超级结布局结构的制作方法

超级结布局结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要是关于金属氧化物半导体场效应晶体管器件，更确切地说，是涉及到一种用于超级结型的金属氧化物半导体场效应晶体管器件的终端区结构，并在终端区配置可实现电荷平衡的超级结布局结构。
【背景技术】
[0002]功率金属氧化物半导体场效应晶体管典型应用于需要功率转换和功率放大的器件中，例如典型的功率转换器件就是双扩散DM0SFET。具本领域通常知识者皆知道，处于工作态的器件中大部分的击穿电压BV都由器件的漂移区或称漂流区承载，如果试图提供较高的击穿电压BV，漂移区通常需要轻掺杂浓度，然而轻掺杂的漂移区随之而来也会产生比较高的导通电阻值RDS0N。常规的晶体管其RDSON与BV2.5大体成正比。因此对于传统的晶体管，随着击穿电压BV的增加RDSON也显著增大。
[0003]基于业界面临的瓶颈，超级结晶体管结构被广泛应用在半导体器件上，例如1988年飞利浦公司的DJ.COE申请的US4754310美国专利，以及1993年电子科技大学的陈星弼教授所申请的US91101845美国专利，和1995年西门子公司的J.TIHANYI所申请的美国专利US5438215等。超级结晶体管优势在于，提出了一种可以在维持很高的断开状态击穿电压BV的同时，获得很低的导通电阻RDSON的方法。超级结器件含有形成在漂移区中的交替的P型和N型掺杂立柱。在MOSFET器件的断开状态时，在实际上相对很低的电压条件下，交替的立柱就可以完全耗尽，从而能够维持很高的击穿电压，因为立柱横向耗尽而导致整个P型和N型立柱耗尽。对于超级结晶体管其导通电阻RDSON的增加与击穿电压BV成正比，比传统的半导体结构增加地更加缓慢。因此对于相同的高击穿电压BV，超级结器件比传统的MOSFET器件具有更低的RDS0N，或者说对于指定的RDSON值，超级结器件比传统的MOSFET具有更高的BV。
[0004]在超级结器件中拐角和终端区在内的各区域电荷都需要平衡。虽然在有源区的中心部分中P立柱可以处于均匀的水平行列，这样很容易达到电荷平衡。然而在边缘和拐角处，却很难获得电荷平衡，由此导致这些区域中的击穿电压BV较低，而且器件的耐用性较差。正是在这一前提下提出了本发明的各种实施例。

【发明内容】

[0005]在一个可选实施例中，本发明提供了一种超级结布局结构，其具有以下特征:第一导电类型的半导体层包括有源区和围绕在有源区外侧的终端区；在终端区的拐角区域中布置有第二导电类型的柱状立柱阵列；在终端区的与其拐角区域相衔接的第一、第二周边区域和在有源区中均布置有第二导电类型的条状立柱；第一周边区域和有源区中的多个条状立柱并排设置并沿第一方向延伸，第二周边区域中的多个条状立柱并排设置并沿着与第一方向垂直的第二方向延伸；使拐角区域中第一导电类型掺杂物的电荷与第二导电类型掺杂物的电荷相互平衡。
[0006]上述的超级结布局结构，第一周边区域中多个条状立柱朝拐角区域延伸至它们邻近拐角区域的末端对齐，第二周边区域中多个条状立柱朝拐角区域延伸至它们邻近拐角区域的末端对齐，使拐角区域为方形。
[0007]上述的超级结布局结构，在第一、第二周边区域的多个条状立柱中，按照越靠近有源区条状立柱的长度越长的变化规律，使第一、第二周边区域各自的多个条状立柱的长度由外至内依次逐步递增，将拐角区域设置成三角形。这里由外至内的次序使长度递增是指，由第一周边区域中最远离有源区的一个最外侧的条状立柱到最靠近有源区的一个最内侧的条状立柱的次序，使条状立柱的长度逐步增加，第二周边区域同样也如此。
[0008]上述的超级结布局结构，第一周边区域中设置长度不同且交替间隔配置的第一类、第二类条状立柱，将其中一者靠近拐角区域的末端设置为相对于其中另一者靠近拐角区域的末端以背离拐角区域的方向向内回缩，及第二周边区域中多个条状立柱朝拐角区域延伸至它们邻近拐角区域的末端对齐。
