365’形成在最外面的單位晶胞301’和端接組198之間的場(chǎng)板下方的區(qū)域197中，以提高器件的端接擊穿。
[0108]雖然，圖4B-圖6所示的端接區(qū)399和399’使用圖4所示的納米管單位晶胞301結(jié)構(gòu)，但相同的原理可以用于其他的電荷平衡納米管結(jié)構(gòu)，如圖2至圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0109]圖7A至7D表示本發(fā)明所述的半導(dǎo)體功率器件可選制備工藝的一系列剖面圖。由N-立柱315-N和P-立柱315-P構(gòu)成的納米管形成在一個(gè)單獨(dú)的輕摻雜N-型硅襯底305’中，不帶外延層。該結(jié)構(gòu)與圖2至圖3所示的結(jié)構(gòu)類似，但是沒有用于形成立柱的初始外延層。取而代之的是，納米管形成在輕摻雜的單晶襯底中。在圖7B中，MOSFET晶胞形成在頂面上，本體區(qū)343包圍著溝槽柵極342周圍的源極區(qū)341。在圖7B-1中，沉積電介質(zhì)層364(BPSG或TE0S)，在背部研磨等后續(xù)過程中保護(hù)頂面。在圖7C中，襯底305’的底部接地。在圖7D中，在襯底305’的底部，注入、沉積或外延生長N和N+區(qū)310-1和310-2。N區(qū)310-1與納米管、立柱的底部合并在一起，構(gòu)成納米管合并區(qū)。如果襯底底部制備的各層沒有重?fù)诫s需求，那么最好使用生長的方式形成。為了承載如圖2F所示的IGBT器件，可以將區(qū)域310-1和310-2分別制成N-緩沖和P+層。在形成MOSFET的背部N++層(對(duì)于IGBT器件來說，是N-緩沖和P+層)之后，頂面電介質(zhì)層364的圖案可以如圖7E所示，完成剩余的頂部處理(例如金屬鈍化)。還可選擇，如果背部工藝在足夠低的溫度下進(jìn)行，可以在背部工藝之前完成頂部工藝。
[0110]圖8A至8C表示在縫隙填充過程中，解決孔洞形成難題的制備工藝的一系列剖面圖。在圖8A中，溝槽308形成在N++襯底305上方的N-外延層310中，側(cè)壁相對(duì)于垂直軸呈現(xiàn)很大的傾斜角Θ。作為示例，傾斜角Θ可以是2-5度(如果相對(duì)于溝槽308的底面測(cè)量，呈85-88度)。在圖8B中，生長多個(gè)交替出現(xiàn)的N-摻雜外延層315-N和P-摻雜外延層315-P，覆蓋溝槽308的側(cè)壁和底面。溝槽中間部分會(huì)仍然帶有呈現(xiàn)一帶角度的縫隙308’。外延層的頂部可以在后期通過CMP工藝除去，為了簡便不再贅述。在圖8C中，用縫隙填充層820填充中間縫隙308’，縫隙填充層820可以是氧化物或本征硅，或者其他類型的電介質(zhì)材料。由于傾斜角結(jié)構(gòu)解決了摻雜納米管之間的縫隙填充時(shí)形成空洞的難題，因此可以更加簡便地進(jìn)行縫隙填充。圖8D表示如果側(cè)壁也是垂直的，縫隙填充過程可能存在的形成空洞問題；當(dāng)縫隙很窄時(shí)，該問題會(huì)惡化。
[0111]圖8E-8G表示本發(fā)明的可選實(shí)施例，利用不同寬度的溝槽和立柱，在外延生長后改善縫隙填充工藝。在圖8E中，溝槽有一個(gè)角度加(angle plus step)工藝，改變溝槽的寬度。在這種情況下，溝槽的傾斜角Θ無需很大。溝槽甚至可以是垂直的，利用改變溝槽寬度的工藝，簡化了縫隙填充過程。利用溝槽刻蝕工藝結(jié)合圖8F-8G所示的墊片，可以一步一步地修正溝槽寬度。在圖8F中，刻蝕部分溝槽。在圖8G中，在側(cè)壁上形成墊片，刻蝕另一部分溝槽，在溝槽中形成一個(gè)步階。作為示例，可以首先刻蝕溝槽深度的1/3，然后在0.1至1微米厚度范圍內(nèi)形成墊片。利用墊片，刻蝕溝槽的剩余部分，形成一個(gè)二階立柱(和溝槽)。增加一個(gè)墊片和刻蝕工藝，可以形成三種不同寬度的立柱。墊片可以由氧化物、氮化物或二者的組合(或等價(jià)材料)制成。
[0112]圖9A表示封閉式晶胞結(jié)構(gòu)的俯視圖，封閉式晶胞結(jié)構(gòu)在有源區(qū)490中含有多個(gè)納米管單位晶胞401，基本設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的中間部分。每個(gè)納米管單位晶胞401都包括N和P型立柱415-N和415-P的同心交替環(huán)，被N-型立柱410包圍，中心處具有縫隙填充物420。單位晶胞401的剖面結(jié)構(gòu)與圖4所示的單位晶胞301類似。襯底帶有多個(gè)納米管填充在多個(gè)溝槽中，溝槽在襯底/外延層中打開，如圖2至8所示。雖然，單位晶胞可以在半導(dǎo)體晶片中具有各種形狀和方向，但是同一個(gè)半導(dǎo)體晶片中的每個(gè)單位晶胞的納米管部分的總寬度“w”應(yīng)保持相等。如果摻雜濃度很低，將不會(huì)對(duì)電荷平衡產(chǎn)生很大的影響，因此立柱區(qū)410的寬度可以更加靈活。半導(dǎo)體功率器件還包括一個(gè)端接區(qū)499(不按比例)，端接區(qū)499在晶片邊緣491外部處圍繞有源區(qū)490周圍形成一個(gè)環(huán)，并且具有多個(gè)納米管立柱承載高壓應(yīng)用，如圖4至6C所示。雖然該圖沒有按比例，但是只給出了各種結(jié)構(gòu)有關(guān)部分的大體概念。圖9A中也沒有表示出端接區(qū)的具體結(jié)構(gòu)，但是與圖4-6C所示的端接區(qū)399、399 ’、399 ”、399 ”’、399 ”” 類似。
[0113]圖9B-1表示半導(dǎo)體器件端接區(qū)499的第一端接環(huán)498的俯視圖。端接環(huán)的基本結(jié)構(gòu)與單位晶胞401類似。端接環(huán)498可以看作是包圍著有源區(qū)490。剩余的端接環(huán)498在圖9B-1的邊界之外。圖9B表示有源區(qū)中單位晶胞401的一種可選的交錯(cuò)式矩形形狀。圖9C表示單位晶胞401的一種可選的六角形形狀。
