專利名稱：半導(dǎo)體器件及制造其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)領(lǐng)域涉及一種具有單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域周邊的周邊區(qū)域的半導(dǎo)體器件，其中單元區(qū)域包括形成于其內(nèi)的豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組。具體地說，本技術(shù)領(lǐng)域涉及一種具有超級結(jié)結(jié)構(gòu)(以下簡稱為SJ結(jié)構(gòu))的半導(dǎo)體器件，其中包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一部分區(qū)域和包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二部分區(qū)域的組合在單元區(qū)域中重復(fù)形成，并且周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值。
背景技術(shù)：
為了滿足增加半導(dǎo)體器件的耐壓值同時降低半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻的要求，具有SJ結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件正在被開發(fā)。這種半導(dǎo)體器件通常通過使用一個附著在從單元區(qū)域延伸至周邊區(qū)域的區(qū)域上而連續(xù)形成的半導(dǎo)體層而形成。在很多情況下，SJ結(jié)構(gòu)形成于半導(dǎo)體層的中心側(cè)區(qū)域，并且在周邊側(cè)上形成構(gòu)成SJ結(jié)構(gòu)的回路的周邊半導(dǎo)體層。在SJ結(jié)構(gòu)中，在與層厚方向垂直的平面內(nèi)重復(fù)形成包含n型雜質(zhì)的n型柱(column)和包含p型雜質(zhì)的p型柱的組合。周邊半導(dǎo)體層由包含n型雜質(zhì)的半導(dǎo)體形成。一個p型基體區(qū)(body region)在單元區(qū)域內(nèi)形成于SJ結(jié)構(gòu)的上區(qū)域上，并且一個平面型柵電極或溝槽型柵電極形成為面對p型基體區(qū)。在單元區(qū)域內(nèi)形成多個豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元，并且執(zhí)行導(dǎo)通/截止(ON/OFF)操作。例如，日本專利公開文獻(xiàn)JP-A-2003-273355(見圖14)和JP-A-2004-14554中公開了這種半導(dǎo)體器件。
半導(dǎo)體器件的抗雪崩擊穿能力測試通過抗L負(fù)載電涌擊穿能力測試等來進(jìn)行。在抗L負(fù)載電涌擊穿能力測試中，半導(dǎo)體器件被強(qiáng)迫在其中引起擊穿。擊穿發(fā)生在超出臨界電場強(qiáng)度的區(qū)域中?？紤]到單元區(qū)域與周邊區(qū)域的面積之比，與在具有較小面積的周邊區(qū)域側(cè)引起擊穿的情況相比，每單位面積的雪崩能量可以通過在具有較大面積的單元區(qū)域側(cè)引起擊穿而降低至更小值。因此，通過在單元區(qū)域側(cè)引起擊穿，過多的雪崩能量可以抑制而不局部消耗，并因此可以避免半導(dǎo)體器件被破壞的情況。為了實現(xiàn)上述現(xiàn)象，周邊區(qū)域的耐壓值被設(shè)定為高于單元區(qū)域的耐壓值以至于擊穿優(yōu)先發(fā)生在單元區(qū)域中。
但是，日本專利公開文獻(xiàn)JP-A-2003-273355中公開的半導(dǎo)體器件不能達(dá)到周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值的狀態(tài)。上述文獻(xiàn)提出了一種結(jié)構(gòu)，其中周邊半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度被降低并且在周邊半導(dǎo)體層的上區(qū)域上設(shè)置構(gòu)成單元區(qū)域的回路的多個p型保護(hù)環(huán)(guard ring)區(qū)域。通過降低周邊半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度，可以增加在周邊半導(dǎo)體層內(nèi)沿橫向延伸的空乏層的寬度。此外，通過形成p型保護(hù)環(huán)區(qū)域，趨向于在單元區(qū)域和周邊區(qū)域之間邊界附近集中的電場可以得到緩和。通過采用這種結(jié)構(gòu)，趨向于在單元區(qū)域和周邊區(qū)域之間邊界附近集中的電場可以得到緩和，并且可以充分獲得沿橫向延伸的空乏區(qū)，以至于周邊區(qū)域的耐壓值由空乏區(qū)的縱向?qū)挾葲Q定。
因為p型保護(hù)環(huán)的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為相對較高的值，并且因而空乏層稍微延伸進(jìn)入p型保護(hù)環(huán)。因此，周邊區(qū)域的空乏區(qū)的縱向?qū)挾然旧系扔谥苓叞雽?dǎo)體層的層厚減去p型保護(hù)環(huán)的深度所得到的值。另一方面，單元區(qū)域的空乏區(qū)的縱向?qū)挾鹊扔诎雽?dǎo)體層的層厚，即SJ結(jié)構(gòu)的縱向?qū)挾葴p去p型基體區(qū)的深度所得到的寬度。
p型基體區(qū)和p型保護(hù)環(huán)在深度上基本上彼此相等，因此，單元區(qū)域的空乏區(qū)的縱向?qū)挾然旧系扔谥苓厖^(qū)域的空乏區(qū)的縱向?qū)挾?。如果p型基體區(qū)的深度被不必要地增加，則周邊區(qū)域的耐壓值可以被設(shè)定為高于單元區(qū)域的耐壓值，但是，卻犧牲了單元區(qū)域的耐壓值。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的局限性在于周邊區(qū)域的耐壓值最大限度只能被增加至等于單元區(qū)域的耐壓值，并且它不能增加至高于單元區(qū)域的耐壓值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種包括周邊區(qū)域和單元區(qū)域的半導(dǎo)體器件，其中，所述周邊區(qū)域和單元區(qū)域被形成為前者的耐壓值高于后者的耐壓值。
