10微米，相鄰溝槽之間預(yù)留的P-立柱210-P的立柱寬度約為3微米(作為示例，立柱寬度從2至5微米不等)。由于側(cè)壁和立柱210-P的傾斜角將不會對電荷平衡性能造成顯著影響，因此溝槽212-1和212-2的側(cè)壁具有很小的傾斜角β，例如85-88° (如果從相對垂直軸測量，傾斜角為2-5° )，而不是接近垂直的立柱，例如約為89-90°的立柱。
[0095]在圖3C中，生長Ν外延層215-Ν和Ρ外延層215-Ρ的交替薄層，覆蓋溝槽側(cè)壁和外延層210位于溝槽212-1和212-2周圍的頂面區(qū)域。生長完Ρ-外延層215-Ρ和相鄰于Ρ-外延層215-Ρ的Ν-外延層215-Ν之后，在溝槽中心部分附近留下一個小縫。用熱生長或沉積絕緣的縫隙填充物220填充這個很小的中心縫隙。在圖3D中，在Ρ-立柱210-Ρ的頂面和溝槽的頂面，進行化學(xué)機械拋光(CMP)工藝。在圖3Ε中，利用高溫從Ν+襯底205開始擴散重?fù)诫s的Ν-摻雜離子，進行Ν-擴散工藝，在本例中，在內(nèi)部覆蓋有外延層的溝槽的底部大約擴散5微米，并且還擴散到Ρ立柱210-Ρ的底部，則Ν-摻雜離子擴散進入外延層215-Ρ、215-Ν位于溝槽底部的區(qū)域和進入立柱210-Ρ底部以分別形成Ν+擴散底區(qū)205-Β和Ν+擴散立柱區(qū)205-C。該擴散過程可以將Ν和Ρ外延層215-Ν、215-Ρ的剩余部分改造成垂直納米管。如果正確選擇這些Ν和Ρ外延層215-Ν、215-Ρ以及立柱210-Ρ的電荷濃度，如圖2所示，那么最終將會獲得電荷平衡，這些垂直納米管可用于超級結(jié)應(yīng)用。如圖3Ε所示的擴散工藝的縱橫比較圖2更容易實現(xiàn)。
[0096]還可以利用Ρ型摻雜物注入，在襯底頂面上形成一個頂部Ρ+區(qū)130，以構(gòu)成高壓垂直二極管，如圖2所示類似。
[0097]從圖3F開始，表示一種有助于擴散工藝的可選方法，使用的是與圖3Α和3Β_1相同的第一步驟。然而，如圖3F所示，制成多個Ν和Ρ外延層215-Ν和215-Ρ之后，外延生長過程中止，溝槽中心處會留有一個縫隙或缺口，并通過進行垂直(各向異性)Ν+注入251，從而在裸露的外延層215-Ν和215-Ρ中形成Ν+區(qū)250，例如縫隙底部的外延層215-Ν和215-Ρ區(qū)域中摻雜了 Ν+注入離子251，外延層215-Ν和215-Ρ的頂部區(qū)域也摻雜了 Ν+注入離子251，如圖3G所示。還可以選擇首先在外延層215-Ν和215-Ρ最外一層的裸露表面上生長氧化層(圖中沒有表示出)，以便在注入過程中保護側(cè)壁，注入之后再除去氧化層。在圖3Η中，在溝槽的縫隙中繼續(xù)生長剩余的Ν和Ρ型外延層215-Ν和215-Ρ和照例沿中間預(yù)留的縫隙生長填充物220。利用CMP工藝處理除去多余的頂部材料，如外延層215-N和215-P的頂部區(qū)域，如圖31所示。在圖3J所示的擴散過程中，N+區(qū)250有助于形成N+擴散底區(qū)205-B和N+擴散立柱區(qū)205-C。
[0098]圖4表示單位晶胞301的可選結(jié)構(gòu)，單位晶胞301具有電荷平衡的交替N和P納米管315-N和315-P，由N-立柱310包圍，在中心處具有電介質(zhì)縫隙填充層320，位于N++襯底305上。在襯底305上方，還有一個N+擴散底區(qū)305-B和N+擴散立柱區(qū)305-C。這種簡化的納米管結(jié)構(gòu)比上述結(jié)構(gòu)更加易于制備。作為示例，N和P納米管315-N和315-P以及N-立柱310的寬度和摻雜濃度顯示在圖4中。