具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，涉及一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的極性不同，可分為N型和P型的M0SFET，通常又稱為NM0SFET與PM0SFET。常見的N型MOSFET采用一塊P型硅半導(dǎo)體材料作為襯底，在其上擴(kuò)散形成N型區(qū)域，在頂面覆蓋絕緣層，最后在N型區(qū)域上設(shè)置孔，作為電極。為了改善某些參數(shù)的特性，如提高工作電流、提高工作電壓、降低導(dǎo)通電阻、提高開關(guān)特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝，構(gòu)成所謂VM0S、DM0S、TMOS等結(jié)構(gòu)。
[0003]對于普通VDM0SEFT (垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物場效應(yīng)管)，當(dāng)擊穿電壓要求越來越高時，導(dǎo)通電阻也越來越高，這就是通常所講的對于普通VDM0SEFT而言的“硅限”。打破“硅限”的結(jié)構(gòu)即為超結(jié)(Super-Junct1n)結(jié)構(gòu)，它通常將普通VDM0SEFT的漂移區(qū)替換或者部分替換成P/N柱對依次排列的3D結(jié)構(gòu)，PN結(jié)在該結(jié)構(gòu)內(nèi)部按一定的規(guī)律排布。
[0004]現(xiàn)有的具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中包含有元胞區(qū)域和終端區(qū)域，所述元胞區(qū)域如圖1a至Ib所示,其中，圖1a為所述元胞區(qū)域I的縱截面示意圖，圖1b為圖1a沿AA’方向的截面示意圖。由圖1a可知，所述元胞區(qū)域I包括襯底11、位于所述襯底11上的第一導(dǎo)電類型的外延層12、位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層12內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14、位于所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14上方的第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)15和位于所述第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)15內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)16 ;所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14間隔分布，相連兩個第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14之間的第一導(dǎo)電類型的外延層12為第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱13，使得所述第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱13與第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14沿著電流通路的方向在所述第一導(dǎo)電類型的外延層12內(nèi)延伸，在垂直電流通路的方向交替連接設(shè)置，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。所述第一導(dǎo)電類型的外延層12上形成有柵極結(jié)構(gòu)17，所述柵極結(jié)構(gòu)17包括位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層12上的柵間介質(zhì)層171、位于所述柵間介質(zhì)層171上方的多晶硅柵極172和覆蓋在所述多晶硅柵極172上的氧化硅層173 ;所述柵極結(jié)構(gòu)17上形成有源極電極18，所述源極電極18與所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)16和第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)15電連接。由圖1a和圖1b還可以看出，所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14與所述第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)15之間直接相連接，亦即所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14通過所述第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)15與所述源極電極18相連接，且所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14中各個位置離子注入的劑量盡量保持相等，沒有比較明顯的差距。
[0005]現(xiàn)有的具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中由于所述元胞區(qū)域I內(nèi)的所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱14通過所述第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)15直接與所述源極電極18相連接，會產(chǎn)生如下問題:
[0006]I)使得源漏極之間引入了大量的P/N結(jié)，從而增大了源漏極之間的電容，增大了所述半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗；
[0007]2)大量的P/N結(jié)的引入，會造成大量少子的注入和過快的反向抽取，從而在反向恢復(fù)階段造成更多的損耗以及過大的電壓震蕩；
[0008]3)使得所述元胞區(qū)域的擊穿電壓過高，使得所述半導(dǎo)體器件容易在終端擊穿，造成所述半導(dǎo)體器件耐用度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于元胞區(qū)域內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱通過第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)直接與源極電極相連接而導(dǎo)致的源漏極之間的電容增大，進(jìn)而使得半導(dǎo)體器件的開關(guān)損耗增大的問題，造成大量少子的注入和過快的反向抽取，從而在反向恢復(fù)階段造成更多的損耗以及過大的電壓震蕩的問題，以及使得所述元胞區(qū)域的擊穿電壓過高，使得所述半導(dǎo)體器件容易在終端擊穿，造成所述半導(dǎo)體器件耐用度降低的問題。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件至少包括:元胞區(qū)域，所述元胞區(qū)域包括襯底、位于所述襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層、位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱和第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱；所述第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱與第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱沿著電流通路的方向在所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)延伸，在垂直于電流通路的方向交替連接設(shè)置，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)；所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)還包括第二導(dǎo)電類型的第一本體區(qū)和位于所述第一本體區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；所述第一本體區(qū)位于所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱的上方，且隨所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱一起間隔分布；所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱與位于其上方的所述第一本體區(qū)之間具有預(yù)設(shè)的第一間距。
