超級結(jié)mosfet器件的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及超級結(jié)MOSFET器件的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]VDM0SFET (垂直雙擴(kuò)散MOS晶體管)可以采用減薄漏端漂移區(qū)的厚度來減小導(dǎo)通電阻，然而，減薄漏端漂移區(qū)的厚度就會降低器件的擊穿電壓，因此在VDMOS中，提高器件的擊穿電壓與減小器件的導(dǎo)通電阻是一對矛盾。
[0003]超級結(jié)MOSFET采用了新的耐壓層結(jié)構(gòu)，利用一系列交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層，在較低的反向電壓下將P型、N型區(qū)耗盡，實現(xiàn)電荷相互補償，從而使P型、N型區(qū)在高摻雜濃度下能實現(xiàn)高的擊穿電壓，這樣就可以同時獲得低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓，打破傳統(tǒng)功率MOSFET的理論極限。
[0004]但是，超級結(jié)MOSFET的摻雜濃度的穩(wěn)定性控制比較困難。通常情況下，器件的有源區(qū)和終端區(qū)的P/N寬度比一致，有源區(qū)和終端區(qū)的擊穿電壓分布也一致(見圖1)，器件的擊穿電壓取決于其中一個的擊穿電壓，即為t3到tl，這導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱牟▌颖容^大，器件的穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種超級結(jié)MOSFET器件的結(jié)構(gòu)，它可以提高擊穿電壓的均勻性，降低擊穿電壓的極差。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的超級結(jié)MOSFET器件的結(jié)構(gòu)，其有源區(qū)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比S1、終端區(qū)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比S2、有源區(qū)和終端區(qū)的第一半導(dǎo)體層摻雜濃度m、有源區(qū)和終端區(qū)的第二半導(dǎo)體層摻雜濃度n，滿足條件:0<l-Slm/n 彡 0.1 且-0.1 彡 l_S2m/n〈0 ;或者-0.1 ( l_Slm/n〈0 且 0〈l_S2m/n 彡 0.1。
[0007]本發(fā)明通過對有源區(qū)和終端區(qū)的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比和摻雜濃度比進(jìn)行合理地設(shè)計，使有源區(qū)的擊穿電壓分布和終端區(qū)的擊穿電壓分布在一定的差異范圍內(nèi)，降低了擊穿電壓的極差，提高了擊穿電壓的均勻性和超級結(jié)MOSFET器件的一致性。
【附圖說明】
[0008]圖1是傳統(tǒng)超級結(jié)結(jié)構(gòu)的有源區(qū)和終端區(qū)擊穿電壓分布圖。
[0009]圖2-5是本發(fā)明實施例的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的形成工藝流程示意圖。其中，圖5是本發(fā)明實施例制作的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
[0010]圖6是本發(fā)明實施例的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的有源區(qū)和終端區(qū)擊穿電壓分布曲線圖。
[0011]圖中附圖標(biāo)記說明如下:
[0012]1:半導(dǎo)體基底
[0013]2:第一半導(dǎo)體層
[0014]3:第二半導(dǎo)體層
[0015]4:第一電極
[0016]5:第二電極
[0017]6:源極區(qū)
[0018]7:基極區(qū)
[0019]8:金屬前介質(zhì)層
[0020]9:柵極
[0021]10:柵極介質(zhì)層
【具體實施方式】
[0022]為對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實施方式，詳述如下:
[0023]請參見圖2-5所示，本發(fā)明的超級結(jié)MOSFET器件，其具體制作工藝步驟為:
[0024]步驟I，在半導(dǎo)體基底上生長一層厚度為10?100微米的第一半導(dǎo)體層，如圖2所不，并在第一半導(dǎo)體層上生長一層介質(zhì)膜(圖中未畫出)。
[0025]第一半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體基底具有第一摻雜類型。典型的第一半導(dǎo)體層為N型硅外延層，典型的半導(dǎo)體基底為N型硅基底。第一半導(dǎo)體層的摻雜濃度設(shè)定為m。半導(dǎo)體基底的載流子濃度大于第一半導(dǎo)體層。
[0026]介質(zhì)膜為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一種。
[0027]步驟2，用光刻和干法刻蝕方法，在第一半導(dǎo)體層內(nèi)部刻蝕出溝槽，如圖3所示。
[0028]溝槽的寬度為1.0?10微米，深度為8?90微米，間距為1.0?20微米。
[0029]溝槽分布在有源區(qū)和終端區(qū)。有源區(qū)和終端區(qū)的溝槽的寬度和深度可以相同，也可以不同，但溝槽間距不相同。我們將有源區(qū)的溝槽的間距與溝槽的寬度之比設(shè)定為Si，將終端區(qū)溝槽的間距與溝槽的寬度之比設(shè)定為S2。
