专利名称：一种内嵌多n岛p沟道超结器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制备方法，特别是涉及一种内嵌多N岛P沟道超结器件及其制备方法。
背景技术：
功率集成电路有时也称高压集成电路，是现代电子学的重要分支，可为各种功率变换和能源处理装置提供高速、高集成度、低功耗和抗辐照的新型电路，广泛应用于电力控制系统、汽车电子、显示器件驱动、通信和照明等日常消费领域以及国防、航天等诸多重要领域。其应用范围的迅速扩大，对其核心部分的高压器件也提出了更高的要求。对功率器件MOSFET而言，在保证击穿电压的前提下，必须尽可能地降低器件的导通电阻来提高器件性能。但击穿电压和导通电阻之间存在一种近似平方关系，形成所谓的“硅限”。为了解决这一矛盾，前人提出了基于三维RESURF技术的漂移区由N、P柱相间构成的超结结构用于优化高压器件的漂移区电场分布。该结构在保持导通电阻不变的前提下，提高击穿电压，打破传统功率MOS器件理论的极限。该技术的理论基础是电荷补偿理论，当漂移区施加电压达到一定值时，漂移区达到完全耗尽，电场分布更加均匀，提高了器件的抗击穿能力。在保证击穿电压不变的前提下，可以大幅提高漂移区的掺杂浓度，减小导通电阻。超结结构的提出打破了传统功率MOSFET器件的“硅极限”。超结结构最初应用于垂直VDMOS器件，后来扩展到横向LDMOS器件。目前形成P沟横向超结结构，主要是多次离子注入在P型漂移区中形成柱状N区。缓减衬底辅助耗尽效应也提出多种方法，如额外增加P型层，采用蓝宝石衬底或刻蚀衬底等。请参阅图1，显示为现有技术中横向超结半导体器件的结构示意图，如图所示，所述的超结半导体器件的结构包括N型衬底11，在N型衬底11上设有超结结构12及N型体区13，超结结构12由连接源漏区方向相间分布的N型区121和P型区122构成，在N型体区13上方设有P型源区14、N型体接触区15及栅氧化层16，在超结结构12的上方设有P型漏区17。由于上述横向结构更有利于新一代的高密度功率集成应用，是当代功率器件研究的热点。但是超结结构用于横向器件也带来了新的问题第一，理想的能完全耗尽的N、P柱区工艺上难于形成；第二，衬底参与超结柱区的耗尽导致衬底辅助耗尽效应，而且耗尽层的宽度在器件的漏端到源端方向的不同位置不等，这就带来了漂移区电场分布不均的问题，需要对器件制作工艺和结构进行优化。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种内嵌多N岛P沟道超结器件及其制备方法，用于解决现有技术中漂移区电场分布不均的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤I)提供一半导体衬底，通过硼离子注入在所述半导体衬底上制备一层P型漂移区；提供一开设有多组平行排列的离子注入窗口的掩模板，所述多组离子注入窗口从所述掩模板的一侧趋向另一侧依次减小；2)向所述P型漂移区中注入N型离子并藉由所述掩模板的遮挡以控制N型离子的浓度分布；3)将所述半导体衬底退火，以在所述P型漂移区中形成互相间隔且平行排列的多个岛状N区，且各该岛状N区由其一端朝向另一端线性变小；4)在所述P型漂移区上且临近所述岛状N区的大头端制备出N型体区，并在所述N型体区上方制备出P型源区、N型体接触区及栅氧化层；在所述P型漂移区上且临近所述岛状N区的小头端制备出P型 漏区。于本发明制备方法的步骤2)中，通过多次重复向所述P型漂移区中注入N型离子并藉由所述掩模板的遮挡以控制N型离子的浓度分布，并经所述步骤3)中退火后，以在所述P型漂移区中形成多个互相间隔且横向平行排列并纵向平行排列的岛状N区。所述半导体衬底为体硅衬底或SOI衬底。所述P型漂移区及岛状N区形成于所述SOI衬底的顶层硅中。所述岛状N区为从P型源区朝P型漏区方向上由大变小的N岛结构。