一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法，屬于半導(dǎo)體器件的制備方法，制備超結(jié)器件，將超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，測試設(shè)備檢測超結(jié)器件中p柱區(qū)的電荷量和n柱區(qū)中的電荷量，根據(jù)超結(jié)器件中p柱區(qū)的電荷量和n柱區(qū)中的電荷量的變化差，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主或受主雜質(zhì)引入超結(jié)器件，使超結(jié)器件中的p柱區(qū)的電荷量和n柱區(qū)中的電荷量相等。本發(fā)明通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主或受主雜質(zhì)引入超結(jié)器件后，由于在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生了缺陷，故載流子的壽命會大大下降，加快了器件的工作速度。也就是在輻照摻雜的同時(shí)進(jìn)行了壽命控制。
【專利說明】一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制備方法，特別涉及一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超結(jié):(Super Junction)超結(jié)理論的精髓在于電荷平衡原理,或者說電荷互補(bǔ)原理。是將傳統(tǒng)的低摻雜耐壓結(jié)構(gòu)用交替排列的Pn結(jié)構(gòu)代替。器件在關(guān)斷狀態(tài)由于其交替排列的Pn區(qū)域相互耗盡而導(dǎo)致的電荷平衡，使得電場強(qiáng)度在穿越超結(jié)時(shí)基本保持不變，從而提高了器件的耐壓。當(dāng)器件正向?qū)〞r(shí)，由于超結(jié)結(jié)構(gòu)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的摻雜深度，從而使器件的正向?qū)▔航荡蟠笙陆?。電荷平衡是指電荷平衡是指P柱區(qū)和η柱區(qū)中的電荷量相等(Qp=Qn)P柱區(qū)中的電荷量Qp=NaWp,η柱區(qū)中的電荷量Qn=NdWn。電荷平衡也可描述為:NaWp=NdWn。其中Na和Nd是P柱區(qū)和η柱區(qū)的摻雜濃度，Wp和Wn是P柱區(qū)和η柱區(qū)的寬度。相對于電荷平衡而言，電荷不平衡也可描述為:NaWp ^ NdWn。為了便于說明，我們分為兩種情況:①當(dāng)NaWp>NdWn時(shí)受主多于施主；②當(dāng)NaWp〈NdWn時(shí)施主多于受主。
[0003]超結(jié)IGBT (SJ-1GBT):絕緣柵型雙極晶體管的首字母簡稱，一種壓控型功率器件，作為高壓開關(guān)被普遍應(yīng)用。超結(jié)IGBT就是將超結(jié)理念引入到IGBT中，用超結(jié)結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的n-drift區(qū)，這樣可以在不降低器件耐壓等級的情況下，降低器件的動靜態(tài)損耗。
[0004]超結(jié)VDMOS (Coolmos):將超結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)用到傳統(tǒng)的VDMOS中，即構(gòu)成了超結(jié)VDM0S。這種概念的獨(dú)到之處在于不折損器件電壓阻塞能力的情況下η-漂移區(qū)的摻雜濃度可以提高一個(gè)數(shù)量級，彼此耗盡的ρ η區(qū)域內(nèi)將產(chǎn)生橫向的內(nèi)建電場，同時(shí)還存在著源自漏源壓降的縱向電場，電子和空穴在這兩個(gè)方向電場的聯(lián)合驅(qū)使下沿著各自的路徑流向電極。
[0005]半導(dǎo)體嬗變慘雜(nuclear transmutation doping of semiconductor):用一定能量的中子、帶電粒子或Y射線等照射材料，通過選擇的核反應(yīng)在基體中生成原來不存在的新元素，達(dá)到半導(dǎo)體材料的摻雜目的。目前，只有中子嬗變摻雜(NDT)得到了實(shí)際應(yīng)用。此方法的原理是K.拉克一霍羅維茨于1951年提出的。1974年成功地用核反應(yīng)堆熱中子對區(qū)熔硅進(jìn)行核嬗變摻雜，首次生產(chǎn)了商品的中子嬗變摻雜硅。目前中子摻雜硅單晶已成為工業(yè)產(chǎn)品，產(chǎn)量逐年增加。
[0006]超結(jié)器件實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)一方面是在于其結(jié)構(gòu)難以在工藝上實(shí)現(xiàn)。另一方面是但在實(shí)際的制造工藝中很難實(shí)現(xiàn)真正的電荷平衡。然而電荷不平衡對超結(jié)結(jié)構(gòu)的影響非常大。下圖為電荷不平衡對于器件的擊穿電壓的影響。如圖1所示，可以看到，即使不平衡度在5%，對于器件的性能退化已經(jīng)非常嚴(yán)重。
