超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要是關(guān)于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，更確切地說(shuō)，是涉及到一種用于超級(jí)結(jié)型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的終端區(qū)結(jié)構(gòu)，并在終端區(qū)配置可實(shí)現(xiàn)電荷平衡的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管典型應(yīng)用于需要功率轉(zhuǎn)換和功率放大的器件中，例如典型的功率轉(zhuǎn)換器件就是雙擴(kuò)散DMOSFET。具本領(lǐng)域通常知識(shí)者皆知道，處于工作態(tài)的器件中大部分的擊穿電壓BV都由器件的漂移區(qū)或稱漂流區(qū)承載，如果試圖提供較高的擊穿電壓BV，漂移區(qū)通常需要輕摻雜濃度，然而輕摻雜的漂移區(qū)隨之而來(lái)也會(huì)產(chǎn)生比較高的導(dǎo)通電阻值RDSON。常規(guī)的晶體管其RDSON與BV2 5大體成正比。因此對(duì)于傳統(tǒng)的晶體管，隨著擊穿電壓BV的增加RDSON也顯著增大。
[0003]基于業(yè)界面臨的瓶頸，超級(jí)結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體器件上，例如1988年飛利浦公司的DJ.COE申請(qǐng)的US4754310美國(guó)專利，以及1993年電子科技大學(xué)的陳星弼教授所申請(qǐng)的US91101845美國(guó)專利，和1995年西門子公司的J.TIHANYI所申請(qǐng)的美國(guó)專利US5438215等。超級(jí)結(jié)晶體管優(yōu)勢(shì)在于，提出了一種可以在維持很高的斷開(kāi)狀態(tài)擊穿電壓BV的同時(shí)，獲得很低的導(dǎo)通電阻RDSON的方法。超級(jí)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器件的斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，在實(shí)際上相對(duì)很低的電壓條件下，交替的立柱就可以完全耗盡，從而能夠維持很高的擊穿電壓，因?yàn)榱⒅鶛M向耗盡而導(dǎo)致整個(gè)P型和N型立柱耗盡。對(duì)于超級(jí)結(jié)晶體管其導(dǎo)通電阻RDSON的增加與擊穿電壓BV成正比，比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)增加地更加緩慢。因此對(duì)于相同的高擊穿電壓BV，超級(jí)結(jié)器件比傳統(tǒng)的MOSFET器件具有更低的RDS0N，或者說(shuō)對(duì)于指定的RDSON值，超級(jí)結(jié)器件比傳統(tǒng)的MOSFET具有更高的BV。
[0004]在超級(jí)結(jié)器件中拐角和終端區(qū)在內(nèi)的各區(qū)域電荷都需要平衡。雖然在有源區(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(dá)到電荷平衡。然而在邊緣和拐角處，卻很難獲得電荷平衡，由此導(dǎo)致這些區(qū)域中的擊穿電壓BV較低，而且器件的耐用性較差。正是在這一前提下提出了本發(fā)明的各種實(shí)施例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)可選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，其具有以下特征:第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層包括有源區(qū)和圍繞在有源區(qū)外側(cè)的終端區(qū)；在終端區(qū)的拐角區(qū)域中布置有第二導(dǎo)電類型的柱狀立柱陣列；在終端區(qū)的與其拐角區(qū)域相銜接的第一、第二周邊區(qū)域和在有源區(qū)中均布置有第二導(dǎo)電類型的條狀立柱；第一周邊區(qū)域和有源區(qū)中的多個(gè)條狀立柱并排設(shè)置并沿第一方向延伸，第二周邊區(qū)域中的多個(gè)條狀立柱并排設(shè)置并沿著與第一方向垂直的第二方向延伸；使拐角區(qū)域中第一導(dǎo)電類型摻雜物的電荷與第二導(dǎo)電類型摻雜物的電荷相互平衡。