[0009]上述的超级结布局结构，第一周边区域中每一个条状立柱的延长线上对应设置有柱状立柱阵列中的一行柱状立柱，第二周边区域中每一个条状立柱的延长线上对应设置有柱状立柱阵列中的一列柱状立柱。
[0010]上述的超级结布局结构，拐角区域中任意相邻的两行柱状立柱与任意相邻的两列柱状立柱定义出两组立柱，该两组立柱中同一行的柱状立柱同时位于一条与第一方向同向的线上，两组立柱中同一列的柱状立柱同时位于一条与第二方向同向的线上。
[0011]上述的超级结布局结构，在拐角区域的柱状立柱阵列中设置有第一类、第二类柱状立柱，第一类柱状立柱子阵列具有的行和第二类柱状立柱子阵列具有的行交替间隔配置且在第二方向上彼此错开；其中使任意一行的第一类柱状立柱和相邻的另一行的第一类柱状立柱之间设置有一行第二类柱状立柱，和使第一类柱状立柱子阵列中任意一列柱状立柱均与第二类柱状立柱子阵列中任意一列柱状立柱在第二方向上不重合。
[0012]上述的超级结布局结构，一个或多个第二类柱状立柱填充在第二类条状立柱因其末端向内回缩所预留的空置区；其中第一周边区域中每一个第一类条状立柱的延长线上对应设置有一行第一类柱状立柱，及每一个第二类条状立柱的延长线上对应设置有一行第二类柱状立柱，第二周边区域中每一个条状立柱的延长线上对应设置有一列第一类柱状立柱。
[0013]上述的超级结布局结构，一个或多个第一类柱状立柱填充在第二类条状立柱因其末端向内回缩所预留的空置区；其中第一周边区域中每一个第一类条状立柱的延长线上对应设置有一行第二类柱状立柱及每一个第二类条状立柱的延长线上对应设置有一行第一类柱状立柱，第二周边区域中每一个条状立柱的延长线上对应设置有一列第一类柱状立柱。
[0014]上述的超级结布局结构，将第一、第二周边区域中条状立柱各自邻近拐角区域的末端均设置在与第一方向的夹角成锐角的同一直线上；在柱状立柱阵列中从起始于三角形中一个直角边位置处的首行柱状立柱到终止于直角三角形中斜边与另一直角边夹角位置处的末行柱状立柱，使后一行柱状立柱的数量较之相邻的前一行柱状立柱的数量依次递减。
[0015]上述的超级结布局结构，有源区邻近终端区的拐角区域的角部设置成带有平缓弧度的弯曲形状，使有源区角部处的一系列条状立柱的长度按照越远离第一周边区域则长度越长的变化规律，由有源区靠近第一周边区域的边缘至有源区中心的次序依次逐步递增以适应该弯曲形状；注意有源区角部处的一系列条状立柱各自邻近拐角区域的一个末端都向角部的弯曲边缘线延伸靠拢。在由第一、第二周边区域各自最靠近有源区的条状立柱的延长线和有源区角部边缘线所围拢的区域中也分布有柱状立柱，使有源区角部处的每一行条状立柱的延长线上对应设置有一行的第一类柱状立柱或一行第二类柱状立柱。
[0016]上述的超级结布局结构，拐角区域中柱状立柱之间的单元间距小于或等于有源区中条状立柱之间的单元间距；以及柱状立柱阵列边缘处靠近第一、第二周边区域或靠近有源区的任意一个柱状立柱和最接近于该任意一个柱状立柱的条状立柱之间的最短距离不超过有源区中条状立柱之间的单元间距。
[0017]上述的超级结布局结构，柱状立柱的横截面为圆形或椭圆形或三角形或任意多边形。
[0018]上述的超级结布局结构，半导体层中包括每单位体积上掺杂密度为P、掺杂深度为T的第一导电类型掺杂物，半导体层之中的柱形立柱、条状立柱中包括植入剂量为Q、掺杂深度为T的第二导电类型掺杂物；拐角区域总面积为Stct并设计柱形立柱的整体面积为Ssub，保持Ssub比S TOT是一个等于(TX P ) +Q的常数。
