專利名稱：一種半導體器件的終止結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要是關于金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)，更確切地說，是關于一種用于超級結(jié)型MOSFET器件的終止結(jié)構(gòu)。
背景技術：
功率MOSFET典型應用于需要功率轉(zhuǎn)換和功率放大的器件中。對于功率轉(zhuǎn)換器件來說，市場上可買到的代表性的器件就是雙擴散MOSFET (DMOSFEt)0在一個典型的晶體管中，大部分的擊穿電壓BV都由漂移區(qū)承載，為了提供較高的擊穿電壓BV，漂移區(qū)要輕摻雜。然而，輕摻雜的漂移區(qū)會產(chǎn)生高導通電阻Rdsm。對于一個典型的晶體管而言，Rdsm與BV2 5成正比。因此，對于傳統(tǒng)的晶體管，隨著擊穿電壓BV的增加，Rdson也急劇增大。超級結(jié)是一種眾所周知的半導體器件。超級結(jié)晶體管提出了一種可以在維持很高的斷開狀態(tài)擊穿電壓(BV)的同時，獲得很低的導通電阻(Rdsm)的方法。超級結(jié)器件含有形成在漂移區(qū)中的交替的P —型和N —型摻雜立柱。在MOSFET的斷開狀態(tài)時，在相對很低的電壓下，立柱就完全耗盡，從而能夠維持很高的擊穿電壓(立柱橫向耗盡，因此整個p和n立柱耗盡)。對于超級結(jié)，導通電阻Rdsm的增加與擊穿電壓BV成正比，比傳統(tǒng)的半導體結(jié)構(gòu)增加地更加緩慢。因此，對于相同的高擊穿電壓(BV)，超級結(jié)器件比傳統(tǒng)的MOSFET器件具有更低的Rd_ (或者，相反地，對于特定的Rdsm，超級結(jié)器件比傳統(tǒng)的MOSFET具有更高的BV)。例如Onishi, Y ；lwamoto, S ；Sato, T ；Nagaoka, T ；Ueno, K ；Fujihira, T 于 2002 年,在《第14屆功率半導體器件和集成電路研討會公報》241 - 244頁的《24mQcm2680V硅超級結(jié)MOSFET》中提出了超級結(jié)器件，特此引用其全文，以作參考。圖1表示一種傳統(tǒng)超級結(jié)器件100的一部分有源單元部分的剖面圖。在本例中，器件100的有源單元部分包括一個形成在適當摻雜的(例如N +)襯底102上的垂直FET結(jié)構(gòu)(例如N —通道)，襯底102作為帶有漏極接頭105的漏極區(qū)。適當摻雜的(例如N —外延或N —漂移)層104位于襯底102的上方。在本例中，器件100還包括一個P —本體區(qū)106、一個N+源極區(qū)108以及一個N +多晶硅柵極區(qū)112。器件100還包括一個柵極接頭(圖中沒有表示出)和一個源極金屬114。如圖1所示，超級結(jié)結(jié)構(gòu)可以含有交替電荷平衡的P —型立柱120和N —型立柱122。在低壓下，這些立柱在水平方向上完全耗盡，從而在垂直方向上可以承受很高的擊穿電壓。N —型立柱122可以由部分N—型外延層104構(gòu)成，N—型外延層104位于P—型立柱120附近。這種器件的終止結(jié)構(gòu)通常由較遠的P立柱構(gòu)成，P立柱的排列圖案朝著晶片的邊緣或間隔處延伸。為了簡便，器件100的有源單元部分P —立柱120，在此簡稱為有源單元P 一立柱,形成在終止區(qū)中的P —立柱簡稱為終止P —立柱。在一個超級結(jié)器件中，包括拐角和終止區(qū)在內(nèi)的各處電荷都需要平衡。在有源區(qū)的中心部分中，P立柱可以處于均勻的水平行列，這樣很容易達到電荷平衡。然而，在邊緣和拐角處，卻很難獲得電荷平衡，從而使這些區(qū)域中的BV較低，而且器件的耐用性較差。因此，必須優(yōu)化超級結(jié)器件的有源單元拐角區(qū)和終止區(qū)的設計，以便在終止區(qū)中保持電場分布均勻以及BV均勻。在拐角區(qū)中，使用彎曲的終止區(qū)設計，可以降低電場，從而提高BV。典型方案是使用半徑約為150 - 200mm左右的拐角。但是，要以電荷平衡的方式，將P立柱布局與拐角區(qū)匹配起來卻很困難。帶有曲型角布局和直端延伸到P —立柱的超級結(jié)MOSFET器件，由于其拐角區(qū)域處的電荷不平衡，因此經(jīng)常具有很低的擊穿電壓。之前有人曾嘗試過，通過保留未連接到主P立柱條紋中的小孔或P立柱島，來平衡拐角區(qū)域處的電荷。但遺憾的是，這種方法會引起非箝位感應開關(UIS)，或者并不足以改善擊穿電壓。