另一個目的是提供一種不是通過降低單元區(qū)域的耐壓值而是通過增加周邊區(qū)域的耐壓值而具有上述關(guān)系的半導(dǎo)體器件。
為了達(dá)到上述目的，半導(dǎo)體器件包括在其內(nèi)形成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組的單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域的周邊的周邊區(qū)域。所述半導(dǎo)體器件具有從所述單元區(qū)域連續(xù)形成至所述周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層。所述半導(dǎo)體器件還設(shè)置有覆蓋所述周邊區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體層的表面的絕緣層。此外，所述半導(dǎo)體器件還設(shè)置有覆蓋在單元區(qū)域側(cè)的至少絕緣層的表面的導(dǎo)體層。在單元區(qū)域的半導(dǎo)體層的下區(qū)域形成沿層厚方向延伸并且包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一部分區(qū)域和沿層厚方向延伸并且包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二部分區(qū)域的組合。所述組合在與層厚方向垂直的平面內(nèi)被重復(fù)形成。在半導(dǎo)體層的下區(qū)域形成SJ結(jié)構(gòu)。在周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層內(nèi)形成包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體上層和包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體下層，其中半導(dǎo)體下層的雜質(zhì)濃度低于構(gòu)成單元區(qū)域的組合的第一部分區(qū)域。導(dǎo)體層與構(gòu)成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組的表面?zhèn)壬系闹麟姌O相連。
例如，第一部分區(qū)域和第二部分區(qū)域被設(shè)計成薄板形、四角柱形或六角柱形。柱形的第二部分區(qū)域可以分散布置于在與層厚方向垂直的平面內(nèi)寬廣延伸的第一部分區(qū)域內(nèi)。簡而言之，只要第一部分區(qū)域和第二部分區(qū)域的組合在與層厚方向垂直的平面內(nèi)沿至少一個方向被重復(fù)設(shè)置就足夠了。
形成于單元區(qū)域內(nèi)的豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元的類型不限于特定一種。例如，MOSFET(金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)或SBT(肖特基二極管)等可適合用作豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元。構(gòu)成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元的柵電極可由溝槽型和平面型中的任一種而形成。
因為豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元形成于半導(dǎo)體器件的單元區(qū)域中，所以沿豎直方向形成一對主電極。因此，半導(dǎo)體器件的耐壓值由沿豎直方向可保持的電勢差來決定。在所述半導(dǎo)體器件內(nèi)，周邊半導(dǎo)體下層的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度被設(shè)定為低于單元區(qū)域的第一部分區(qū)域的雜質(zhì)濃度，因此空乏層可在所述半導(dǎo)體下層內(nèi)沿橫向?qū)拸V延伸。因此，在所述半導(dǎo)體下層內(nèi)，電勢差可沿橫向得到充分保持，并且因而，周邊區(qū)域的耐壓值由沿豎直方向所形成的空乏區(qū)的寬度來決定。在周邊半導(dǎo)體下層的表面上形成具有與半導(dǎo)體下層相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體上層。因此，空乏層不僅可以延伸至半導(dǎo)體下層而且可以延伸至半導(dǎo)體上層，由此周邊區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾鹊扔谥苓叞雽?dǎo)體下層與周邊半導(dǎo)體上層的總寬度。
另一方面，單元區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾然旧系扔赟J結(jié)構(gòu)形成于其內(nèi)的下部分區(qū)域的層厚。因此，同周邊區(qū)域與單元區(qū)域之間空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾缺容^的話，周邊區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾却笥谝欢〝?shù)量，所述數(shù)量對應(yīng)于半導(dǎo)體層的層厚減去SJ結(jié)構(gòu)形成于其內(nèi)的下部分的層厚。換句話說，周邊區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾却笥谝欢〝?shù)量，所述數(shù)量對應(yīng)于SJ結(jié)構(gòu)的表面與半導(dǎo)體層的表面之間的距離。因此，可以獲得一種半導(dǎo)體器件，其中周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值。此外，借助于在周邊區(qū)域的表面?zhèn)鹊慕^緣層形成一個導(dǎo)體層，由此緩和趨向于集中在單元區(qū)域和周邊區(qū)域之間邊界附近(通常為存在于邊界附近的半導(dǎo)體區(qū)域的具有大曲率的位置處)的電場集中。因此，通過導(dǎo)體層的存在，可以防止半導(dǎo)體器件的耐壓值在邊界附近受到限制的情況。也就是說，單元區(qū)域和周邊區(qū)域的耐壓值由其空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾葲Q定，而與單元區(qū)域與周邊區(qū)域之間邊界處的電場集中無關(guān)。對于這樣的周邊區(qū)域而言，即其的空乏區(qū)沿豎直方向的寬度大于單元區(qū)域的，則所述周邊區(qū)域的耐壓值高于所述單元區(qū)域的耐壓值。此外，單元區(qū)域與周邊區(qū)域之間耐壓值幅度的關(guān)系不是通過降低單元區(qū)域的耐壓值而是通過增加周邊區(qū)域的耐壓值而實現(xiàn)。