[0007]目前，超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件由于其優(yōu)越的性能發(fā)展很快，但超結(jié)器件工藝實(shí)現(xiàn)比較困難，目前主要應(yīng)用于低壓的功率器件中。傳統(tǒng)的超結(jié)制造工藝為離子注入或刻槽填充。其中離子注入工藝主要包括了高能離子注入和多次外延多次注入兩種方案；刻槽填充工藝主要包括了深反應(yīng)離子刻蝕和多次外延多次刻槽再填充兩種方案。以上的種種方案一方面工藝非常復(fù)雜，從而提高了制造成本。另一方面是摻雜劑量的控制很困難，要制造出電荷平衡的超結(jié)器件非常困難，從而沒有完全發(fā)揮出超結(jié)器件的性能優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的超結(jié)器件的電荷不平衡的問題。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法，控制嬗變摻雜的輻照劑量，將施主或受主雜質(zhì)引入所述超結(jié)器件，使所述超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等。
[0010]進(jìn)一步地，所述控制嬗變摻雜的輻照劑量的方法為:
[0011]把制備的超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，所述測試設(shè)備根據(jù)所述超結(jié)器件的特性變化判斷所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，
[0012]進(jìn)一步地，所述引入超結(jié)器件的方法為:
[0013]通過中子輻射嬗變摻雜或者光致嬗變對所述超結(jié)器件所在的半導(dǎo)體進(jìn)行輻照。
[0014]進(jìn)一步地，所述引入超結(jié)器件的方法為:
[0015]對所述超結(jié)器件的P柱區(qū)引入、對所述超結(jié)器件的η柱區(qū)引入或者對所述超結(jié)器件中的P柱區(qū)和η柱區(qū)部分或全部區(qū)域引入。
[0016]進(jìn)一步地，對所述超結(jié)器件所在的半導(dǎo)體進(jìn)行輻照的方法包括通過掩膜的方式或者直寫的方式。
[0017]進(jìn)一步地，所述使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等的方法為:
[0018]在對所述超結(jié)器件進(jìn)行半導(dǎo)體嬗變摻雜時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量。
[0019]進(jìn)一步地，所述使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等的方法還包括:
[0020]先將所述超結(jié)器件進(jìn)行封裝，然后將封裝后的管子整體半導(dǎo)體嬗變摻雜摻雜，再調(diào)整所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量。
[0021]進(jìn)一步地，所述使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等的方法還包括:
[0022]根據(jù)所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主或受主雜質(zhì)摻雜引入所述超結(jié)器件，待所述超結(jié)器件冷卻后，再次檢測所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，根據(jù)所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，再次通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜或受主雜質(zhì)摻雜引入所述超結(jié)器件，直至使所述超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和N柱區(qū)中的電荷量相
坐寸ο
[0023]進(jìn)一步地，所述超結(jié)器件為超結(jié)二極管、超結(jié)VDMOS或超結(jié)IGBT中的任一一種。