[0114]盡管本發(fā)明依據(jù)現(xiàn)有的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但應(yīng)明確本說明并不用于局限。例如，雖然上述說明是指η-通道器件，但是通過轉(zhuǎn)換摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型，就可將本發(fā)明用于Ρ-通道器件。例如，襯底和納米管合并區(qū)可以是Ρ-型，而不是Ν-型。閱讀上述說明后，本發(fā)明的各種可選和修正方案對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員無疑將顯而易見。因此，應(yīng)由所附的權(quán)利要求書及其全部等效內(nèi)容決定本發(fā)明的真實(shí)意圖及范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種設(shè)置在半導(dǎo)體晶片上的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端接結(jié)構(gòu)包圍著半導(dǎo)體功率器件的有源器件區(qū)，包括: 多個(gè)形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中的端接組，在第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上方，其中每個(gè)端接組都包括一個(gè)形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中的溝槽，其中溝槽側(cè)壁被多個(gè)交替導(dǎo)電類型的外延層覆蓋，多個(gè)外延層設(shè)置在溝槽對(duì)邊，并相對(duì)于設(shè)置在兩個(gè)最深處導(dǎo)電類型的最里面的外延層之間的中間縫隙填充層基本對(duì)稱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括多個(gè)形成在氧化物絕緣層上的場(chǎng)板，氧化物絕緣層在多個(gè)端接組上方，其中每個(gè)場(chǎng)板都電連接到形成在每個(gè)端接組頂部相應(yīng)的重?fù)诫s區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一個(gè)邊緣結(jié)構(gòu)，其中邊緣結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底，承載第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層；一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s邊緣區(qū)，形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層頂部；以及一個(gè)或多個(gè)邊緣場(chǎng)板，形成在輕摻雜外延層上方的第二氧化物絕緣層上，其中一個(gè)或多個(gè)邊緣場(chǎng)板分別電連接到一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s邊緣區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型，最深處導(dǎo)電類型為P-型。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中沿每個(gè)溝槽側(cè)壁的兩個(gè)最外面的外延層都是第一導(dǎo)電類型。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，交替導(dǎo)電類型的多個(gè)外延層的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層的摻雜濃度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的外延層區(qū)，設(shè)置在端接組和有源器件區(qū)之間，其中設(shè)置在端接組和有源器件區(qū)之間的外延層區(qū)域的寬度遠(yuǎn)大于每個(gè)端接組的寬度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)置在外延層區(qū)域上方的場(chǎng)板，設(shè)置在端接組和有源器件區(qū)之間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端接結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中端接組延伸到半導(dǎo)體晶片的邊緣。10.一種半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，包括: 多個(gè)有源器件，包括: 一個(gè)第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層，在第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上方； 多個(gè)形成在輕摻雜外延層中的有源溝槽；其中每個(gè)有源溝槽都被多個(gè)設(shè)置在對(duì)邊的交替導(dǎo)電類型的第一外延層覆蓋，并且對(duì)邊上的第一外延層相對(duì)于設(shè)置在兩個(gè)第一最深處導(dǎo)電類型的第一最里面的外延層之間的第一中心縫隙填充層基本對(duì)稱； 一個(gè)包圍著多個(gè)有源器件的端接結(jié)構(gòu)，該端接結(jié)構(gòu)包括: 多個(gè)形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中的端接組，在第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上方，其中每個(gè)端接組都包括一個(gè)形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中的端接溝槽，并且其中端接溝槽的側(cè)壁都被多個(gè)設(shè)置在對(duì)邊的交替導(dǎo)電類型的第二外延層覆蓋，并且對(duì)邊上的第二外延層相對(duì)于設(shè)置在兩個(gè)第二最深處導(dǎo)電類型的第二最里面的外延層之間的第二中心縫隙填充層基本對(duì)稱。