優(yōu)選的是，半導(dǎo)體上層延伸至單元區(qū)域的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的上側(cè)。換句話說，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體上層被形成為覆蓋周邊半導(dǎo)體下層的表面和單元區(qū)域的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的表面。
例如，單元區(qū)域的半導(dǎo)體上層被用作半導(dǎo)體開關(guān)單元的基體層等。如上所述，周邊區(qū)域的半導(dǎo)體上層被用作為有助于增加耐壓值的半導(dǎo)體層。因此，一個半導(dǎo)體上層既可用作在單元區(qū)域側(cè)起作用的半導(dǎo)體層又可用作在周邊區(qū)域側(cè)又起作用的半導(dǎo)體層。不需要在單元區(qū)域側(cè)和周邊區(qū)域側(cè)分別制造各半導(dǎo)體層，并且兩種作用可以通過制造一個半導(dǎo)體上層而實現(xiàn)。因此，可以理解的是，上述半導(dǎo)體器件具有可以容易制造的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的是，在延伸至超級結(jié)結(jié)構(gòu)上側(cè)的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體上層內(nèi)，形成包含高濃度第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的源極區(qū)和溝槽式柵電極，其中所述溝槽式柵電極經(jīng)過一個柵電極絕緣膜面對半導(dǎo)體上層用來將源極區(qū)和第一部分區(qū)域彼此隔離。根據(jù)情況需要，在所述單元區(qū)域的半導(dǎo)體上層內(nèi)可形成包含環(huán)繞源極區(qū)的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的基體區(qū)。柵電極電壓的閾值可通過形成基體區(qū)而調(diào)節(jié)至期望的值。通過提供上述結(jié)構(gòu)，形成于單元區(qū)域內(nèi)的豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元用作為具有溝槽式柵電極的MOSFET。
在這種情況下，單元區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾鹊扔趶臏喜凼綎烹姌O的底面到半導(dǎo)體層的背面的寬度。因此，周邊區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾缺葐卧獏^(qū)域的空乏區(qū)的寬度大一定數(shù)量，所述數(shù)量對應(yīng)于溝槽式柵電極的深度方向?qū)挾?。因此，可以獲得一種半導(dǎo)體器件，其中周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值。
本申請人已經(jīng)發(fā)明了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述半導(dǎo)體器件具有單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域周邊的周邊區(qū)域，其中在所述單元區(qū)域內(nèi)形成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組。所述制造方法適合用于制造上述半導(dǎo)體器件。
所述半導(dǎo)體器件制造方法包括以下步驟制備從單元區(qū)域連續(xù)延伸至周邊區(qū)域的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，以及形成從半導(dǎo)體層的表面延伸至半導(dǎo)體層的背面的溝槽組。此外，所述制造方法還包括將第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻入到半導(dǎo)體層的暴露表面。所述制造方法還包括去除摻有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體層的表面鄰近區(qū)域，并且將包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體填充入所述溝槽組。
根據(jù)上述制造方法，通過在單元區(qū)域內(nèi)形成溝槽組，多個夾在相鄰溝槽之間的半導(dǎo)體層(或彼此遠(yuǎn)離而存在的半導(dǎo)體層)被設(shè)計成從其側(cè)面至其深層部分的距離很短。因此，通過進(jìn)行所述摻入步驟，單元區(qū)域內(nèi)的多個半導(dǎo)體層易從用來限定在兩側(cè)形成于其上的溝槽的側(cè)面滲有雜質(zhì)直至其深層部分。因此，通過調(diào)節(jié)雜質(zhì)的摻入量，夾在相鄰溝槽之間的單元區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度得到增加。另一方面，關(guān)于周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層，雜質(zhì)從表面摻入到預(yù)定距離，但是，不可能將雜質(zhì)摻入直至深層部分。