[0024]本發(fā)明提供的一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜引入超結(jié)器件后，由于在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生了缺陷，故載流子的壽命會大大下降，加快了器件的工作速度。也就是在輻照摻雜的同時(shí)進(jìn)行了壽命控制。【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一種超結(jié)器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種局部引入超結(jié)器件的方法示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種局部引入超結(jié)器件的方法示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例4提供的另一種局部引入超結(jié)器件的方法示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例5提供的另一種橫向局部引入超結(jié)器件的方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法，按傳統(tǒng)方法制備超結(jié)器件(參見圖1)，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法，控制嬗變摻雜的輻照劑量，將施主或受主雜質(zhì)引入超結(jié)器件，使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等。
[0029]其中，控制嬗變摻雜的輻照劑量的方法可以為:
[0030]把制備的超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，測試設(shè)備根據(jù)超結(jié)器件的特性變化判斷超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，
[0031]參見圖1，對于傳統(tǒng)超結(jié)器件而言，可為分三部分。分別為正面結(jié)構(gòu)，中間部分，背面結(jié)構(gòu)。中間部分為第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型相間分布的超結(jié)結(jié)構(gòu)主要作為器件的耐壓層，在耐壓區(qū)與集電區(qū)之間可以引入一層高濃度的第二導(dǎo)電類型作為電場阻止層，。正面結(jié)構(gòu)與背面結(jié)溝與傳統(tǒng)的IGBT相似。正面結(jié)構(gòu)是先有第一導(dǎo)電類型的基區(qū)715，內(nèi)部含有第二導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)713。在基區(qū)和發(fā)射區(qū)邊緣部分上面有一個(gè)絕緣體712，內(nèi)部包含著柵極711。當(dāng)柵極711加上電位后可引起柵極711的基區(qū)部分反型，從而可使發(fā)射區(qū)的載流子注入到漂移區(qū)。另有發(fā)射極金屬714同時(shí)與發(fā)射區(qū)713及P-基區(qū)715相連。器件背面結(jié)構(gòu)是由第一導(dǎo)電類型的集電區(qū)719組成，其中，集電區(qū)719上依次為緩沖層718，在緩沖層718上分別由η柱區(qū)716和ρ柱區(qū)717間隔分布。
[0032]根據(jù)電荷平衡理論,P柱區(qū)和η柱區(qū)中的電荷量相等可以表示為Qp=Qn,Qp表示為P柱區(qū)717中的電荷量，其中，Qp=NaWp, Qn表示η柱區(qū)716中的電荷量，其中，Qn=NdWn。電荷平衡也可描述為:NaWp=NdWn。其中Na和Nd分別表示電荷量平衡時(shí)的P柱區(qū)717和η柱區(qū)716的摻雜濃度，Wp和Wn是P柱區(qū)717和η柱區(qū)716的寬度，Na’和Nd’分別表示電荷量不平衡時(shí)的P柱區(qū)717和η柱區(qū)716的摻雜濃度。
[0033]電荷不平衡:相對于電荷平衡而目，電荷不平衡也可描述為:NaWp古NdWn。為了便于說明，我們分為兩種情況:①當(dāng)Na’ Wp>Nd’ Wn時(shí)表示受主多于施主；②當(dāng)Na’ Wp〈Nd’ Wn時(shí)施主多于受主。
[0034]實(shí)施例1:
[0035]先通過傳統(tǒng)的制造工藝制造電平欠平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)，將超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，該測試設(shè)備檢測該超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量， [0036]其中，Na’ Wp>Nd’ Wn，說明ρ柱區(qū)717的電荷量大于η柱區(qū)716的電荷量，將需要摻雜的硅片、芯片或是封裝好的器件放入核反應(yīng)堆，進(jìn)行整體的中子輻照嬗變摻雜摻雜。引入濃度為Nntd的施主雜質(zhì)。這樣，在ρ柱區(qū)由于雜質(zhì)補(bǔ)償，有效濃度減小，在η柱區(qū)雜質(zhì)濃度增加，只要精確控制中子的劑量，就可以達(dá)到平衡(Na’ -Nntd)Wp= (Nd^ +NNTD)Wn。核反應(yīng)堆輻照的中子沒有固定的方向，在整個(gè)器件內(nèi)部都成形成了均勻的嬗變摻雜疊加到原有的摻雜分布里。也可用有固定方向的中子源進(jìn)行整體輻照，可以同時(shí)輻照，也可以掃描輻照，可以從任何方向進(jìn)行輻照。
