[发明专利]具有电介质终止的超结半导体器件及制造该器件的方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种超结半导体器件及用于制造超结半导体 器件的方法。特别地，本发明的实施例涉及一种具有电压终止结构的 超结器件，其中电压终止结构具有有效厚度的电介质层。

背景技术

可控的半导体器件在高压或超高压处的成功几乎完全由边缘终止 的成功实施决定。由于周期的单元结构在半导体器件的边缘的终止， 导致沿边缘出现高电场。一些特殊的布置，即边缘终止技术，对于防 止器件沿着边缘提前击穿是必要的。场板、多场限环(FLR)、作为半 电阻场板的半绝缘多晶硅(SIPOS)、硅蚀刻轮廓线及斜角造型p-n结 是代表性的用于高压半导体器件的边缘终止技术。随着半导体器件的 额定电压增加，终止区域及在该终止区域与有源区域之间的比率常常 增加。这导致更差的成品率及较高的导通电压。另外，随着半导体器 件的额定电压增加，需要更精细的用于制造该终止的额外工艺步骤， 以便防止提前击穿并保持终止有效性。

在美国专利No.5,216,275中公开的Dr.Xingbi Chen的超结器件的 发明是一个突破且对高电压半导体器件打开了新范围，其内容通过引 用结合于此。例如，600V超结金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)仅仅具有传统的功率MOSFET的导通电阻的大约1/6-1/8。 为了受益于超结器件的优越的性能，高电压边缘终止是不可避免的。 对超结器件性能的改进可以参见美国专利No.6,410,958(“Usui等人”) 及No.6,307,246(“Nitta等人”)，其示出超结器件中改善的电压击穿特 性，它们的内容通过引用结合于此。

现有技术的超结器件边缘终止设计耗费一定的半导体区以实现高 击穿电压。例如，现有技术的终止区域典型地包括多场限环(FLR)， 其是围绕单元区域外围部分的多个向外间隔分开的掺杂区域。另一现 有技术的终止区域包括场板。在这两个示例中，为了增加单元中的击 穿电压，FLR结构或者场板必须耗费更大的面积。边缘终止区域所耗 费的面积对器件的电流处理能力(其是由有源区尺寸决定的)没有贡 献。工业中的目标是减少边缘终止尺寸以获得更高的半导体晶片产量 成品率。需要提供基本上不耗费半导体晶片/管芯区的任何部分的边 缘终止设计。

另外，现有技术的超结器件边缘终止设计典型地在边缘终止区域 中需要轻掺杂外延区域(典型地为n型，写作n^-)以获得高击穿电压。 轻掺杂外延区域具有比有源区中的导电区域更低的掺杂浓度(诸如n 个柱(n-column))。因此，制造商被迫从轻掺杂外延层或外延工艺开 始并且在有源区中使用不同的掺杂技术将外延层转变成更高掺杂的区 域。

需要提供不需要轻掺杂区域的边缘终止设计，从而允许使用适度 掺杂的外延层或外延工艺并且节省用于形成有源区的掺杂工艺的一 半。还需要提供一种利用已知的技术，诸如等离子体蚀刻、反应离子 蚀刻(RIE)、电感耦合等离子体(ICP)蚀刻、溅射蚀刻、气相蚀刻、 化学蚀刻、深RIE等等制造具有这样的边缘终止区域的超结器件的方 法。还需要提供一种用于通过使用电介质终止防止超结器件在边缘部 分处提前击穿的方法。

发明内容

简要地说，本发明的优选实施例包括超结半导体器件。至少一个 第一导电类型的柱(column)从半导体衬底的第一主表面朝向半导体衬 底的与第一主表面相反的第二主表面延伸。至少一个第二导电类型的 柱从第一个主表面朝向第二主表面延伸。该至少一个第二导电类型的 柱具有紧邻所述至少一个第一个导电类型的柱的第一侧壁表面以及与 第一侧壁表面相反的第二侧壁表面。终止结构紧邻所述至少一个第二 导电类型的柱的第二侧壁表面。该终止结构包括有效厚度的电介质的 层并且耗费第一主表面的表面面积的约0％。

本发明的另一优选实施例包括制造超结半导体器件的方法。该方 法包括形成从半导体衬底的第一主表面朝向半导体衬底的与第一主表 面相反的第二主表面延伸的至少一个第一导电类型的柱，以及形成从 第一主表面朝向第二主表面延伸的至少一个第二导电类型的柱。该至 少一个第二导电类型的柱具有紧邻所述至少一个第一个导电类型的柱 的第一侧壁表面以及与第一侧壁表面相反的第二侧壁表面。该方法还 包括形成紧邻所述至少一个第二导电类型的柱的第二侧壁表面的终止 结构。该终止结构包括有效厚度的电介质的层并且耗费第一主表面的 表面面积的约0％。