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，還包括:多個(gè)形成在氧化物絕緣層上的場(chǎng)板，氧化物絕緣層在多個(gè)端接組上方，其中每個(gè)場(chǎng)板都電連接到形成在每個(gè)端接組頂部的第一導(dǎo)電類型相應(yīng)的重?fù)诫s區(qū)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，其特征在于，還包括:其中端接結(jié)構(gòu)還包括一個(gè)邊緣結(jié)構(gòu)，其中邊緣結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底，承載第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層；一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s邊緣區(qū)，形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層頂部；以及一個(gè)或多個(gè)邊緣場(chǎng)板，形成在輕摻雜外延層上方的第二氧化物絕緣層上，其中一個(gè)或多個(gè)邊緣場(chǎng)板都分別電連接到一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s邊緣區(qū)。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，其中第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，其中沿每個(gè)溝槽側(cè)壁的兩個(gè)最外面的外延層為第一導(dǎo)電類型。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，多個(gè)交替導(dǎo)電類型的第二外延層的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層的摻雜濃度。16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，其中多個(gè)有源器件和多個(gè)端接組是在同一個(gè)步驟中同時(shí)制成的。17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，還包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的外延層區(qū)域，設(shè)置在有源器件的端接組之間，其中設(shè)置在端接組和有源器件區(qū)之間的外延層的區(qū)域?qū)挾冗h(yuǎn)大于每個(gè)端接組的寬度。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其特征在于，其中第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的器件，其特征在于，其中還包括一個(gè)設(shè)置在外延層區(qū)域上方的場(chǎng)板，設(shè)置在端接組和有源器件之間。20.一種位于半導(dǎo)體晶片上的半導(dǎo)體功率器件的端接結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 制備一個(gè)第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層，在第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上方； 沿第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中的半導(dǎo)體晶片的邊緣，制備多個(gè)深溝槽； 用多個(gè)交替導(dǎo)電類型的外延層填充深溝槽，以制備多個(gè)端接組，其中每個(gè)深溝槽的側(cè)壁都用沉積在對(duì)邊上的交替導(dǎo)電類型的外延層覆蓋，并且對(duì)邊上的外延層相對(duì)于最深處導(dǎo)電類型的兩個(gè)最里面外延層之間的中心縫隙填充層基本對(duì)稱。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括:在半導(dǎo)體晶片的中心部分，制備多個(gè)有源器件區(qū)，其中在多個(gè)深溝槽和有源器件區(qū)之間的第一導(dǎo)電類型外延層的區(qū)域?qū)挾冗h(yuǎn)大于深溝槽的寬度。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中深溝槽穿過外延層，延伸到半導(dǎo)體襯底層的頂部。
【專利摘要】本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體功率器件，功率器件的端接結(jié)構(gòu)包括多個(gè)端接組，形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中，在第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上方。每個(gè)端接組都包括一個(gè)形成在第一導(dǎo)電類型的輕摻雜外延層中的溝槽。溝槽所有的側(cè)壁都被交替導(dǎo)電類型的多個(gè)外延層覆蓋，多個(gè)外延層沉積在兩個(gè)對(duì)邊上，并且溝槽所有的側(cè)壁都與作為第一導(dǎo)電類型的最深處導(dǎo)電類型的兩個(gè)最里面外延層之間的中心縫隙填充層基本對(duì)稱。
【IPC分類】H01L21/336, H01L29/872, H01L21/331, H01L29/40, H01L29/739, H01L29/861, H01L29/06, H01L29/808, H01L29/78, H01L29/732, H01L21/329
【公開號(hào)】CN105304687
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510418871
【發(fā)明人】管靈鵬, 馬督兒·博德, 哈姆扎·耶爾馬茲, 卡西克·帕德馬納班
【申請(qǐng)人】萬國半導(dǎo)體股份有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年7月16日