功率器件制造技术

功率器件，包括有源区域和包围有源区域的终端区域。第一和第二导电类型的多个导柱在有源区域和终端区域的每一个中交替布置。有源区域和终端区域中的第一导电类型的导柱具有基本上相同的宽度，而有源区域中的第二导电类型的导柱具有比终端区域中的第二导电类型的导柱更小的宽度，使得有源区域和终端区域的每一个中的电荷平衡状态导致终端区域中的击穿电压比有源区域中的击穿电压更高。

【技术实现步骤摘要】
功率器件本申请是申请日为2008年9月19日、申请号为200880117046.4(对应PCT申请的申请号为PCT/US2008/077118)且专利技术名称为“用于功率器件的超结结构及制造方法”的中国专利申请的分案申请。相关申请的引用本申请要求2007年9月21日提交的美国临时申请第60/974,433号的权益，其内容为了所有目的而整体结合于此以供参考。
本专利技术通常涉及半导体技术，尤其涉及改进的功率半导体器件(例如，晶体管和二极管)的各种实施方式及其制造方法。
技术介绍
功率电子应用中的关键部件是固态开关。从车辆应用中的点火控制到电池供电的消费者电子器件，到工业应用中的功率变流器，需要最佳地符合特定应用的要求的功率开关。固态开关包括，例如，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和各种类型的继续发展成符合此要求的半导体闸流管。在功率MOSFET的情况中，与许多其它技术一起，已开发了以下技术，例如，具有侧通道的双扩散结构(DMOS)(例如，授予Blanchard等人的美国专利第4,682,405号)、沟槽栅极结构(例如，授予Mo等人的美国专利第6,429,481号)、以及各种用于晶体管漂移区域中的电荷平衡的技术（例如，授予Temple的美国专利第4,941,026号、授予Chen的美国专利第5,216,275号和授予Neilson的美国专利第6,081,009号），以应对不同的并通常竞争性的性能需求。功率开关的部分规定性能特性是其导通电阻、击穿电压和开关速度。根据具体应用的需求，将不同的重点放在这些性能标准的每一个上面。例如，对于大于约300至400伏的电力应用，与功率MOSFET相比，IGBT表现出固有的较低的导通电阻，但是其开关速度由于其较慢的关闭特性而较低。因此，对于具有要求低导通电阻的低开关频率的大于400伏的应用，IGBT是优选开关，而功率MOSFET通常是为相对较高的频率应用选择的器件。如果所给定应用的频率需求规定所使用的开关的类型，则电压需求确定具体开关的结构组成。例如，在功率MOSFET的情况中，由于漏极-至-源极导通电阻RDSon和击穿电压之间的比例关系，在保持低RDSon的同时改进晶体管的电压性能提出挑战。已开发晶体管漂移区域中的各种电荷平衡结构，以用不同的成功度来应对此挑战。器件性能参数也被制造过程和芯片封装所影响。已尝试通过开发各种改进的处理和封装技术来应对部分这些挑战。不管其是超便携消费者电子器件还是通信系统中的路由器和集线器，功率开关的各种应用始终随着电子工业的扩展而增长。因此，功率开关仍是具有较高开发潜力的半导体器件。
技术实现思路
根据本专利技术的一种实施方式，功率器件包括有源区域和包围有源区域的终端区域（terminationregion）、以及在有源区域和终端区域的每一个中交替布置的第一和第二导电类型（传导类型）的多个导柱（柱，pillar），其中，有源区域和终端区域中的第一导电类型的导柱具有基本上相同的宽度，而有源区域中的第二导电类型的导柱具有比终端区域中的第二导电类型的导柱更小的宽度，使得有源区域和终端区域的每一个中的电荷平衡状态导致终端区域中的击穿电压比有源区域中的击穿电压更高。在一个变型中，第一导电类型是P型，而第二导电类型是N型。在另一变型中，第一导电类型是N型，而第二导电类型是P型。在另一变型中，第一导电类型的每一个导柱包括用P型硅基本上填充的沟槽，该沟槽通过形成第二导电类型的导柱的N型区域而彼此隔开。在另一变型中，有源区域中的第一导电类型的导柱具有与终端区域中的第一导电类型的导柱基本上相同的掺杂分布。在另一变型中，有源区域包括在有源区域中的第二导电类型的至少一个导柱上方延伸的平面栅极结构。在另一变型中，有源区域包括在有源区域中的第二导电类型的至少一个导柱内延伸至预定深度的沟槽栅极结构。在另一变型中，有源区域不包括在有源区域中的第二导电类型的任何导柱上方延伸的栅极结构。在另一变型中，有源区域中的第一导电类型的导柱是条形（stripe-shaped）的，而终端区域中的第一导电类型的多个导柱以同心方式包围有源区域。在另一变型中，有源区域和终端区域中的第一导电类型的多个导柱是同心的。在另一变型中，第一导电类型的多个导柱具有是有源导柱的延伸部的终端导柱，而另外多个终端导柱平行于有源区域。