接下來，摻有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體層的表面鄰近區(qū)域被去除，由此，在周邊區(qū)域內(nèi)形成半導(dǎo)體層，在所述半導(dǎo)體層內(nèi)雜質(zhì)濃度沒有變化。因此，可以達(dá)到這種狀態(tài)，即單元區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)濃度高而周邊區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)濃度低。接下來，通過將包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體填充入所述溝槽組，SJ結(jié)構(gòu)形成于單元區(qū)域內(nèi)。通過這些步驟，可以獲得這樣的半導(dǎo)體層，即在其內(nèi)SJ結(jié)構(gòu)形成于單元區(qū)域中，并且在周邊區(qū)域內(nèi)形成所包含雜質(zhì)的濃度低于構(gòu)成SJ結(jié)構(gòu)的一部分區(qū)域的雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體層。
優(yōu)選的是，摻入步驟中包含退火處理，還包括將半導(dǎo)體層的暴露表面暴露在包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體中。
通過使用包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體，期望濃度的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)很容易摻入到半導(dǎo)體層的表面和用于限定溝槽組的半導(dǎo)體層的側(cè)面，即半導(dǎo)體層的所有暴露表面。
此外，可以獲得用于隨后填充步驟的腔室，因此，所述方法在制造成本上很有利。
優(yōu)選的是，還提供一個步驟，即去除包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)、覆蓋半導(dǎo)體層的表面的半導(dǎo)體以暴露在填充步驟進(jìn)行之后填充好的溝槽組。此外，優(yōu)選的是，還提供一個步驟，即在所述去除步驟進(jìn)行之后，在半導(dǎo)體層和包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的填充溝槽組的表面上通過晶體成長形成包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體層。
通過增加上述步驟，可以獲得包含期望雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體上層。例如，可以獲得對于形成空乏區(qū)、緩和電場集中等最佳的半導(dǎo)體上層。當(dāng)在溝槽組內(nèi)填充半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體上層可以一體被形成，并且可以省略去除步驟。在這種情況下，步驟數(shù)可以減少，因此，所述方法在制造成本上很有利。
周邊區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾瓤梢员辉O(shè)定為大于單元區(qū)域的空乏區(qū)的豎直方向?qū)挾?。因此，可以獲得一種半導(dǎo)體器件，其中周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值。


閱讀下面的說明、權(quán)利要求書和附圖，將可以最好地理解其它目的、特征和優(yōu)勢，其中圖1是一個剖視圖，其顯示了一個實施例的主要部分；圖2是沿圖1中的線II-II的橫斷面視圖；圖3顯示了所述實施例的周邊區(qū)域的電勢分布；圖4顯示了周邊半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的離散度和耐壓值之間的關(guān)系；圖5顯示了根據(jù)一個對比例的周邊區(qū)域的電勢分布；圖6是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟1的圖；圖7是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟2的圖；圖8是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟3的圖；
圖9是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟4的圖；圖10是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟5的圖；圖11是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟6的圖；圖12是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟7的圖；和圖13是一個顯示半導(dǎo)體器件制造過程中步驟8的圖。
具體實施例方式
下面將參考

優(yōu)選實施例。
首先將說明一個實施例的主要特征。
(第一特征)半導(dǎo)體器件具有單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域周邊的周邊區(qū)域，其中在所述單元區(qū)域內(nèi)形成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組。單元區(qū)域具有SJ結(jié)構(gòu)。周邊單元設(shè)置有半導(dǎo)體下層，所述半導(dǎo)體下層包含雜質(zhì)，其的濃度低于構(gòu)成單元區(qū)域的SJ結(jié)構(gòu)的一部分區(qū)域中雜質(zhì)的濃度。在周邊半導(dǎo)體下層的表面上設(shè)置與所述半導(dǎo)體下層相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體上層。在所述半導(dǎo)體上層的表面上設(shè)置絕緣層。在所述絕緣層的表面上設(shè)置導(dǎo)體層，以至于其與豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組的表面?zhèn)壬系闹麟姌O相連。所述導(dǎo)體層被形成為從單元區(qū)域側(cè)延伸至周邊。
(第二特征)存在沿SJ結(jié)構(gòu)的重復(fù)方向的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(在所述實施例中，下面將稱為“邊界n型柱”)，其具有與SJ結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電型部分區(qū)域基本上相同的雜質(zhì)濃度，并且具有比其它第一導(dǎo)電型部分區(qū)域更小的寬度。
(第三特征)半導(dǎo)體上層以平面形式延伸(二維)。