[0006]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，第一周邊區(qū)域中多個(gè)條狀立柱朝拐角區(qū)域延伸至它們鄰近拐角區(qū)域的末端對(duì)齊，第二周邊區(qū)域中多個(gè)條狀立柱朝拐角區(qū)域延伸至它們鄰近拐角區(qū)域的末端對(duì)齊，使拐角區(qū)域?yàn)榉叫巍?br>[0007]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，在第一、第二周邊區(qū)域的多個(gè)條狀立柱中，按照越靠近有源區(qū)條狀立柱的長(zhǎng)度越長(zhǎng)的變化規(guī)律，使第一、第二周邊區(qū)域各自的多個(gè)條狀立柱的長(zhǎng)度由外至內(nèi)依次逐步遞增，將拐角區(qū)域設(shè)置成三角形。這里由外至內(nèi)的次序使長(zhǎng)度遞增是指，由第一周邊區(qū)域中最遠(yuǎn)離有源區(qū)的一個(gè)最外側(cè)的條狀立柱到最靠近有源區(qū)的一個(gè)最內(nèi)側(cè)的條狀立柱的次序，使條狀立柱的長(zhǎng)度逐步增加，第二周邊區(qū)域同樣也如此。
[0008]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，第一周邊區(qū)域中設(shè)置長(zhǎng)度不同且交替間隔配置的第一類、第二類條狀立柱，將其中一者靠近拐角區(qū)域的末端設(shè)置為相對(duì)于其中另一者靠近拐角區(qū)域的末端以背離拐角區(qū)域的方向向內(nèi)回縮，及第二周邊區(qū)域中多個(gè)條狀立柱朝拐角區(qū)域延伸至它們鄰近拐角區(qū)域的末端對(duì)齊。
[0009]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，第一周邊區(qū)域中每一個(gè)條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有柱狀立柱陣列中的一行柱狀立柱，第二周邊區(qū)域中每一個(gè)條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有柱狀立柱陣列中的一列柱狀立柱。
[0010]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，拐角區(qū)域中任意相鄰的兩行柱狀立柱與任意相鄰的兩列柱狀立柱定義出兩組立柱，該兩組立柱中同一行的柱狀立柱同時(shí)位于一條與第一方向同向的線上，兩組立柱中同一列的柱狀立柱同時(shí)位于一條與第二方向同向的線上。
[0011]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，在拐角區(qū)域的柱狀立柱陣列中設(shè)置有第一類、第二類柱狀立柱，第一類柱狀立柱子陣列具有的行和第二類柱狀立柱子陣列具有的行交替間隔配置且在第二方向上彼此錯(cuò)開(kāi)；其中使任意一行的第一類柱狀立柱和相鄰的另一行的第一類柱狀立柱之間設(shè)置有一行第二類柱狀立柱，和使第一類柱狀立柱子陣列中任意一列柱狀立柱均與第二類柱狀立柱子陣列中任意一列柱狀立柱在第二方向上不重合。
[0012]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，一個(gè)或多個(gè)第二類柱狀立柱填充在第二類條狀立柱因其末端向內(nèi)回縮所預(yù)留的空置區(qū)；其中第一周邊區(qū)域中每一個(gè)第一類條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行第一類柱狀立柱，及每一個(gè)第二類條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行第二類柱狀立柱，第二周邊區(qū)域中每一個(gè)條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一列第一類柱狀立柱。
[0013]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，一個(gè)或多個(gè)第一類柱狀立柱填充在第二類條狀立柱因其末端向內(nèi)回縮所預(yù)留的空置區(qū)；其中第一周邊區(qū)域中每一個(gè)第一類條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行第二類柱狀立柱及每一個(gè)第二類條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行第一類柱狀立柱，第二周邊區(qū)域中每一個(gè)條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一列第一類柱狀立柱。