而且，有些平衡拐角區(qū)域處電荷的方法還需要三維模型軟件。使用這些軟件不僅價格昂貴、操作復雜，還耗費時間。正是在這一前提下，提出了本發(fā)明的各種實施例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于設計超級結(jié)器件布局的方法，該方法包括:步驟a:確定形成在超級結(jié)器件的摻雜層中，有源單元區(qū)的有源單元立柱結(jié)構(gòu)中每單位面積上，以及形成在摻雜層中有源單元區(qū)周圍的終止區(qū)的終止立柱結(jié)構(gòu)中的每單位面積上，第一類型摻雜物的植入劑量Qimp，其中所述的摻雜層具有厚度t以及與第一導電類型摻雜物的電荷類型相反的第二導電類型的摻雜物的摻雜密度M ；步驟b:設計有源單元立柱結(jié)構(gòu)的布局，使第一導電類型摻雜物的電荷，與有源單元區(qū)的摻雜層中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡；并且步驟c:設計終止立柱結(jié)構(gòu)附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)末端的布局，使末端里的第一導電類型摻雜物的電荷以及終止立柱結(jié)構(gòu)中第一導電類型摻雜物的電荷，與超級結(jié)器件的拐角區(qū)域中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡。上述的方法，設計立柱結(jié)構(gòu)末端的布局，包括考慮到拐角的曲率，對有源單元立柱結(jié)構(gòu)的拐角附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端布局進行調(diào)整。上述的方法，包括調(diào)整布局的形狀，將拐角附近的一部分摻雜層分成面積為A的一個或多個區(qū)域，并設計有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端，使任意一個或多個區(qū)域都含有一個面積為Al的第一導電類型摻雜物的終止立柱和/或有源單元立柱結(jié)構(gòu)，以至于對于任意一個或多個區(qū)域而言，A1/A都是一個常數(shù)。上述的方法，常數(shù)A1/A等于M t/Qinip。上述的方法，拐角附近的一個或多個有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端的布局都含有一個鉤狀部分，其中設計末端的拐角布局包括設計鉤狀部分，以保持A1/A這個常數(shù)。上述的方法，所述的鉤狀部分朝著最靠近晶片中心的一側(cè)彎曲，超級結(jié)器件就形成在該晶片上。上述的方法，從鉤狀部分對邊上的末端，除去一個楔形。上述的方法，設計末端部分包括調(diào)節(jié)一個或多個末端與鄰近的終止立柱結(jié)構(gòu)之間的距離。上述的方法，末端的布局含有一個邊緣環(huán)狀部分，連接兩個或多個相鄰有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端。

上述的方法，從與邊緣環(huán)交叉的銳角邊的末端，除去一個切口。上述的方法，邊緣環(huán)在與末端交叉的銳角邊處較窄。
本發(fā)明還提供一種超級結(jié)器件，包括:一個摻雜層；一個有源單元區(qū)，具有多個形成在摻雜層中的有源單元立柱結(jié)構(gòu)；以及一個終止區(qū)，具有一個或多個終止立柱結(jié)構(gòu)，形成在有源單元區(qū)周圍的摻雜層中，其中所述有源單元立柱結(jié)構(gòu)和終止立柱結(jié)構(gòu)的特征在于，包括劑量為Qinip的第一導電類型摻雜物，其中所述摻雜層的特征在于，包括厚度為t以及與第一導電類型摻雜物的電荷類型相反的每單位體積上摻雜密度為M的第二導電類型的摻雜物；其中設計有源單 元結(jié)構(gòu)立柱結(jié)構(gòu)的布局，使第一導電類型摻雜物的電荷，與有源單元區(qū)的摻雜層中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡；其中設計終止立柱結(jié)構(gòu)附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)末端的拐角布局，使末端里的第一導電類型摻雜物的電荷以及終止立柱結(jié)構(gòu)中第一導電類型摻雜物的電荷，與摻雜層的鄰近部分中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡。上述的超級結(jié)器件，末端的布局含有一個邊緣環(huán)狀部分，連接兩個或多個相鄰有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端。上述的超級結(jié)器件，從與邊緣環(huán)交叉的銳角邊的末端，除去一個切口。上述的超級結(jié)器件，邊緣環(huán)在與末端交叉的銳角邊處較窄。上述的超級結(jié)器件，考慮到拐角的曲率，對終止立柱結(jié)構(gòu)的拐角附近的立柱結(jié)構(gòu)的末端布局進行配置。上述的超級結(jié)器件，將拐角附近的一部分摻雜層分成面積為A的一個或多個區(qū)域，并設計有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端，使任意所述的一個或多個區(qū)域都含有一個面積為Al的有源單元立柱結(jié)構(gòu)，以至于對于任意所述的一個或多個區(qū)域而言，A1/A都是一個常數(shù)。上述的超級結(jié)器件，常數(shù)A1/A等于M t/Qimp。上述的超級結(jié)器件，拐角附近的一個或多個有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端的布局都含有一個鉤狀部分，其中設計鉤狀部分，以保持A1/A這個常數(shù)。上述的超級結(jié)器件，所述的鉤狀部分朝著最靠近晶片中心的一側(cè)彎曲，超級結(jié)器件就形成在該晶片上。上述的超級結(jié)器件，從鉤狀部分對邊上的末端，除去一個楔形。上述的超級結(jié)器件，設計末端部分的特征在于，調(diào)節(jié)一個或多個末端與鄰近的終止立柱結(jié)構(gòu)之間的距離。本發(fā)明還提供一個半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，包括:一個通道停止場板，位于半導體材料的邊緣附近的半導體材料的表面上，其中通道停止場板利用半導體材料構(gòu)成一個肖特基型停止通道。上述的半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，通道停止場板的金屬部分連接到半導體材料的輕摻雜部分。上述的半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，終止結(jié)構(gòu)形成在一個含有半導體器件的晶片上，其中所述的半導體器件為一個MOSFET。上述的半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，終止結(jié)構(gòu)形成在一個含有半導體器件的晶片上，其中所述的半導體器件為一個超級結(jié)器件。


閱讀以下詳細說明并參照以下附圖之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將顯而易見。圖1表示一種傳統(tǒng)的超級結(jié)型MOSFET器件的剖面圖。圖2A表示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，在超級結(jié)MOSFET器件的拐角處那部分的俯視圖。圖2B表示圖2A所示的拐角處的其中一部分的放大俯視圖。圖2C — 2E分別表示圖2B中的三個分立區(qū)域nl/pl、n2/p2和n3/p3的俯視圖。圖3A表示依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，在超級結(jié)MOSFET器件的拐角處那部分的俯視圖。圖3B表示圖3A所示的拐角處的其中一部分的放大俯視圖。圖4表示依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，在超級結(jié)MOSFET器件的拐角處那部分的俯視圖。圖5A — 5C表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在超級結(jié)MOSFET器件中的終止區(qū)結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施例方式盡管為了解釋說明，以下詳細說明包含了許多具體細節(jié)，但是本領域的任何技術人員都應理解基于以下細節(jié)的多種變化和修正都屬本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的典型實施例的提出，對于請求保護的發(fā)明沒有任何一般性的損失，而且不附加任何限制。