[0037]實(shí)施例2:
[0038]參見圖2，先通過傳統(tǒng)的制造工藝制造電平欠平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)，將超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，該測試設(shè)備檢測該超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，其中，Na’Wp>Nd’Wn，說明ρ柱區(qū)717的電荷量大于η柱區(qū)716的電荷量，可以利用中子束720對掩膜進(jìn)行局部的嬗變摻雜，輻射區(qū)域?yàn)?22，只在η柱區(qū)716引入濃度為Nntd的嬗變摻雜。輻照吸收材料制作的掩膜721的邊界與第一導(dǎo)電類型區(qū)域717的邊界對應(yīng)。這樣輻照的區(qū)域?yàn)榈诙?dǎo)電類型區(qū)域716全部。通過精確控制輻照的劑量從而達(dá)到電荷平衡，也就是Na’ Wp= (Nd’ +Nntd) Wn。 [0039]實(shí)施例3:
[0040]參見圖3，先通過傳統(tǒng)的制造工藝制造電平欠平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)，將超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，該測試設(shè)備檢測該超結(jié)器件中P柱區(qū)717的電荷量和η柱區(qū)716中的電荷量，其中，Na’Wp>Nd’Wn，說明ρ柱區(qū)717的電荷量大于η柱區(qū)716中的電荷量，可以用中子輻射嬗變摻雜進(jìn)行局部的嬗變摻雜，通過掩膜的方式在N柱區(qū)716的某一部分(寬度為Wn^ ,可以在η柱區(qū)的任何位置)引入濃度為Nntd的嬗變摻雜。其中，輻照吸收材料制作的掩膜721的覆蓋區(qū)域包括第一導(dǎo)電類型區(qū)域717的全部以及第二導(dǎo)電類型區(qū)域716的邊緣部分。這樣輻照的區(qū)域?yàn)榈诙?dǎo)電類型區(qū)域716—部分，其輻射區(qū)域?yàn)?22，720為中子束，通過精確控制輻照的劑量從而達(dá)到電荷平衡，也就是說Na’ Wp=NDj Wn+NNTDWn’。
[0041]實(shí)施例4:
[0042]參見圖4，先通過傳統(tǒng)的制造工藝制造電平欠平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)，將超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，該測試設(shè)備檢測該超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，其中，Na’Wp>Nd’Wn，說明ρ柱區(qū)的電荷量大于η柱區(qū)中的電荷量，可以用中子輻射嬗變摻雜進(jìn)行局部的嬗變摻雜，比如通過掩膜的方式或是直寫的方式只在η柱區(qū)716和ρ柱區(qū)717的某一部分(在η柱區(qū)716的摻雜總寬度為Wn’，在ρ柱區(qū)的摻雜總寬度為Wn”，可以通過單側(cè)的偏離或是兩側(cè)的擴(kuò)展等多種方法實(shí)現(xiàn)以上所述的摻雜布局)引入濃度為Nntd的嬗變摻雜。其中，輻照吸收材料制作的掩膜721的覆蓋區(qū)域包括第一導(dǎo)電類型區(qū)域717的一部分以及第二導(dǎo)電類型區(qū)域716的邊緣的一部分。這樣輻照的區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電區(qū)域的一部分和第二導(dǎo)電類型區(qū)域716 —部分，720為中子束，722為輻射區(qū)域。通過精確控制輻照的劑量從而達(dá)到電荷平衡，也就是Na’ Wp-NNTDWn” =ND’ Wn+NNTDWn’。
[0043]實(shí)施例5:
[0044]參見圖5，先通過傳統(tǒng)的制造工藝制造電平欠平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)，將超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，該測試設(shè)備檢測該超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，其中，NA’ Wp>ND’ Wn，也就是說，ρ柱區(qū)的電荷量大于η柱區(qū)中的電荷量，可以用中子輻射嬗變摻雜進(jìn)行橫向的局部的嬗變摻雜，比如通過掩膜的方式或是直寫的方式只在超結(jié)結(jié)構(gòu)層的全部或某一部分引入濃度為Nntd的嬗變摻雜?？梢栽讦阎鶇^(qū)717和η柱區(qū)716中都引入雜質(zhì)，也可以只在η柱區(qū)716的全部或部分引入雜質(zhì)，還可以在ρ柱區(qū)717的部分與η柱區(qū)716的部分或全部引入雜質(zhì)。其中，輻照吸收材料制作的掩膜721的覆蓋區(qū)域包括器件的正面部分和背面部分，720為中子束，722為輻射區(qū)域。這樣輻照的區(qū)域?yàn)橹虚g的超結(jié)部分。通過精確控制輻照的劑量從而達(dá)到電荷平衡。