對于圖4所示的實施例以及圖2至圖3所示的實施例來說，納米管和立柱是電荷平衡的。圖4A表示半導(dǎo)體功率器件300的有源區(qū)390，使用的是圖4所示的納米管單位晶胞301結(jié)構(gòu)。在本例中，功率器件300為溝槽MOSFET (與圖21所示的類似)。溝槽MOSFET具有溝槽多晶硅柵極350，柵極墊有柵極氧化層355，其沿著與P和N型立柱315-P和315-N呈90°的方向延伸，P_本體區(qū)360包圍著N+源極區(qū)370，P-本體區(qū)360中的P+本體接觸區(qū)380形成在源極區(qū)370之間的頂面附近。N+襯底305作為漏極。
[0099]參見圖4A-1至圖6，半導(dǎo)體功率器件300的端接區(qū)399的結(jié)構(gòu)具體配置在本實施例中，作為MOSFET。圖4A-1表示半導(dǎo)體器件300布局的俯視圖。有源區(qū)390占據(jù)了功率器件300的中心部分。源極金屬350-1和柵極金屬350-G的一部分在有源區(qū)390內(nèi)，分別構(gòu)成源極墊和柵極墊。功率器件300的其他部分被鈍化層302覆蓋。晶片上有源區(qū)以外的區(qū)域為端接區(qū)399。端接區(qū)399在有源區(qū)周圍構(gòu)成一個環(huán)，靠近功率器件300的邊緣。漏極在底邊上，因此從該頂部示意圖中沒有顯示。
[0100]圖4B表示圖4A-1所示的半導(dǎo)體功率器件300的端接區(qū)399的閉合剖面圖，配有上述圖4至4A所示的垂直納米管結(jié)構(gòu)，以獲得半導(dǎo)體功率器件300的高擊穿電壓。納米管可仍然處于電荷平衡，以實現(xiàn)高擊穿電壓。為了簡化，圖4B沒有表示出鈍化層。圖4B表示端接區(qū)開端的剖面圖。半導(dǎo)體功率器件300位于重?fù)诫sN型襯底上，重?fù)诫sN型襯底表示為紅磷襯底N++層305。納米管結(jié)構(gòu)的底部還包括N+擴散層305-B和N-立柱310的底部，具有N+立柱擴散層305-C，通過上述N++紅磷襯底305的擴散工藝制成。半導(dǎo)體功率器件還包括多個N-型薄外延層315-N和P-型薄外延層315-P。這些納米管具有的交替的N-外延層315-N，和形成在N-型立柱310之間的P-外延層315-P，作為垂直納米管，它們從被氧化物絕緣層330所覆蓋住的襯底的頂面開始，向下延伸到底部N+區(qū)305-B和N+襯底305。納米管結(jié)構(gòu)還包括一個中心縫隙填充物(輕摻雜硅或電介質(zhì)材料)320，大體形成在N-型和P-型納米管315-N和315-P之間的中心處。半導(dǎo)體功率器件300還包括P-本體區(qū)340，形成在納米管結(jié)構(gòu)的頂部。半導(dǎo)體功率器件300還包括多個多晶硅場板345，通過頂部金屬層350，電連接到P+區(qū)340，端接區(qū)最里面的金屬層350-1也電連接到半導(dǎo)體功率器件的源極區(qū)，而余下其他金屬層350則作為浮動金屬。P+區(qū)340短接P-型納米管315-P。最里面的金屬層350-1通常配置成在零伏時工作，而作為一個典型實施例，每個連續(xù)的浮動金屬層350都配置成承受大約50伏的電壓。每個納米管端接組都在有源區(qū)390附近構(gòu)成一個圍繞有源區(qū)390的環(huán)398。圖4B表示這兩種納米管端接組和第三個納米管端接組的一部分開端區(qū)域。每個納米管組的基本結(jié)構(gòu)(不包括P+區(qū)340、氧化物330、多晶硅場板345以及浮動金屬350)都與有源區(qū)390中的單位晶胞301相同，并且是同時形成。