[0014]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，將第一、第二周邊區(qū)域中條狀立柱各自鄰近拐角區(qū)域的末端均設(shè)置在與第一方向的夾角成銳角的同一直線上；在柱狀立柱陣列中從起始于三角形中一個(gè)直角邊位置處的首行柱狀立柱到終止于直角三角形中斜邊與另一直角邊夾角位置處的末行柱狀立柱，使后一行柱狀立柱的數(shù)量較之相鄰的前一行柱狀立柱的數(shù)量依次遞減。
[0015]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，有源區(qū)鄰近終端區(qū)的拐角區(qū)域的角部設(shè)置成帶有平緩弧度的彎曲形狀，使有源區(qū)角部處的一系列條狀立柱的長(zhǎng)度按照越遠(yuǎn)離第一周邊區(qū)域則長(zhǎng)度越長(zhǎng)的變化規(guī)律，由有源區(qū)靠近第一周邊區(qū)域的邊緣至有源區(qū)中心的次序依次逐步遞增以適應(yīng)該彎曲形狀；注意有源區(qū)角部處的一系列條狀立柱各自鄰近拐角區(qū)域的一個(gè)末端都向角部的彎曲邊緣線延伸靠攏。在由第一、第二周邊區(qū)域各自最靠近有源區(qū)的條狀立柱的延長(zhǎng)線和有源區(qū)角部邊緣線所圍攏的區(qū)域中也分布有柱狀立柱，使有源區(qū)角部處的每一行條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行的第一類柱狀立柱或一行第二類柱狀立柱。
[0016]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，拐角區(qū)域中柱狀立柱之間的單元間距小于或等于有源區(qū)中條狀立柱之間的單元間距；以及柱狀立柱陣列邊緣處靠近第一、第二周邊區(qū)域或靠近有源區(qū)的任意一個(gè)柱狀立柱和最接近于該任意一個(gè)柱狀立柱的條狀立柱之間的最短距離不超過(guò)有源區(qū)中條狀立柱之間的單元間距。
[0017]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，柱狀立柱的橫截面為圓形或橢圓形或三角形或任意多邊形。
[0018]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體層中包括每單位體積上摻雜密度為P、摻雜深度為T的第一導(dǎo)電類型摻雜物，半導(dǎo)體層之中的柱形立柱、條狀立柱中包括植入劑量為Q、摻雜深度為T的第二導(dǎo)電類型摻雜物；拐角區(qū)域總面積為Stot并設(shè)計(jì)柱形立柱的整體面積為SSUB，保持Ss皿比S τοτ是一個(gè)等于(TX P ) + Q的常數(shù)。
[0019]在另一個(gè)可選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，其具有的特征在于:第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層包括有源區(qū)和圍繞在有源區(qū)外側(cè)的終端區(qū)；在終端區(qū)的拐角區(qū)域中布置有第二導(dǎo)電類型的柱狀立柱陣列；在終端區(qū)的與其拐角區(qū)域相銜接的第一、第二周邊區(qū)域和在有源區(qū)中均布置有第二導(dǎo)電類型的條狀立柱；第一周邊區(qū)域和有源區(qū)的多個(gè)條狀立柱并排設(shè)置并沿第一方向延伸，有源區(qū)的條狀立柱朝終端區(qū)的第二周邊區(qū)域延伸至它們各自的一個(gè)末端停留在第二周邊區(qū)域中；使拐角區(qū)域中第一導(dǎo)電類型摻雜物的電荷與第二導(dǎo)電類型摻雜物的電荷相互平衡。
[0020]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，第一周邊區(qū)域中多個(gè)條狀立柱朝拐角區(qū)域延伸至它們鄰近拐角區(qū)域的末端對(duì)齊，使拐角區(qū)域?yàn)榉叫巍?br>[0021]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，第一周邊區(qū)域中設(shè)置長(zhǎng)度不同且交替間隔配置的第一類、第二類條狀立柱，將其中一者靠近拐角區(qū)域的末端設(shè)置為相對(duì)于另一者靠近拐角區(qū)域的末端以背離拐角區(qū)域的方向向內(nèi)回縮。