[0045]以上五個(gè)具體的實(shí)例是本發(fā)明思想的具體體現(xiàn)。它們共同的思想為:對于Na’Wp>Nd’Wn的超結(jié)結(jié)構(gòu)，也就是說,針對于ρ柱區(qū)的電荷量大于η柱區(qū)中的電荷量的超結(jié)結(jié)構(gòu)，可以引入摻雜總量為Qn=Na’ Wp-NdJ Wn的施主摻雜。這些摻雜可以均勻地引入到整個(gè)半導(dǎo)體中，也可以只引入到超結(jié)結(jié)構(gòu)部分?？梢栽赑柱區(qū)與η柱區(qū)中都引入，也可以只在η柱區(qū)的全部或部分引入，還可以在ρ柱區(qū)的部分與η柱區(qū)的全部或部分引入。一般情況下在P柱區(qū)中引入施主摻雜的話會發(fā)生摻雜的補(bǔ)償效應(yīng)，從而對器件的性能有所減低。
[0046]同理:對于Na’Wp〈Nd’Wn的超結(jié)結(jié)構(gòu)，我們可以引入摻雜總量為Qp=Nd’ Wn-Na’ Wp的受主摻雜?？梢越?jīng)過高能光子嬗變可以形成P型的雜質(zhì)。這些摻雜可以均勻地引入到整個(gè)半導(dǎo)體中，也可以只引入到超結(jié)結(jié)構(gòu)部分。可以在P柱區(qū)與η柱區(qū)中都引入，也可以只在P柱區(qū)的全部或部分引入，還可以在η柱區(qū)的部分與ρ柱區(qū)的全部或部分引入。一般情況下在η柱區(qū)中引入施主摻雜的話會發(fā)生摻雜的補(bǔ)償效應(yīng)，從而對器件的性能有所減低。
[0047]對于其它材料的半導(dǎo)體也可以通過這種思想到制作高度電荷平衡的超結(jié)器件。先得到電荷不平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)，然后通過中子嬗變或是光致嬗變在半導(dǎo)體中通過各種方式全部或部分引入特定劑量的雜質(zhì)，從而形成高度電荷平衡的超結(jié)器件。
[0048]輻射劑量的控制可以通過反饋控制，邊輻照邊檢測器件參數(shù)的變化，通過參數(shù)的變化規(guī)律綜合判斷出所需的輻照劑量?？梢栽诰A出通過探針引出引線接入到測試設(shè)備去檢測部分樣品芯片的參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和N柱區(qū)中的電荷量，同時(shí)，根據(jù)超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量的變化差，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜引入所述超結(jié)器件。
[0049]另外，也可以先將所述超結(jié)器件進(jìn)行封裝，將封裝后的管子整體摻雜，根據(jù)管子的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量的變化差，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜引入超結(jié)器件，通過檢測少數(shù)樣品管的參數(shù)事確實(shí)最優(yōu)的輻照劑量。
[0050]對于某些核反應(yīng)，可能半衰期比較長，可以根據(jù)超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量的變化差，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜引入超結(jié)器件，待超結(jié)器件冷卻后，再次檢測超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，然后再根據(jù)超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量的變化差，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜引入超結(jié)器件，使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等。這樣情況下需要在輻照 冷卻后再進(jìn)行器件參數(shù)測量，宜通過多次輻照，逐漸逼近平衡狀態(tài)。
[0051]在摻雜調(diào)節(jié)過程中，如果由于控制不當(dāng)造成實(shí)際的摻雜劑量多于需要的摻雜劑量，從而又使超結(jié)的電荷向另一個(gè)方向偏離。這時(shí)可以通過另一種輻照，嬗變摻雜形成相反類型的摻雜，對多余的摻雜進(jìn)行補(bǔ)償，從而使其再次達(dá)到電荷平衡狀態(tài)。