[0101]圖5表示通過增大納米管超級結(jié)環(huán)398的數(shù)量，調(diào)節(jié)N-區(qū)306的摻雜濃度、場板345的電壓以及臺階狀的2步場板(two step field plate) 346，配有圖4至4B所示納米管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件300的整個端接區(qū)399的剖面圖。最后一個場環(huán)之后，形成最終的端接結(jié)構(gòu)397，包括形成2步場板346，該場板可利用多晶硅和金屬組合降低表面場；還形成場板區(qū)346，其電連接到劃線區(qū)(將在該處鋸割)，以便在鋸割后終止耗盡觸及晶片邊緣。在晶片邊緣還有一個N+通道終點370’。端接區(qū)399能夠承受高達(dá)760伏的擊穿電壓，如圖5所示帶有納米管超級結(jié)結(jié)構(gòu)的十個環(huán)以及最終的2步場板346邊緣結(jié)構(gòu)。所示的鈍化層380覆蓋大部分的端接區(qū)399。
[0102]圖6表示在最終的端接結(jié)構(gòu)397’中帶有可選場板設(shè)計的端接區(qū)399’的剖面圖；如圖5所示，使用三步替代兩步，用于制備場板346’ (代替346)，可以無需一個N型摻雜區(qū)作為N+通道終點370’。這些場板346’是通過熱生長的氧化層、多晶硅、沉積氧化物(含有硼酸的硅玻璃(BPSG)或四乙基原硅酸鹽(TE0S))以及金屬層組合而成，比圖5所示的最終的端接結(jié)構(gòu)397性能更佳，但是需要額外的制備工藝。
[0103]圖6A表示一種可選端接結(jié)構(gòu)399”的剖面圖。該結(jié)構(gòu)利用較寬溝槽(比有源區(qū)溝槽更寬)制成，在外延生長過程后，保留寬的縫隙。單位晶胞301’形成在溝槽中，與有源區(qū)的單位結(jié)構(gòu)301 (圖4)結(jié)構(gòu)類似，可以使用相同的工藝同時制備，但是要在中間保留一個較寬的縫隙。相鄰溝槽間有立柱，立柱和與其相鄰的納米管構(gòu)成硅島環(huán)361，被2-5微米的縫隙包圍，并用電介質(zhì)材料362填充縫隙，在硅島環(huán)頂面具有形成的浮動P-區(qū)363。浮動P-區(qū)跨過η型納米管和立柱，橋接ρ-型納米管。
[0104]這些硅島環(huán)361被電介質(zhì)材料362隔開，構(gòu)成浮動電容器366網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)等效電容值，將整個浮動Ρ-區(qū)363上的電壓進行分配。換言之，本發(fā)明所述的高壓端接可以利用被硅側(cè)壁電極分開的溝槽電容器366配置。作為示例，可以用氧化物和帶有多晶硅化合物(SIP0S)的二氧化硅填充寬縫隙362，以減小來自厚Si02的應(yīng)力，從而避免裂縫。在MOSFET/有源器件處理工藝之后，金屬化之前，可以通過刻蝕和外延填充或者作為有源區(qū)溝槽刻蝕和外延填充工藝的一部分，制備端接溝槽。