根据本专利技术的另一种实施方式，功率器件包括有源区域、过渡区域（transitionregion）、和包围有源区域与过渡区域的终端区域、以及在有源区域和终端区域的每一个中交替布置的第一和第二导电类型的多个导柱，过渡区域在有源区域和终端区域之间具有第一导电类型的至少一个导柱和第二导电类型的至少一个导柱，有源区域中的第一导电类型的多个导柱连接至源极端子（源极终端，sourceterminal），终端区域中的第一导电类型的多个导柱浮动（floating），并且过渡区域中的第一导电类型的至少一个导柱通过第一导电的桥接扩散（bridgingdiffusion）连接至源极端子，该第一导电的桥接扩散将过渡区域中的第一导电类型的至少一个导柱连接至有源区域中的第一导电类型的多个导柱中的一个，其中，桥接扩散穿过第二导电类型的至少一个导柱的宽度延伸，有源区域和终端区域中的第一导电类型的导柱和过渡区域中的第一导电类型的至少一个导柱都具有基本上相同的宽度，并且有源区域中的第二导电类型的导柱具有比过渡区域中的第二导电类型的至少一个导柱的宽度更小的宽度，使得有源区域和过渡区域的每一个中的电荷平衡状态导致过渡区域中的击穿电压比有源区域中的击穿电压更高。在一个变型中，有源区域中的第二导电类型的导柱具有比终端区域中的第二导电类型的多个导柱的宽度更小的宽度，使得有源区域和终端区域的每一个中的电荷平衡状态导致终端区域中的击穿电压比有源区域中的击穿电压更高。在另一变型中，有源区域包括第一导电类型的本体区域（bodyregion）、和在本体区域中的第二导电类型的源极区域，其中桥接扩散比本体区域延伸更深。在另一变型中，桥接扩散和本体区域具有基本上相似的掺杂浓度。在另一变型中，有源区域包括第一导电类型的本体区域、和在本体区域中的第二导电类型的源极区域，其中桥接扩散比本体区域延伸至更浅的深度。在另一变型中，桥接扩散具有比本体区域更低的掺杂浓度。在另一变型中，第一导电类型是P型，而第二导电类型是N型。在另一变型中，第一导电类型是N型，而第二导电类型是P型。在另一变型中，第一导电类型的每一个导柱包括用P型硅基本上填充的沟槽，该沟槽通过形成第二导电类型的导柱的N型区域而彼此隔开。在另一变型中，有源区域和终端区域中的第一导电类型的导柱和过渡区域中的第一导电类型的至少一个导柱都具有基本上相同的掺杂分布。在另一变型中，有源区域包括在有源区域中的第二导电类型的至少一个导柱上方延伸的平面栅极结构。在另一变型中，有源区域包括在有源区域中的第二导电类型的至少一个导柱内延伸至预定深度的沟槽栅极结构。在另一变型中，有源区域不包括在有源区域中的第二导电类型的任何导柱上方延伸的栅极结构。在另一变型中，有源区域中的第一导电类型的多个导柱和过渡区域中的第一导电类型的至少一个导柱是条形的，并且，终端区域中的第一导电类型的多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2007.09.21 US 60/974,4331.一种功率器件，包括：有源区域，所述有源区域具有第一导电类型的多个导柱，这些第一导电类型的多个导柱与第二导电类型的多个导柱交替布置，所述有源区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的每个均具有相同的宽度；终端区域，所述终端区域包围所述有源区域的至少一部分，并且所述终端区域具有第一导电类型的多个导柱，这些第一导电类型的多个导柱与第二导电类型的多个导柱交替布置，所述终端区域中的第二导电类型的所述多个导柱中的每个均具有相同的宽度，并且所述有源区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的每个的宽度比所述终端区域中的所述第二导电类型的每个所述导柱的宽度小，使得所述有源区域和所述终端区域的每一个中的电荷平衡状态导致所述终端区域中的击穿电压比所述有源区域中的击穿电压更高；以及过渡区域，所述过渡区域设置在所述有源区域与所述终端区域之间，所述过渡区域具有第一导电类型的多个导柱，这些第一导电类型的多个导柱与第二导电类型的多个导柱交替布置，所述过渡区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的每个具有的宽度比所述终端区域中的所述第二导电类型的每个所述导柱的宽度大，使得所述有源区域和所述过渡区域的每一个中的电荷平衡状态导致所述过渡区域中的击穿电压比所述有源区域的击穿电压高，所述过渡区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的每个均具有相同的宽度。2.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述过渡区域包括第一导电类型的桥接扩散，所述第一导电类型的桥接扩散将所述过渡区域中的所述第一导电类型的所述导柱中的至少两个电耦接至所述有源区域中的所述第一导电类型的所述导柱中的至少一个，所述终端区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个具有顶部部分，所述顶部部分具有的扩散环比所述第一导电类型的桥接扩散浅。