(第四特征)半導(dǎo)體上層覆蓋在周邊半導(dǎo)體下層的整個表面上。
(第五特征)半導(dǎo)體上層的雜質(zhì)濃度基本上等于p型柱的雜質(zhì)濃度。
圖1是一個剖視圖，其顯示了單元區(qū)域(cell region)和周邊區(qū)域(peripheral region)之間的邊界附近的主要部分。圖2是沿圖1中的線II-II的橫斷面視圖。圖1中縱向剖視圖是沿圖2中的線I-I獲得的。如圖2中所示，所述橫斷面視圖顯示了半導(dǎo)體器件的一角部的附近。所述實施例使用由硅作為主要成分形成的半導(dǎo)體，但是，其它半導(dǎo)體材料可以用于代替硅。
如圖1和2中所示，所述半導(dǎo)體器件具有單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域周邊的周邊區(qū)域，在所述單元區(qū)域內(nèi)形成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組(在所述實施例中稱為SJ-MOSFET組)。周邊區(qū)域形成單元區(qū)域的回路。半導(dǎo)體器件設(shè)置有從單元區(qū)域連續(xù)形成至周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層22。在周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層22的表面上涂覆一個場氧化層54(絕緣層的一個例子)。例如，場氧化層54的層厚被設(shè)定為大約1至1.5μm。在場氧化層54的表面的至少單元區(qū)域側(cè)涂覆一場極板42a(field plate)。場極板42a被設(shè)置成從單元區(qū)域側(cè)延伸至周邊。場極板42a是源電極42的一部分，并且它表示在場氧化層54的表面上延伸的一部分。在周邊側(cè)的場極板42a的延伸長度沒有特別地限制，并且場極板42a在表面?zhèn)壬弦詫τ陔妶龅木徍妥罴训拈L度被形成。
在單元區(qū)域的半導(dǎo)體層22的下面區(qū)域內(nèi)在一個與層厚方向垂直的平面內(nèi)，重復(fù)形成沿層厚方向(圖1中繪圖面的豎直方向)延伸的n型柱27(第一部分區(qū)域的一個例子)和沿層厚方向延伸的p型柱25(第二部分區(qū)域的一個例子)的組合，由此構(gòu)成所謂的SJ結(jié)構(gòu)。與層厚方向垂直的平面對應(yīng)于圖2中的橫斷面視圖。在所述實施例中，n型柱25和p型柱27可以認(rèn)為具有基本上為薄板的形狀，并且它們的組合在圖2中的繪圖面上沿左右方向重復(fù)。在單元區(qū)域和周邊區(qū)域之間的邊界上形成邊界n型柱26以至于其的寬度小于其它n型柱27的寬度。邊界n型柱26的存在可以通過后面將要說明的制造方法來理解。在所述實施例中，從邊界n型柱26和相鄰p型柱25之間的邊界延伸至中心側(cè)的內(nèi)部分將被稱為單元區(qū)域，并且從相關(guān)的邊界延伸至外部的外部分將被稱為周邊區(qū)域。所述區(qū)別不必受到特別的限制，并且邊界n型柱26可以包含單元區(qū)域。
在周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層22內(nèi)形成n-型半導(dǎo)體下層23和p-型降低表面電場(RESURF)層52(半導(dǎo)體上層的一個實例)。半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度低于構(gòu)成SJ結(jié)構(gòu)的n型柱27的雜質(zhì)濃度。例如，在200V耐壓值系統(tǒng)中，半導(dǎo)體層23的層厚值被設(shè)定為大約10至13μm。降低表面電場層52的層厚值被設(shè)定為大約1至3μm。在位于從周邊區(qū)域更靠外的位置(未示出)的部分上可以形成另一結(jié)構(gòu)。例如，絕緣隔離槽、通道截斷區(qū)域等可例如被設(shè)置為另一結(jié)構(gòu)。
接下來，將說明單元區(qū)域的結(jié)構(gòu)。降低表面電場層52從周邊區(qū)域在單元區(qū)域的半導(dǎo)體層22的上區(qū)域內(nèi)被連續(xù)形成?；蛘?，降低表面電場層52可被形成為延伸至SJ結(jié)構(gòu)的上側(cè)。在降低表面電場層52的表面部分上形成p型基體區(qū)31?；w區(qū)31的雜質(zhì)濃度高于降低表面電場層52的雜質(zhì)濃度?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)基體區(qū)31的雜質(zhì)濃度而調(diào)節(jié)柵電極電壓的閾值。在基體區(qū)31的表面部分上選擇性地形成n+型源極區(qū)(source region)37和p+型基體接觸區(qū)39?；w接觸區(qū)39中位于單元區(qū)域的最外周邊的基體接觸區(qū)將被稱為最外周邊基體接觸區(qū)39a以將其與其它基體接觸區(qū)39區(qū)分開。溝槽式柵電極(trench gate electrode)34被形成為穿過基體區(qū)31和降低表面電場層52，源極區(qū)37和n型柱27通過基體區(qū)31和降低表面電場層52而彼此遠(yuǎn)離。溝槽式柵電極34由柵電極絕緣膜32覆蓋。源極區(qū)37和基體接觸區(qū)39與源電極42電連接。源電極42和溝槽式柵電極34通過層間絕緣膜36彼此相互電絕緣。半導(dǎo)體層22的背面上形成以平面形式(二維)展開的n+型漏極層21。漏極層21附著在從單元區(qū)域延伸至周邊區(qū)域的區(qū)域上而連續(xù)形成。在漏極層21的背面上形成與漏極層21電連接的漏電極D。漏極層21包含高濃度的雜質(zhì)，并且基本上可以認(rèn)為它是導(dǎo)體。
優(yōu)選的是，上述半導(dǎo)體器件的各組成部件的雜質(zhì)濃度根據(jù)下述值而制造。
優(yōu)選的是，n型柱27和p型柱25的雜質(zhì)量彼此相互電荷平衡。SJ結(jié)構(gòu)的區(qū)域可優(yōu)選被空乏。為了降低其導(dǎo)通電阻，優(yōu)選的是，n型柱27設(shè)計成具有很高的濃度。在所述實施例中，例如，n型柱27的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為滿足RESURF(降低表面電場)狀態(tài)的值。