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，有源單元P—立柱布局的末端，可以根據(jù)拐角處的曲率進行調(diào)整，以達到最優(yōu)化的電荷平衡。也可以考慮在終止區(qū)域設計中，實現(xiàn)電荷平衡。要注意的是，與上述圖1相比，可以通過互換N —型和P —型摻雜，來制備超級結(jié)器件。例如，可以在P—型外延層中制備N—立柱，以便在超級結(jié)器件有源單元中為終止結(jié)構(gòu)提供電荷平衡。在超級結(jié)器件中所用的立柱結(jié)構(gòu)中，為了統(tǒng)稱這兩種可能的類型，“第一導電類型”和“第二導電類型”通常指的是不同的摻雜類型(即P—型和N—型)。在本發(fā)明的實施例中，可以利用一種簡單的二維方法，設計有源單元立柱結(jié)構(gòu)的布局，以確保在終止立柱結(jié)構(gòu)的拐角處獲得適當?shù)碾姾善胶狻？梢源_定的是，形成在超級結(jié)器件的摻雜層(有時也稱為外延層)中，有源單元區(qū)的有源單元立柱結(jié)構(gòu)中每單位面積上，以及形成在摻雜層中有源單元區(qū)周圍的終止區(qū)的終止立柱結(jié)構(gòu)中的每單位面積上，第一類型摻雜物的植入劑量Qimp。摻雜層的特點在于，厚度t以及與第一導電類型摻雜物的電荷類型相反的第二導電類型的摻雜物的摻雜密度M。設計有源單元結(jié)構(gòu)立柱結(jié)構(gòu)的布局，使第一導電類型摻雜物的電荷，與有源單元區(qū)的摻雜層中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡。設計終止立柱結(jié)構(gòu)附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)末端的布局，使末端里的第一導電類型摻雜物的電荷以及終止立柱結(jié)構(gòu)中第一導電類型摻雜物的電荷，與拐角區(qū)域中相鄰的摻雜層中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡。設計立柱結(jié)構(gòu)末端的布局，包括考慮到拐角的曲率，對終止立柱結(jié)構(gòu)的拐角附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端布局進行調(diào)整。調(diào)整布局的形狀，將拐角附近的一部分摻雜層分成面積A的一個或多個區(qū)域，并設計有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端，使任意一個或多個區(qū)域都含有終止立柱和/或有源單元立柱結(jié)構(gòu)的一個面積Al，以至于對于任意一個或多個區(qū)域而言，A1/A都是一個常數(shù)。接下來還要詳細介紹，該常數(shù)應等于M t/Qimp。調(diào)整拐角附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)末端的布局，還有許多不同的方法。例如，每個末端的布局都可以含有一個鉤狀部分。還可選擇，調(diào)節(jié)一個或多個末端與鄰近的終止立柱結(jié)構(gòu)之間的距離，以便在拐角區(qū)域提供所需的電荷平衡。另外，在一些實施例中，末端的布局可以含有一個邊緣環(huán)狀部分，連接兩個或多個相鄰有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端。接下來將 詳細介紹本發(fā)明的各個實施例。圖2A表示在超級結(jié)MOSFET器件的一個拐角處的部分200的俯視圖，該部分包括依據(jù)本發(fā)明的一個實施例設計的有源區(qū)251，以及周圍的終止區(qū)252。圖2B表示圖2A所示的部分200的一個子部分202放大后的俯視圖，其中為了簡便，僅表示出有源區(qū)251中的兩個相鄰的有源單元P —立柱204和206。有源單元P —立柱204、206的特點是，其寬度為W，間距為H。有源單元P—立柱可以是如圖1所示的超級結(jié)器件的一部分。有源單元P—立柱的末端210位于第一終止P —立柱208附近。第一終止立柱208也可以稱為末端環(huán)，處于源極電勢上。隨后的終止P —立柱209可以作為浮動保護環(huán)，用于將電壓傳導至整個終止區(qū)。在本例中，可以通過在N—型層(例如N—外延層203)中植入合適的P —型摻雜物，來制備有源單元P —立柱204、206以及終止P —立柱208。