[0030]步驟3，用選擇性硅外延工藝在溝槽內(nèi)部填充第二半導(dǎo)體層，然后用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對溝槽頂部進(jìn)行平坦化，如圖4所示。
[0031]第二半導(dǎo)體層具有第二摻雜類型(第一、第二摻雜類型相反，例如第一摻雜類型為N型，則第二摻雜類型為P型；第一摻雜類型為P型，則第二摻雜類型為N型)。典型的第二半導(dǎo)體層為P型娃外延層。第二半導(dǎo)體層的摻雜濃度設(shè)定為η。
[0032]步驟4，用常規(guī)MOSFET工藝形成基極區(qū)、源極區(qū)、柵極介質(zhì)層、柵極、金屬前介質(zhì)層、第二電極、半導(dǎo)體基底減薄和背面第一電極形成等，如圖5所示。
[0033]為了獲得較好的BV均勻性，降低器件的極差，本發(fā)明對有源區(qū)和終端區(qū)的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比(S1、S2)和摻雜濃度(m、η)進(jìn)行了設(shè)計，S1、S2、m、n需要滿足:
[0034]0〈l-Slm/n 彡 0.1，且-0.1 彡 l_S2m/n〈0 ；
[0035]或-0.1 彡 l-Slm/n〈0，且 0〈l-S2m/n 彡 0.1。
[0036]上述公式的推導(dǎo)過程如下:
[0037]設(shè)定圖5中有源區(qū)間隔排列的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度分別為al和bl，終端區(qū)間隔排列的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度分別為a2和b2，則:
[0038]Sl=al/bl
[0039]S2=a2/b2
[0040]當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的載流子總量之差占第二半導(dǎo)體層載流子總量的比例在±10%以內(nèi)時，擊穿電壓變化不明顯，但當(dāng)此比例超過±10%時，BV迅速下降，因此，這一比例應(yīng)控制在±10%以內(nèi)。由此可以推出:
[0041]0< (nbl-mal)/nbl ^ 0.1 (有源區(qū))
[0042]且-0.1 彡(nb2-ma2) /nb2<0 (終端區(qū))
[0043]或者
[0044]-0.1 ^ (nbl-mal)/nbl<0 (有源區(qū))
[0045]且0〈 (nb2_ma2)/nb2 < 0.1 (終端區(qū))
[0046]即:
[0047]0〈l-Slm/n 彡 0.1 且-0.1 彡 l_S2m/n〈0 ;或者-0.1 彡 l_Slm/n〈0 且 0〈l_S2m/n ^ 0.1 ο
[0048]這樣，通過對有源區(qū)和終端區(qū)的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比和摻雜濃度比進(jìn)行合理地設(shè)計，就可以使有源區(qū)的擊穿電壓分布和終端區(qū)的擊穿電壓分布在一定的差異范圍內(nèi)，當(dāng)Ρ(N)柱的載流子濃度在一定范圍內(nèi)變化時(如圖6中在Xl-Χ2之間變化)，擊穿電壓的最高點就是兩條曲線的相交點，最低點就是某一條曲線在Xl或Χ2時的值(有源區(qū)或終端區(qū)的擊穿電壓的最低值)，即擊穿電壓的波動范圍為t2到tl。很明顯，t3-tl>t2-tl,因此，相比傳統(tǒng)MOSFET的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的超級結(jié)MOSFET器件結(jié)構(gòu)可以明顯降低BV(擊穿電壓)的變化范圍，提高器件的一致性。
【主權(quán)項】
1.超級結(jié)MOSFET器件的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該超級結(jié)MOSFET的有源區(qū)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比S1、終端區(qū)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比S2、有源區(qū)和終端區(qū)第一半導(dǎo)體層的摻雜濃度m、有源區(qū)和終端區(qū)第二半導(dǎo)體層的摻雜濃度n，滿足條件:0〈l-Slm/n 彡 0.1 且-0.1 彡 l_S2m/n〈0 ;或者-0.1 ( l_Slm/n〈0 且 0〈l_S2m/n 彡 0.1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級結(jié)MOSFET器件的結(jié)構(gòu)，其有源區(qū)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比S1、終端區(qū)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比S2、有源區(qū)和終端區(qū)第一半導(dǎo)體層的摻雜濃度m、有源區(qū)和終端區(qū)第二半導(dǎo)體層的摻雜濃度n，滿足條件：0<1-S1m/n≤0.1且-0.1≤1-S2m/n<0；或者-0.1≤1-S1m/n<0且0<1-S2m/n≤0.1。本發(fā)明通過對有源區(qū)和終端區(qū)的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的寬度比和摻雜濃度比進(jìn)行合理地設(shè)計，使有源區(qū)和終端區(qū)的擊穿電壓分布在一定的差異范圍內(nèi)，降低了擊穿電壓的極差，提高了擊穿電壓的均勻性和超級結(jié)MOSFET器件的一致性。
【IPC分類】H01L29-06, H01L29-78
【公開號】CN104638004
【申請?zhí)枴緾N201310574061
【發(fā)明人】劉繼全
【申請人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月15日