優(yōu)選的是，周邊半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為低于n型柱27的雜質(zhì)濃度。在半導(dǎo)體下層23中，空乏層可以沿橫向?qū)拸V地延伸。優(yōu)選的是，半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為n型柱27雜質(zhì)濃度的1/10或更低。在這種情況下，如后面將要說明，即使當(dāng)半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度被分散時，也可以抑制周邊區(qū)域中耐壓值的降低。在所述實施例中，例如，半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為5×1014cm-3。
優(yōu)選的是，降低表面電場層52的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為5×1015cm-3或更小。在所述實施例中，例如，它被設(shè)定為3×1015cm-3。
圖3顯示了半導(dǎo)體器件截止時的電勢分布。從圖3中很顯然的是，通過提供具有較低雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體下層23，空乏層在半導(dǎo)體下層23中沿橫向?qū)拸V地延伸，因此，在半導(dǎo)體下層23的寬廣范圍上形成電勢分布。因此，電勢差可以在周邊區(qū)域內(nèi)沿橫向得到充分保持，并且因而，周邊區(qū)域的耐壓值由沿豎直方向所形成的空乏區(qū)的寬度來決定。此外，場極板42a形成于周邊區(qū)域的單元區(qū)域側(cè)上，因此，在最外周邊基體接觸區(qū)39a的具有大曲率的位置(39b)處和在基體區(qū)31的具有大曲率的位置(31b)處的電場集中得到緩和。因此，在半導(dǎo)體器件內(nèi)在這些彎曲位置(39b、31b)處沒有發(fā)生擊穿。因為耐壓值不受彎曲位置(39b、31b)的限制，因此，單元區(qū)域和周邊區(qū)域的耐壓值由其空乏區(qū)的豎直方向的寬度決定。與其它區(qū)域相比，電場更多地集中于場極板42a端部分的下側(cè)的降低表面電場層52內(nèi)。但是，降低表面電場層52的雜質(zhì)濃度非常低，因此，在所述區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)生擊穿。
在所述半導(dǎo)體器件內(nèi)，降低表面電場層52形成于周邊區(qū)域的半導(dǎo)體下層23的表面上。因此，如圖3中所示，空乏層在降低表面電場層52內(nèi)延伸。因為空乏區(qū)也在周邊區(qū)域內(nèi)形成于降低表面電場層52內(nèi)，因此周邊區(qū)域的空乏區(qū)沿豎直方向的寬度等于半導(dǎo)體下層23和降低表面電場層52的總寬度。另一方面，如圖3中所示，單元區(qū)域的空乏區(qū)沿豎直方向的寬度等于從溝槽式柵電極34的底面到漏極層21的表面的寬度，即基本上等于SJ結(jié)構(gòu)豎直方向的寬度。因此，周邊區(qū)域的空乏區(qū)沿豎直方向的寬度比單元區(qū)域的空乏區(qū)的寬度大一定數(shù)量，所述數(shù)量對應(yīng)于從溝槽式柵電極34的底面到降低表面電場層52的表面的寬度(圖1中所示寬度W)。因此，周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值。具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，周邊區(qū)域的耐壓值可以提高到281V，而同時單元區(qū)域的耐壓值等于245V。
在所述實施例的半導(dǎo)體器件中，單元區(qū)域的耐壓值與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本上相同。但是，所述實施例的成功之處在于通過形成具有低濃度的周邊半導(dǎo)體層23、降低表面電場(RESURF)層52和場極板42a而增加了周邊區(qū)域的耐壓值。所述實施例已經(jīng)成功通過增加周邊區(qū)域的耐壓值而實現(xiàn)“單元區(qū)域＜周邊區(qū)域”的耐壓值關(guān)系。因為周邊區(qū)域的耐壓值被設(shè)定為高于單元區(qū)域的耐壓值，所以當(dāng)進(jìn)行抗L負(fù)載電涌擊穿能力測試等時，可以優(yōu)先在具有更大面積的單元區(qū)域中引起擊穿。因此，可以降低每單位面積的雪崩能量，因而可以抑制半導(dǎo)體器件被破壞的情況。
此外，因為例如制造公差等的原因，所以所述實施例具有如下優(yōu)勢即使在周邊半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度被分散時仍然可以抑制周邊區(qū)域的耐壓值的降低。
圖4顯示了當(dāng)半導(dǎo)體下層23的雜質(zhì)濃度變化時周邊區(qū)域的耐壓值的變化。當(dāng)雜質(zhì)濃度被設(shè)定為比所述實施例的雜質(zhì)濃度(5×1014cm-3)高10％(+10％)的值時，耐壓值等于279V。此外，當(dāng)雜質(zhì)濃度被設(shè)定為比所述實施例的雜質(zhì)濃度低10％(-10％)的值時，耐壓值等于284V。即使當(dāng)±10％的偏差出現(xiàn)時，周邊區(qū)域的耐壓值也僅僅稍微變化。這意味著允許存在制造公差，因此半導(dǎo)體器件可以以很高的產(chǎn)量制造。所述實施例的半導(dǎo)體器件的優(yōu)點還表現(xiàn)在制造的容易性方面。
圖5是一個剖視圖，其顯示了根據(jù)一個修改例的半導(dǎo)體器件的主要部分并且顯示了半導(dǎo)體器件截止時的電勢分布。在所述修改例中，降低表面電場(RESURF)層52的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為等于構(gòu)成SJ結(jié)構(gòu)的p型柱25的雜質(zhì)濃度。此外，場極板42a設(shè)置為以很長的距離延伸到周邊。在所述修改例中，它形成為以28μm的長度延伸到周邊。
如參考后面所說明的制造方法，當(dāng)p型柱25通過嵌入式外延生長而被形成時，所述修改例的降低表面電場層52可被一體制造而獲得。因此，所述方法具有制造步驟數(shù)很小的優(yōu)勢。在這種情況下，周邊區(qū)域的耐壓值等于265V。因此，盡管與所述實施例相比所述修改例的周邊區(qū)域的耐壓值較低，但是，可以實現(xiàn)周邊區(qū)域的耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值(245V)的關(guān)系。因此，所述修改例可以實現(xiàn)關(guān)于耐壓值的“單元區(qū)域＜周邊區(qū)域”的關(guān)系。根據(jù)所述修改例，可以同時實現(xiàn)制造成本的降低和周邊區(qū)域的耐壓值的增加。