有源單元P —立柱204、206以及終止P —立柱208和209中植入的P —型摻雜物的劑量Qimp (每單位面積上的摻雜物)應均勻一致，以便在同一植入過程中，利用同一掩膜，對有源單元立柱和終止立柱進行植入。盡管在本例中，是在N —型層203中植入P —型摻雜物，來制備有源單元P —立柱204,206以及終止P —立柱208和209，但是本領域的技術人員應理解，也可選擇在P-型外延層中植入N-型摻雜物，來制備有源單元和終止立柱結(jié)構(gòu)。如上所述，設計終止立柱結(jié)構(gòu)附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)的末端210的布局，使末端210和終止P-立柱208附近的P-型摻雜物的電荷，與N-型層203周圍部分的N-型摻雜物的電荷相互平衡。在如圖2A - 2B所示的典型示例中，末端為彎曲部分210，便于說明拐角區(qū)域中末端環(huán)P —立柱208的曲率半徑。彎曲末端210的形狀和尺寸可以通過面積比來計算，以便平衡拐角區(qū)域中的電荷。更確切地說，P 一型摻雜物的電荷Cp應等于N —型摻雜物的電荷CN。器件布局應分為含有P —型摻雜區(qū)和非P —型摻雜區(qū)的部分。非P —型摻雜區(qū)其實就是N —型立柱。應注意的是，由于P —型摻雜物植入到N —型摻雜層203中，使每個部分都含有N —型摻雜物，N一型摻雜物最初就是N —型。然而，后來在該區(qū)域中植入足夠多的P —型摻雜物，超過了最初的N —型摻雜物，使該區(qū)域成為P —型。對于每個區(qū)域來說，P —型和N —型摻雜物的電荷應平衡，也就是說:Cp=Cn (I)對于每個區(qū)域來說，P -型摻雜物的總電荷Cp是由為了形成P -立柱204、206、208而植入到每單位面積(頂部區(qū)域)上的摻雜物的劑量Qimp，以及植入P —型摻雜物的那部分面積Al所決定的。Cp=Qimp Al (2)N型摻雜物的電荷Cn是由N —型層203中每單位體積上的N —型摻雜物的摻雜密度M、N —型層(和P —型立柱)的厚度t以及該部分的總面積A所決定的。Cn包括所有的N型電荷，也包括在P摻雜區(qū)域Al中的電荷?？偯娣eA包括該部分的P—型區(qū)域Al以及非P —型慘雜區(qū)An。因此，A=AI +An而且Cn=M t A (3)將(2)式和(3)式代入(I)式，可得:Qinip Al=M t A (4)劑量Qimp、摻雜密度M以及厚度t由器件的其他方面所決定。假設這三個量是固定不變的，則(4)式可改寫為:
權利要求
1.一個半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一個通道停止場板，位于半導體材料的邊緣附近的半導體材料的表面上，其中通道停止場板利用半導體材料構(gòu)成一個肖特基型停止通道。
2.如權利要求1所述的半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，其特征在于，通道停止場板的金屬部分連接到半導體材料的輕摻雜部分。
3.如權利要求1所述的半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，其特征在于，終止結(jié)構(gòu)形成在一個含有半導體器件的晶片上，其中所述的半導體器件為一個MOSFET。
4.如權利要求1所述的半導體器件的終止結(jié)構(gòu)，其特征在于，終止結(jié)構(gòu)形成在一個含有半導體器件的晶片上，其中所述的半導體器件為一個超級結(jié)器件。
全文摘要
一種超級結(jié)器件以及超級結(jié)器件的布局設計和制備方法，可以配置有源單元立柱結(jié)構(gòu)的布局，使第一導電類型摻雜物的電荷，與有源單元區(qū)的摻雜層中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡。設計終止立柱結(jié)構(gòu)附近的有源單元立柱結(jié)構(gòu)末端的布局，使末端里的第一導電類型摻雜物的電荷以及終止立柱結(jié)構(gòu)中第一導電類型摻雜物的電荷，與摻雜層在終止立柱結(jié)構(gòu)與末端之間的那部分中的第二導電類型摻雜物的電荷相互平衡。
文檔編號H01L29/78GK103151379SQ201310033999
公開日2013年6月12日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權日2010年2月19日
發(fā)明者管靈鵬, 安荷·叭剌, 朱廷剛, 馬督兒·博德 申請人:萬國半導體股份有限公司