[0019]在另一个可选实施例中，本发明提供了一种超级结布局结构，其具有的特征在于:第一导电类型的半导体层包括有源区和围绕在有源区外侧的终端区；在终端区的拐角区域中布置有第二导电类型的柱状立柱阵列；在终端区的与其拐角区域相衔接的第一、第二周边区域和在有源区中均布置有第二导电类型的条状立柱；第一周边区域和有源区的多个条状立柱并排设置并沿第一方向延伸，有源区的条状立柱朝终端区的第二周边区域延伸至它们各自的一个末端停留在第二周边区域中；使拐角区域中第一导电类型掺杂物的电荷与第二导电类型掺杂物的电荷相互平衡。
[0020]上述的超级结布局结构，第一周边区域中多个条状立柱朝拐角区域延伸至它们邻近拐角区域的末端对齐，使拐角区域为方形。
[0021]上述的超级结布局结构，第一周边区域中设置长度不同且交替间隔配置的第一类、第二类条状立柱，将其中一者靠近拐角区域的末端设置为相对于另一者靠近拐角区域的末端以背离拐角区域的方向向内回缩。
[0022]上述的超级结布局结构，在第一周边区域的多个条状立柱中，按照越靠近有源区条状立柱的长度越长的变化规律，使第一周边区域的多个条状立柱的长度由外至内依次逐步递增；以及有源区中邻近拐角区域的一系列条状立柱，按照由有源区靠近第一周边区域的边缘至有源区中心的次序依次逐步递增，使拐角区域为三角形。
[0023]上述的超级结布局结构，第一周边区域中每一个条状立柱的延长线上对应设置有柱状立柱阵列中的一行柱状立柱。
[0024]上述的超级结布局结构，拐角区域中任意相邻的两行柱状立柱与任意相邻的两列柱状立柱定义出两组立柱，该两组立柱中同一行的柱状立柱同时位于一条与第一方向同向的线上，两组立柱中同一列的柱状立柱同时位于一条与第一方向相垂直的线上。
[0025]上述的超级结布局结构，在拐角区域的柱状立柱阵列中设置有第一类、第二类柱状立柱，第一类柱状立柱子阵列具有的行和第二类柱状立柱子阵列具有的行交替间隔配置且在与第一方向相垂直的第二方向上彼此错开；使任意一行的第一类柱状立柱和相邻的另一行第一类柱状立柱之间设置有一行第二类柱状立柱，和使第一类柱状立柱子阵列中任意一列柱状立柱均与第二类柱状立柱子阵列中任意一列柱状立柱在第二方向上不重合。
[0026]上述的超级结布局结构，一个或多个第二类柱状立柱填充在第二类条状立柱因其末端向内回缩所预留的空置区；其中第一周边区域中每一个第一类条状立柱的延长线上对应设置有一行的第一类柱状立柱，及每一个第二类条状立柱的延长线上对应设置有一行第二类柱状立柱。
[0027]上述的超级结布局结构，在拐角区域的柱状立柱阵列中设置有第一类、第二类柱状立柱，第一类柱状立柱子阵列具有的行和第二类柱状立柱子阵列具有的行交替间隔配置且在与第一方向相垂直的第二方向上彼此错开；使任意一行的第一类柱状立柱和相邻的另一行第一类柱状立柱之间设置有一行第二类柱状立柱，和使第一类柱状立柱子阵列中任意一列柱状立柱均与第二类柱状立柱子阵列中任意一列柱状立柱在第二方向上不重合。
[0028]上述的超级结布局结构，将第一周边区域中的条状立柱、有源区中邻近拐角区域的一系列条状立柱各自邻近拐角区域的末端均设置在与第一方向的夹角成锐角的同一直线上；在柱状立柱阵列中按照从起始于三角形中一个直角边位置处的首行柱状立柱到终止于直角三角形中斜边与另一直角边夹角位置处的末行柱状立柱的次序，使后一行柱状立柱的数量较之相邻的前一行柱状立柱的数量依次递减。
[0029]上述的超级结布局结构，有源区邻近终端区的拐角区域的角部设置成带有平缓弧度的弯曲形状，使有源区角部处的一系列条状立柱的长度按照越远离第一周边区域则长度越长的变化规律，由有源区靠近第一周边区域的边缘至有源区中心的次序依次逐步递增以适应该弯曲形状；在由第一周边区域最靠近有源区的一个条状立柱的延长线和有源区角部弯曲边缘线所限定的角落区域中也分布有柱状立柱，使有源区角部处的一系列条状立柱中每一行条状立柱的延长线上对应设置有一行的第一类柱状立柱