接下來將參看圖6至13說明根據(jù)上述實施例的半導(dǎo)體器件的主要制造過程。應(yīng)該明白的是，用于說明制造方法的附圖示例沒有按比例繪制。
首先，如圖6中所示，制備一個半導(dǎo)體層體，在其內(nèi)，在n+型半導(dǎo)體基片121(包含高濃度的雜質(zhì)，并且基本上可以認(rèn)為它是導(dǎo)體)的表面上形成n-型半導(dǎo)體層122。例如，所述半導(dǎo)體層體可以通過從半導(dǎo)體基片121的表面外延生長半導(dǎo)體層122而獲得。
接下來，如圖7中所示，通過使用光刻蝕技術(shù)等，在半導(dǎo)體層122的中心側(cè)的預(yù)定區(qū)域內(nèi)形成從半導(dǎo)體層122的表面延伸至半導(dǎo)體基片121的一組溝槽122a。溝槽組122a可以通過使用諸如RIE的干蝕刻(各向異性蝕刻)技術(shù)等形成，由此形成多個半導(dǎo)體層127以至于各半導(dǎo)體層127夾在相鄰的溝槽122a之間。換句話說，多個半導(dǎo)體層127以彼此相互間隔的方式而被形成。關(guān)于中心側(cè)區(qū)域內(nèi)的多個半導(dǎo)體層127，從側(cè)面至深層部分(deepportion)的距離很短。另一方面，關(guān)于周邊側(cè)的半導(dǎo)體層123，從側(cè)面至深層部分的距離很長。中心側(cè)區(qū)域內(nèi)的多個半導(dǎo)體層127將用作具有SJ結(jié)構(gòu)的n型柱，并且在周邊側(cè)的半導(dǎo)體層123將用作周邊半導(dǎo)體下層。
接下來，如圖8所示使用包含氫化磷(PH3)的氣體實現(xiàn)氣相擴(kuò)散方法。當(dāng)半導(dǎo)體層體暴露在氣體中時，雜質(zhì)穿過半導(dǎo)體層122的表面和用于限定溝槽122a的半導(dǎo)體層122的側(cè)面，即半導(dǎo)體層122的暴露表面而摻入到半導(dǎo)體層122。雜質(zhì)被各向同性地擴(kuò)散和摻雜。關(guān)于中心側(cè)區(qū)域中的多個半導(dǎo)體層127，從限定溝槽122a的各半導(dǎo)體層127的側(cè)面至其深層部分的距離很短，因此雜質(zhì)被摻入半導(dǎo)體層127的深層部分，其中溝槽122a形成于相關(guān)半導(dǎo)體層127的兩側(cè)。可以通過調(diào)節(jié)摻入深度至半導(dǎo)體層寬度的一半或更多而將雜質(zhì)摻入中心側(cè)區(qū)域內(nèi)的各半導(dǎo)體層127的整個基體。因此，與其制備階段中半導(dǎo)體層127的雜質(zhì)濃度相比，中心側(cè)區(qū)域中內(nèi)的半導(dǎo)體層127的雜質(zhì)濃度均勻增加。另一方面，關(guān)于在周邊側(cè)的半導(dǎo)體層123，雜質(zhì)從側(cè)面摻入至預(yù)定距離部分，但是，雜質(zhì)沒有摻入直至深層部分?？梢允褂眯毕螂x子植入(oblique ionimplanting)法、固相擴(kuò)散法或它們的組合來代替氣相擴(kuò)散方法。
接下來，如圖9中所示，半導(dǎo)體層122的表面被拋光以去除在其內(nèi)摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體層122的表面附近的摻入雜質(zhì)的區(qū)域，由此，雜質(zhì)濃度很高并且彼此分離的多個半導(dǎo)體127形成于中心側(cè)區(qū)域內(nèi)。此外，雜質(zhì)濃度沒有變化的半導(dǎo)體層123形成于周邊側(cè)上。寬度基本上為在中心側(cè)上各其它半導(dǎo)體層127的一半寬度的n型區(qū)域126形成于中心側(cè)區(qū)域的最外周邊側(cè)(或者它可以被認(rèn)為是周邊側(cè)半導(dǎo)體層123最內(nèi)周邊區(qū)域)。n型區(qū)域126用作圖1中所示的邊界n型柱26。換句話說，通過使用上述制造方法形成的半導(dǎo)體器件必須設(shè)置有n型區(qū)域126，所述區(qū)域具有與其它n型柱基本上相同的濃度，并具有比沿SJ結(jié)構(gòu)的重復(fù)方向在所述區(qū)域內(nèi)延伸的其它n型柱的寬度更小的寬度。可以斷定，當(dāng)這種n型區(qū)域126存在時，就可以使用上述制造方法。
接下來，如圖10中所示，p型半導(dǎo)體129通過嵌入式外延生長形成于溝槽組122a內(nèi)。進(jìn)行嵌入式外延生長直至半導(dǎo)體層123、127的表面被半導(dǎo)體129覆蓋。
接下來，如圖11中所示，覆蓋半導(dǎo)體層123、127的表面的半導(dǎo)體129的部分被拋光以暴露半導(dǎo)體層123、127和填充的溝槽組125，由此獲得n型部分區(qū)域和p型部分區(qū)域的組合重復(fù)形成的結(jié)構(gòu)，即SJ結(jié)構(gòu)。
接下來，如圖12中所示，p-型降低表面電場(RESURF)層152在SJ結(jié)構(gòu)和周邊半導(dǎo)體層123的表面上外延生長。
接下來，通過使用一種現(xiàn)有的制造方法或?qū)Ρ绢I(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的制造技術(shù)，溝槽式柵電極134、源極區(qū)137、基體接觸區(qū)139等的各結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步形成為連接SJ結(jié)構(gòu)所形成的部分。此后，場氧化膜、場極板、漏電極等形成，由此獲得所述實施例的半導(dǎo)體器件。
在上述制造方法中，圖12中所示外延生長p-型RESURF層152的步驟可以省略。也就是說，如圖10中所示，在通過嵌入式外延生長而形成半導(dǎo)體129時形成覆蓋在所述半導(dǎo)體層(123、127)的表面上的半導(dǎo)體129的部分被拋光，以至于使厚度與RESURF層152相同，因而可以省略所述外延生長步驟。在這種情況下，制造步驟數(shù)可以減少，并且制造成本可以降低。
上述實施例僅僅是本發(fā)明的示例，因此，本發(fā)明并不限于上述實施例。在不脫離本發(fā)明的主題的條件下，可對上述實施例進(jìn)行各種修改和改變。
