阱区电连接。在所述半导体器件的截面上，所述有源区内的第二导电类型第一阱区与终端保护区内的第二导电类型第二阱区为同一制造层，第二导电类型第二阱区与有源区最外侧的第二导电类型第一阱区接触后相互连通，以使得第二导电类型第二阱区与第二导电类型第一阱区等电位连接。在所述半导体器件的俯视平面上，终端保护区内第二导电类型第二柱对应远离有源区的端部与第二导电类型第二阱区不交叠，且第二导电类型第二柱与第二导电类型第二阱区不交叠部分，在由有源区指向终端保护区的方向上延伸距离不小于第二导电类型第二柱在由半导体基板第一主面垂直向下在第一导电类型漂移区内延伸的距离。在所述半导体器件的截面上，所述有源区内任意有源区超结结构的深度及宽度均相同。在所述半导体器件的截面上，所述有源区包括平面型MOS结构或沟槽型MOS结构。所述有源区内第二导电类型第一柱的宽度与第一导电类型第一柱宽度的比值与终端保护区内第二导电类型第二柱的宽度与第一导电类型第二柱宽度的比值相等。一种具有新型终端结构的超结半导体器件制造方法，所述超结半导体器件的制造方法包括如下步骤 a、提供具有两个相对主面的第一导电类型半导体基板，所述主面包括第一主面和第二主面，所述第一主面与第二主面之间包括第一导电类型漂移区和第一导电类型衬底层；b、在所述半导体基板的第一主面上淀积硬掩膜层； C、选择性地掩蔽和刻蚀硬掩膜层，形成多个沟槽刻蚀的硬掩膜窗口 ； d、通过上述硬掩膜窗口，利用各项异性刻蚀方法在第一主面上刻蚀出多个深沟槽，所述深沟槽在第一导电类型漂移区内从第一主面垂直向下延伸； e、去除上述硬掩膜层，并在第一主面上淀积第二导电类型外延层，所述第二导电类型外延层填充在上述深沟槽内； f、对覆盖在第一主面上的第二导电类型外延层进行抛光和平坦化，去除第一主面上的第二导电类型外延层，以在半导体基板内形成若干所需规则排布交替分布的超结结构； g、在上述第一主面上，通过常规半导体工艺得到半导体器件对应的有源区与终端保护区，所述有源区包括平面型MOS结构或沟槽型MOS结构。所述硬掩膜层为LPTE0S、热氧化二氧化硅加化学气相沉积二氧化硅或热二氧化硅加氮化硅。所述步骤g中，通过常规半导体工艺得到半导体器件对应的有源区与终端保护区后，同时得到位于有源区内的有源区超结结构及位于终端保护区内的终端保护区超结结构；所述终端保护区超结结构位于半导体基板的第一导电类型漂移区内；终端保护区超结结构包括第一导电类型第二柱及第二导电类型第二柱，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱在第一导电类型漂移区内规则交替邻接排布，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱由半导体基板的第一主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有新型终端结构的超结半导体器件，在所述半导体器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的有源区及终端保护区，所述终端保护区环绕包围有源区；所述终端保护区内设有第二导电类型第二阱区，所述第二导电类型第二阱区与有源区内的第二导电类型第一阱区等电位连接；其特征是 所述有源区内包括有源区超结结构，终端保护区内包括终端保护区超结结构； 在所述半导体器件的截面上，所述终端保护区超结结构位于半导体基板的第一导电类型漂移区内；终端保护区超结结构包括第一导电类型第二柱及第二导电类型第二柱，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱在第一导电类型漂移区内规则交替邻接排布，第一导电类型第二柱与第二导电类型第二柱由半导体基板的第一主面垂直向下在第一导电类型漂移区内延伸；第二导电类型第二柱对应邻近有源区的端部与第二导电类型第二阱区相交叠，以通过第二导电类型第二阱区与第二导电类型第一阱区等电位连接。2.根据权利要求I所述的具有新型终端结构的超结半导体器件，其特征是在所述半导体器件的截面上，有源区超结结构位于半导体基板的第一导电类型漂移区内；有源区超结结构包括第一导电类型第一柱及第二导电类型第一柱，所述第一导电类型第一柱与第二导电类型第一柱在第一导电类型漂移区内规则交替邻接排布，且第二导电类型第一柱与第一导电类型漂移区上部的第二导电类型第一阱区等电位连接；在第二导电类型第一阱区上方设有绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖有源区、终端保护区对应半导体基板的第一主面；在第一主面上方设置若干源极接触孔，在源极接触孔上方淀积源极金属，所述源极金属覆盖在绝缘介质层与有源区对应的表面上，并填充在源极接触孔内，源极金属与第一导电类型漂移区内的第二导电类型第一阱区欧姆接触；源极金属通过第二导电类型第一阱区与终端保护区内的第二导电类型第二阱区电连接。3.根据权利要求I所述的具有新型终端结构的超结半导体器件，其特征是在所述半导体器件的截面上，所述有源区内的第二导电类型第一阱区与终端保护区内的第二导电类型第二阱区为同一制造层，第二导电类型第二阱区与有源区最外侧的第二导电类型第一阱区接触后相互连通，以使得第二导电类型第二阱区与第二导电类型第一阱区等电位连接。4.根据权利要求I所述的具有新型终端结构的超结半导体器件，其特征是在所述半导体器件的俯视平面上，终端保护区内第二导电类型第二柱对应远离有源区的端部与第二导电类型第二阱区不交叠，且第二导电类型第二柱与第二导电类型第二阱区不交叠部分，在由有源区指向终端保护区的方向上延伸距离不小于第二导电类型第二柱在由半导体基板第一主面垂直向下在第一导电类型漂移区内延伸的距离。5.根据权利要求I...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，李宗青，叶鹏，
申请(专利权)人：无锡新洁能功率半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：