[0011]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱與位于其上方的所述第一本體區(qū)之間的第一間距小于或等于4um。
[0012]優(yōu)選地，所述元胞區(qū)域中還包括離子注入連接區(qū)，所述離子注入連接區(qū)一端與所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱相連接，另一端與所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱上方的所述第一本體區(qū)相連接。
[0013]優(yōu)選地，所述離子注入連接區(qū)在所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱上表面延伸的方向上間隔分布。
[0014]優(yōu)選地，所述離子注入連接區(qū)內(nèi)的離子注入劑量小于lX1013atom/cm2。
[0015]可選地，所述離子注入連接區(qū)為第二導(dǎo)電類型的離子注入連接區(qū)。
[0016]可選地，所述離子注入連接區(qū)為第一導(dǎo)電類型的離子注入連接區(qū)。
[0017]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件還包括:終端區(qū)域，所述終端區(qū)域在垂直于電流通路方向上環(huán)繞所述元胞區(qū)域；過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域位于所述元胞區(qū)域和所述終端區(qū)域之間，且在垂直于電流通路方向上被所述終端區(qū)域所環(huán)繞；所述過渡區(qū)域包括襯底、位于所述襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層、至少一個第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱和至少一個第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱、以及位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的第二本體區(qū)；所述第二本體區(qū)將所述過渡區(qū)域內(nèi)的至少一個第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱連接至所述元胞區(qū)域內(nèi)的所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。
[0018]本發(fā)明還提供一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件至少包括:元胞區(qū)域，所述元胞區(qū)域包括襯底、位于所述襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層、位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱和第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱；所述第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱與第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱沿著電流通路的方向在所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)延伸，在垂直于電流通路的方向交替連接設(shè)置，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)；所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)還包括第二導(dǎo)電類型的第一本體區(qū)和位于所述第一本體區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；所述第一本體區(qū)位于所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱的上方，且隨所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱一起間隔分布；所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱包括第一子導(dǎo)柱和第二子導(dǎo)柱，所述第一子導(dǎo)柱與所述第二子導(dǎo)柱之間具有預(yù)設(shè)的第二間距；所述第一子導(dǎo)柱位于所述第二子導(dǎo)柱的上方，且所述第一子導(dǎo)柱遠(yuǎn)離所述第二子導(dǎo)柱的一端與位于其上方的所述第一本體區(qū)相連接。
[0019]優(yōu)選地，所述第一子導(dǎo)柱與所述第二子導(dǎo)柱之間的第二間距小于或等于4um。
[0020]優(yōu)選地，所述元胞區(qū)域中還包括離子注入連接區(qū)，所述離子注入連接區(qū)一端與所述第一子導(dǎo)柱相連接，另一端與所述第二子導(dǎo)柱相連接。
[0021]優(yōu)選地，所述離子注入連接區(qū)在所述第二子導(dǎo)柱上表面延伸的方向上間隔分布。
[0022]優(yōu)選地，所述離子注入連接區(qū)內(nèi)的離子注入劑量小于I X 1013atom/cm2。
[0023]可選地，所述離子注入連接區(qū)為第二導(dǎo)電類型的離子注入連接區(qū)。
[0024]可選地，所述離子注入連接區(qū)為第一導(dǎo)電類型的離子注入連接區(qū)。
[0025]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件還包括:終端區(qū)域，所述終端區(qū)域在垂直于電流通路方向上環(huán)繞所述元胞區(qū)域；過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域位于所述元胞區(qū)域和所述終端區(qū)域之間，且在垂直于電流通路方向上被所述終端區(qū)域所環(huán)繞；所述過渡區(qū)域包括所述襯底、位于所述襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層、位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)的至少一個所述第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱和至少一個所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱、以及位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)的具有第二導(dǎo)電類型的第二本體區(qū)；所述第二本體區(qū)將所述過渡區(qū)域內(nèi)的至少一個所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱連接至所述元胞區(qū)域內(nèi)的所述第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。
[0026]本發(fā)明還提供一種具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件至少包括:元胞區(qū)域，所述元胞區(qū)域包括襯底、位于所述襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層、位于所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)的第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱和第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱；所述第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱與第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)柱沿著電流通路的方向在所述第一導(dǎo)電類型的外延層內(nèi)延伸，在垂