本发明还提供一种内嵌多N岛P沟道超结器件，包括半导体衬底，形成在所述半导体衬底上的P型漂移区，位于所述P型漂移区一侧且包括有P型源区、N型体接触区及栅氧化层的N型体区，以及位于所述P型漂移区另一侧上的P型漏区，其中，所述P型漂移区中形成有多个互相间隔且平行排列的岛状N区，且各该岛状N区由P型源区朝P型漏区方向线性变小。优选地，所述P型漂移区中形成的多个岛状N区互相间隔且横向平行排列并纵向平行排列。优选地，所述半导体衬底为体硅衬底或SOI衬底。优选地，所述P型漂移区及岛状N区形成于所述SOI衬底的顶层硅中。优选地，所述岛状N区为从P型源区朝P型漏区方向上由大变小的N岛结构。如上所述，本发明的内嵌多N岛P沟道超结器件及其制备方法，是直接通过离子注入在P型漂移区中形成多个内嵌的岛状N区。内嵌的岛状N区周围任何一个方向均为P型，两者之间进行耗尽，由于在高压下衬底辅助耗尽效应作用从源端到漏端依次增强，因此岛状N区相应地从源端到漏端方向上由大变小，以实现和衬底辅助耗尽效应作用互补抵消，最终达到电荷平衡，进而解决了现有技术中漂移区电场分布不均的问题。
图I显示为现有技术中横向超结半导体器件的结构示意图。图2、图4及图5显示为本发明制备内嵌多N岛P沟道超结结构的状态示意图。图3显示为本发明制备方法中使用的掩模板结构示意图。图6显示为本发明内嵌多N岛P沟道超结器件结构示意图。图7显示为本发明制备方法另一实施方式示意图。元件标号说明11N型衬底
12 超结结构121N 型区122P 型区13、24N 型体区14、25P 型源区15、26N型体接触区16、27栅氧化层17、28P 型漏区21半导体衬底22P型漂移区23岛状N区3掩模板31离子注入窗口
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图2至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本发明提供一种内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，该制备方法包括以下步骤在步骤I)中，提供一半导体衬底21，通过硼离子注入在所述半导体衬底21上制备一层P型漂移区22 ;具体地，所述半导体衬底21为体硅衬底或SOI衬底。请参阅图2，如图所示，在本实施例中，暂以半导体衬底21为SOI衬底为例进行说明，所述P型漂移区22形成于所述SOI衬底的顶层硅中，具体地，在所述SOI衬底的顶层硅中掺杂硼离子，使之取代晶格中硅原子的位置以形成P型漂移区22。然后，提供一开设有多组平行排列的离子注入窗口 31的掩模板3，所述多组离子注入窗口 31从所述掩模板3的一侧趋向另一侧依次减小,且所述掩模板3的一侧趋向另一侧遮挡部分依次增大。请参阅图3，显示为本发明制备方法中使用的掩模板结构示意图。在步骤2)中，向所述P型漂移区22中注入N型离子并藉由所述掩模板3的遮挡以控制N型离子的浓度分布，所述N型离子为V族元素(如磷、砷、锑等)离子，请参阅图4，即通过一个离子注入窗口 31 —侧趋向另一侧依次减小，且遮挡部分依次增大的掩膜板，进行用于形成P型漂移区22中多N岛结构的N型离子注入，以达到控制N型离子的浓度分布的目的。
在步骤3)中，将步骤2)中注入N型离子的半导体衬底21退火，以在所述P型漂移区22中形成互相间隔且平行排列的多个岛状N区23，且各该岛状N区23由其一端朝向另一端线性变小，请参阅图5。在步骤4)中，在所述P型漂移区22上且临近所述岛状N区23的大头端制备出N型体区24，并在所述N型体区24上方制备出P型源区25、N型体接触区26及栅氧化层27 ； 在所述P型漂移区22上且临近所述岛状N区23的小头端制备出P型漏区28。请参阅图6，所述岛状N区23为从P型源区25朝P型漏区28方向上由大变小的N岛结构，该N岛结构的大头端临近所述N型体区24，该N岛结构的小头端临近所述P型漏区28，由于内嵌的岛状N区23周围任何一个方向均为P型，两者之间进行耗尽，且由于在高压下衬底辅助耗尽效应作用从源端到漏端依次增强，因此岛状N区23相应地从源端到漏端方向上由大变小，以实现和衬底辅助耗尽效应作用互补抵消，最终达到电荷平衡。