[0022]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，在第一周邊區(qū)域的多個(gè)條狀立柱中，按照越靠近有源區(qū)條狀立柱的長(zhǎng)度越長(zhǎng)的變化規(guī)律，使第一周邊區(qū)域的多個(gè)條狀立柱的長(zhǎng)度由外至內(nèi)依次逐步遞增；以及有源區(qū)中鄰近拐角區(qū)域的一系列條狀立柱，按照由有源區(qū)靠近第一周邊區(qū)域的邊緣至有源區(qū)中心的次序依次逐步遞增，使拐角區(qū)域?yàn)槿切巍?br>[0023]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，第一周邊區(qū)域中每一個(gè)條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有柱狀立柱陣列中的一行柱狀立柱。
[0024]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，拐角區(qū)域中任意相鄰的兩行柱狀立柱與任意相鄰的兩列柱狀立柱定義出兩組立柱，該兩組立柱中同一行的柱狀立柱同時(shí)位于一條與第一方向同向的線上，兩組立柱中同一列的柱狀立柱同時(shí)位于一條與第一方向相垂直的線上。
[0025]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，在拐角區(qū)域的柱狀立柱陣列中設(shè)置有第一類、第二類柱狀立柱，第一類柱狀立柱子陣列具有的行和第二類柱狀立柱子陣列具有的行交替間隔配置且在與第一方向相垂直的第二方向上彼此錯(cuò)開(kāi)；使任意一行的第一類柱狀立柱和相鄰的另一行第一類柱狀立柱之間設(shè)置有一行第二類柱狀立柱，和使第一類柱狀立柱子陣列中任意一列柱狀立柱均與第二類柱狀立柱子陣列中任意一列柱狀立柱在第二方向上不重合。
[0026]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，一個(gè)或多個(gè)第二類柱狀立柱填充在第二類條狀立柱因其末端向內(nèi)回縮所預(yù)留的空置區(qū)；其中第一周邊區(qū)域中每一個(gè)第一類條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行的第一類柱狀立柱，及每一個(gè)第二類條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行第二類柱狀立柱。
[0027]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，在拐角區(qū)域的柱狀立柱陣列中設(shè)置有第一類、第二類柱狀立柱，第一類柱狀立柱子陣列具有的行和第二類柱狀立柱子陣列具有的行交替間隔配置且在與第一方向相垂直的第二方向上彼此錯(cuò)開(kāi)；使任意一行的第一類柱狀立柱和相鄰的另一行第一類柱狀立柱之間設(shè)置有一行第二類柱狀立柱，和使第一類柱狀立柱子陣列中任意一列柱狀立柱均與第二類柱狀立柱子陣列中任意一列柱狀立柱在第二方向上不重合。
[0028]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，將第一周邊區(qū)域中的條狀立柱、有源區(qū)中鄰近拐角區(qū)域的一系列條狀立柱各自鄰近拐角區(qū)域的末端均設(shè)置在與第一方向的夾角成銳角的同一直線上；在柱狀立柱陣列中按照從起始于三角形中一個(gè)直角邊位置處的首行柱狀立柱到終止于直角三角形中斜邊與另一直角邊夾角位置處的末行柱狀立柱的次序，使后一行柱狀立柱的數(shù)量較之相鄰的前一行柱狀立柱的數(shù)量依次遞減。
[0029]上述的超級(jí)結(jié)布局結(jié)構(gòu)，有源區(qū)鄰近終端區(qū)的拐角區(qū)域的角部設(shè)置成帶有平緩弧度的彎曲形狀，使有源區(qū)角部處的一系列條狀立柱的長(zhǎng)度按照越遠(yuǎn)離第一周邊區(qū)域則長(zhǎng)度越長(zhǎng)的變化規(guī)律，由有源區(qū)靠近第一周邊區(qū)域的邊緣至有源區(qū)中心的次序依次逐步遞增以適應(yīng)該彎曲形狀；在由第一周邊區(qū)域最靠近有源區(qū)的一個(gè)條狀立柱的延長(zhǎng)線和有源區(qū)角部彎曲邊緣線所限定的角落區(qū)域中也分布有柱狀立柱，使有源區(qū)角部處的一系列條狀立柱中每一行條狀立柱的延長(zhǎng)線上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一行的第一類柱狀立柱或一