3.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述有源区域包括在所述有源区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的至少一个内延伸至预定深度的沟槽栅极结构。4.根据权利要求1所述的功率器件，其中，来自所述有源区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱的每个导柱是条形的，而来自所述终端区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱的每个导柱以同心的方式包围所述有源区域。5.根据权利要求1所述的功率器件，进一步包括：不平衡区域，所述不平衡区域位于所述有源区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个的底部部分处，所述不平衡区域延伸至所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个的深度以下的一深度。6.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述有源区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱具有与所述终端区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱相同的掺杂分布。7.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个具有底部部分，所述底部部分设置在第一外延层中并设置在第二外延层上方，所述功率器件进一步包括：不平衡区域，所述不平衡区域位于所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个的所述底部部分处。8.根据权利要求7所述的功率器件，其中，所述不平衡区域延伸至所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个的深度以下的一深度。9.根据权利要求7所述的功率器件，其中，所述不平衡区域具有的宽度比所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个的宽度大。10.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个具有第一部分和第二部分，所述第一部分设置在第一外延层中，所述第二部分设置在第二外延层中，所述功率器件进一步包括：不平衡区域，所述不平衡区域位于所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个的底部部分处。11.根据权利要求10所述的功率器件，其中，所述不平衡区域为所述第二导电类型。12.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述终端区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱中的至少一个具有顶部部分，所述顶部部分具有的扩散环比包括在所述有源区域中的P-阱浅。13.根据权利要求1所述的功率器件，进一步包括：扩散环，所述扩散环耦接至所述终端区域中的所述第一导电类型的所述多个导柱中的两个导柱中的每个的顶部部分；以及P-阱，所述P-阱包括在所述有源区域中并且与平面栅极结构相关联，所述扩散环比所述P-阱浅。14.一种功率器件，包括：有源区域，所述有源区域具有第一导电类型的多个导柱，这些第一导电类型的多个导柱与第二导电类型的多个导柱交替布置，所述有源区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的每个均具有相同的宽度；终端区域，所述终端区域包围所述有源区域的至少一部分，并且所述终端区域具有第一导电类型的多个导柱，这些第一导电类型的多个导柱与第二导电类型的多个导柱交替布置，所述终端区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的每个均具有相同的宽度，所述有源区域中的所述第二导电类型的所述多个导柱中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·A·叶季纳科，李在吉，张浩铁，尹钟晩，普拉韦恩·穆拉利德哈伦·谢诺，克里斯托夫·L·雷克塞尔，金昌郁，李宗宪，詹森·M·希格斯，德韦恩·S·赖希尔，乔尔勒·夏普，王琦，金龙燮，李廷吉，马克·L·赖尼希默，郑镇营，
申请(专利权)人：飞兆半导体公司，
类型：发明
国别省市：