此外，說明書和附圖的技術(shù)部分單獨或組合顯示技術(shù)實用性，并且本發(fā)明并不限于說明書、附圖和權(quán)利要求書中所述的組合。此外，本說明書和附圖中公開的技術(shù)可以同時達(dá)到多個目的，并且達(dá)到這些目的之一也具有技術(shù)實用性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包含其內(nèi)形成有豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組的單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域的周邊的周邊區(qū)域，包括從所述單元區(qū)域連續(xù)形成至所述周邊區(qū)域的半導(dǎo)體層；覆蓋所述周邊區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體層的表面的絕緣層；和至少覆蓋所述單元區(qū)域側(cè)的絕緣層表面的導(dǎo)體層，其中，在所述單元區(qū)域的所述半導(dǎo)體層的下區(qū)域內(nèi)形成一種超級結(jié)結(jié)構(gòu)；在所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)，在與層厚方向垂直的平面內(nèi)重復(fù)形成沿層厚方向延伸并且包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一部分區(qū)域與沿層厚方向延伸并且包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二部分區(qū)域的組合；在周邊區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體層內(nèi)形成包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體上層和包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體下層，其中所述半導(dǎo)體下層的雜質(zhì)濃度低于構(gòu)成所述單元區(qū)域的所述組合的所述第一部分區(qū)域，并且導(dǎo)體層與構(gòu)成豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組的表面?zhèn)壬系闹麟姌O相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體上層延伸至所述單元區(qū)域的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的上側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在延伸至超級結(jié)結(jié)構(gòu)的上側(cè)的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體上層內(nèi)形成源極區(qū)和溝槽式柵電極，其中，所述源極區(qū)包含高濃度的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，所述溝槽式柵電極通過一柵電極絕緣膜面對所述半導(dǎo)體上層，用來將所述源極區(qū)與所述第一部分區(qū)域彼此相互隔離。
4.一種半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述半導(dǎo)體器件具有其內(nèi)形成了豎直半導(dǎo)體開關(guān)單元組的單元區(qū)域和位于所述單元區(qū)域周邊的周邊區(qū)域，所述方法包括制備第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其從所述單元區(qū)域連續(xù)延伸至所述周邊區(qū)域；形成溝槽組，其從所述半導(dǎo)體層的表面延伸至所述半導(dǎo)體層的背面；將第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻入到所述半導(dǎo)體層的暴露表面中；去除摻有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的所述半導(dǎo)體層的表面鄰近區(qū)域；以及將包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料填充入所述溝槽組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，摻入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的步驟包含退火處理，并且還包括將半導(dǎo)體層的暴露表面暴露在包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，還包括在填充半導(dǎo)體材料之后，去除包含覆蓋半導(dǎo)體層表面的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料，以暴露填充的溝槽組；并且在去除之后，在半導(dǎo)體層和包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的填充后的溝槽組的表面上通過晶體成長形成包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體上層。
全文摘要
一種具有SJ結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其具有耐壓值高于單元區(qū)域的耐壓值的周邊區(qū)域。在周邊區(qū)域(23)的半導(dǎo)體層(22)內(nèi)形成包含第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體上層(52)和包含第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的半導(dǎo)體下層(23)，其中半導(dǎo)體下層的雜質(zhì)濃度低于構(gòu)成單元區(qū)域的組合的第一部分區(qū)域(25、27)。在所述半導(dǎo)體上層(52)的表面上形成場氧化層(54)。
文檔編號H01L21/822GK1790714SQ20051012949
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者山內(nèi)莊一, 服部佳晉, 岡田京子 申請人:株式會社電裝