[0052]經(jīng)過本發(fā)明的方法后，由于在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生了缺陷，故載流子的壽命會大大下降，加快了器件的工作速度。也就是在輻照摻雜的同時(shí)進(jìn)行了壽命控制。
[0053]本發(fā)明不局限于某一種特定的器件或特定的材料。實(shí)際上所有的超結(jié)器件和所有的材料都可以用本發(fā)明的方法制造出精確的電荷平衡結(jié)構(gòu)。超結(jié)器件為超結(jié)二極管、超結(jié)
VDMOS或超結(jié)IGBT中的任--種。最初的電荷不平衡結(jié)構(gòu)可以是人為提前控制好的，比如
通過控制制造出Na’Wp>Nd’Wn (或是Na’Wp〈Nd’Wn)結(jié)構(gòu)。也可以是本來計(jì)劃要形成電荷平衡的結(jié)構(gòu)，但由于工藝的精度或不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致Na’Wp ^ Nd’Wn，至于Na’Wp>Nd’Wn (或是Na’Wp〈Nd’Wn)都無所謂，或者還不知道施主總量和受主總量哪個(gè)更多。無論是怎么得到的電荷不平衡結(jié)構(gòu)，本發(fā)明都可以通過各種嬗變摻雜使其恢復(fù)電荷平衡。后期的嬗變摻雜可能是在形成不平衡結(jié)構(gòu)的任何階段實(shí)現(xiàn)，可以對硅片摻雜，也可以對已經(jīng)封裝好的芯片進(jìn)行摻雜，還可能在其它階段。由于嬗變摻雜的輻照粒子的穿透性非常強(qiáng)，故從制作出器件后到封裝的任何階段進(jìn)行輻照摻雜。
[0054]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種高度電荷平衡超結(jié)器件的制作方法，其特征在于，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法，控制嬗變摻雜的輻照劑量，將施主或受主雜質(zhì)引入所述超結(jié)器件，使所述超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制嬗變摻雜的輻照劑量的方法為:把制備的超結(jié)器件的一端與測試設(shè)備相連，所述測試設(shè)備根據(jù)所述超結(jié)器件的特性變化判斷所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入超結(jié)器件的方法為: 通過中子輻射嬗變摻雜或者光致嬗變對所述超結(jié)器件所在的半導(dǎo)體進(jìn)行輻照。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入超結(jié)器件的方法為: 對所述超結(jié)器件的P柱區(qū)引入、對所述超結(jié)器件的η柱區(qū)引入或者對所述超結(jié)器件中的P柱區(qū)和η柱區(qū)部分或全部區(qū)域引入。
5.根據(jù)權(quán)利要求3述的方法，其特征在于，對所述超結(jié)器件所在的半導(dǎo)體進(jìn)行輻照的方法包括通過掩膜的方式或者直寫的方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等的方法為: 在對所述超結(jié)器件進(jìn)行半導(dǎo)體嬗變摻雜時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等的方法還包括: 先將所述超結(jié)器件進(jìn)行封裝，然后將封裝后的管子整體半導(dǎo)體嬗變摻雜摻雜，再調(diào)整所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等的方法還包括: 根據(jù)所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主或受主雜質(zhì)摻雜引入所述超結(jié)器件，待所述超結(jié)器件冷卻后，再次檢測所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，根據(jù)所述超結(jié)器件中P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量，再次通過半導(dǎo)體嬗變摻雜方法將一定量的施主摻雜或受主雜質(zhì)摻雜引入所述超結(jié)器件，直至使所述超結(jié)器件中的P柱區(qū)的電荷量和η柱區(qū)中的電荷量相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述超結(jié)器件為超結(jié)二極管、超結(jié)VDMOS或超結(jié)IGBT中的任 種。
【文檔編號】H01L21/261GK103681262SQ201210345433
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月17日
【發(fā)明者】張文亮, 朱陽軍, 王波, 褚為利, 談景飛, 陳宏
申請人:中國科學(xué)院微電子研究所