[0105]另一種可選端接結(jié)構(gòu)包括一個輕摻雜的P型外延區(qū)197，在有源器件區(qū)和端接結(jié)構(gòu)的納米管組之間包圍著有源器件，以降低電場，增大擊穿電壓。圖6B表示這種結(jié)構(gòu)399”’的一個示例。每個端接組198都與圖2所示的納米管填充溝槽結(jié)構(gòu)也即單位晶胞101類似，不帶頂部P型注入層130。端接結(jié)構(gòu)399”’包括一個含有多個納米管端接組198的環(huán)，如上所述，每個環(huán)都由N-型和P-型納米管115-N和115-P構(gòu)成。每個納米管組198還包括一個中心縫隙填充(輕摻雜的硅或電介質(zhì))120，形成在N-型和P-型納米管115-N和115-P之間的中心處。納米管端接組198構(gòu)成一系列的環(huán)，包圍著垂直納米管高壓(HV)MOSFET器件的有源區(qū)390，可以根據(jù)上述內(nèi)容配置有源區(qū)390。垂直納米管高壓(HV)MOSFET器件的有源區(qū)最好在納米管填充溝槽結(jié)構(gòu)101之間具有P-型立柱110，與圖2-1類似，使得納米管端接組和有源區(qū)納米管填充溝槽結(jié)構(gòu)可以在同一制備工藝中形成。在圖6B所示的示例中，垂直納米管高壓(HV)MOSFET器件最外面的單位晶胞301’表示在附圖的右側(cè)(有源區(qū))。端接結(jié)構(gòu)399”’包括一個設(shè)置在重?fù)诫sP區(qū)365’上方的場板345’，在最外面的單位晶胞301，上方。
[0106]端接組198可以忽略浮動P+區(qū)、場板以及金屬結(jié)構(gòu)，如圖4B、5、6和6A所示，N-型和ρ-型納米管115-N和115-P可以延伸到上方的氧化物絕緣層330。端接組198可以延伸到晶片邊緣。這與圖5和圖6所示的端接結(jié)構(gòu)不同，圖5和圖6中的納米管端接組398通過體現(xiàn)為承載結(jié)構(gòu)的端接結(jié)構(gòu)397的外延層306，遠(yuǎn)離晶片邊緣。輕摻雜P型外延區(qū)197包圍著有源器件區(qū)并且位于納米管組端接結(jié)構(gòu)和有源器件區(qū)之間，P型外延區(qū)197的摻雜濃度在lE14/cm3至2E14/cm3之間，其寬度遠(yuǎn)大于每個納米管端接組198的寬度。還可選擇，利用與制備立柱110相同的外延層，制備輕摻雜P型外延區(qū)197，立柱110在每個納米管端接組198之間和在有源器件區(qū)中納米管填充溝槽結(jié)構(gòu)101之間。在一個較佳實施例中，輕摻雜P型外延區(qū)197約為每個納米管端接組198寬度的5至10倍。輕摻雜P型外延區(qū)197從半導(dǎo)體的頂面開始，垂直延伸到與納米管一樣的深度，輕摻雜的N區(qū)105C從底部N+襯底105開始向上擴散，將輕摻雜P型外延區(qū)197和底部襯底分開。在一個實施例中，60微米寬的輕摻雜P型外延區(qū)197僅需要和2-3組納米管端接結(jié)構(gòu)相結(jié)合，就能為600V的器件提供令人滿意的端接效果。
[0107]在圖6C所示的一個可選實施例中，端接結(jié)構(gòu)399””具有一個輕摻雜的P型外延區(qū)197，在有源區(qū)中最外面的單位晶胞301’和端接組198之間，與圖6B所示的端接結(jié)構(gòu)399”’類似。端接結(jié)構(gòu)399””還包括一個相同導(dǎo)電類型(例如P+)的重?fù)诫s區(qū)365’，形成在最外面的單位晶胞301’和端接組198之間的區(qū)域197中，用作保護環(huán)。如圖6C所示，端接結(jié)構(gòu)399””還包括一個在P-區(qū)197上方的額外的場板345’連接到相同導(dǎo)電類型(例如P+)的重?fù)诫s區(qū)365’，重?fù)诫s區(qū)