实施例二本实施例与上述实施例一中步骤I)及步骤4)相同，故而不予赘述，在本实施中的步骤2中，通过多次重复向所述P型漂移区22中注入N型离子并藉由所述掩模板3的遮挡以控制N型离子的浓度分布，并在步骤3)中予以退火，进而可在在所述P型漂移区22中形成多个互相间隔且横向平行排列并纵向平行排列的岛状N区23，呈如图7所示。实施例三本发明还提供一种内嵌多N岛P沟道超结器件，请参阅图6，显示为本发明内嵌多N岛P沟道超结器件结构示意图，如图所示，所述内嵌多N岛P沟道超结器件包括半导体衬底21，形成在所述半导体衬底21上的P型漂移区22，位于所述P型漂移区22 —侧的N型体区24，以及位于所述P型漂移区22另一侧上的P型漏区28，所述N型体24上包括有P型源区25、N型体接触区27及栅氧化层27。所述P型漂移区22中形成有多个互相间隔且平行排列的岛状N区23，且各该岛状N区23由P型源区25朝P型漏区28方向线性变小。所述半导体衬底21为体硅衬底或SOI衬底。在具体的制备过程中，所述P型漂移区22是通过注入N型离子并藉由预设图形的掩模板的遮挡以控制N型离子的浓度分布来形成的，所述N型离子为V族元素(如磷、砷、锑等)离子。请参阅图4，所述的预设图形的掩模板3开设有多组平行排列的离子注入窗口31，所述多组离子注入窗口 31从所述掩模板3的一侧趋向另一侧依次减小，且所述掩模板3的一侧趋向另一侧遮挡部分依次增大。即，在注入N型离子的过程中，通过一个离子注入窗口 31 —侧趋向另一侧依次减小，且遮挡部分依次增大的掩膜板，进行用于形成P型漂移区22中多N岛结构的N型离子注入，以达到控制N型离子的浓度分布的目的。在本实施例中，暂以半导体衬底21为SOI衬底为例进行说明，所述P型漂移区22形成于所述SOI衬底的顶层硅中，具体地，在所述SOI衬底的顶层硅中掺入硼离子，使之取代晶格中硅原子的位置以形成P型漂移区22。所述P型漂移区22及岛状N区23形成于所述SOI衬底的顶层硅中。所述岛状N区23为从P型源区25朝P型漏区28方向上由大变小的N岛结构，该N岛结构的大头端临近所述N型体区24，该N岛结构的小头端临近所述P型漏区28，由于内嵌的岛状N区23周围任何一个方向均为P型，两者之间进行耗尽，且由于在高压下衬底辅助耗尽效应作用从源端到漏端依次增强，因此岛状N区23相应地从源端到漏端方向上由大变小，以实现和衬底辅助耗尽效应作用互补抵消，最终达到电荷平衡。在另一实施例中，所述P型漂移区22中形成的多个岛状N区23互相间隔且横向平行排列并纵向平行排列。综上所述，本发明的内嵌多N岛P沟道超结器件及其制备方法，是直接通过离子注入在P型漂移区中形成多个内嵌的岛状N区。内嵌的岛状N区周围任何一个方向均为P型，两者之间进行耗尽，由于在高压下衬底辅助耗尽效应作用从源端到漏端依次增强，因此岛状N区相应地从源端到漏端方向上由大变小，以实现和衬底辅助耗尽效应作用互补抵消，最终达到电荷平衡，进而解决了现有技术中漂移区电场分布不均的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变 。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤 .1)提供一半导体衬底，通过硼离子注入在所述半导体衬底上制备一层P型漂移区；提供一开设有多组平行排列的离子注入窗口的掩模板，所述多组离子注入窗口从所述掩模板的一侧趋向另一侧依次减小； .2)向所述P型漂移区中注入N型离子并藉由所述掩模板的遮挡以控制N型离子的浓度分布； .3)将所述半导体衬底退火，以在所述P型漂移区中形成互相间隔且平行排列的多个岛状N区，且各该岛状N区由其一端朝向另一端线性变小； .4)在所述P型漂移区上且临近所述岛状N区的大头端制备出N型体区，并在所述N型体区上方制备出P型源区、N型体接触区及栅氧化层；在所述P型漂移区上且临近所述岛状N区的小头端制备出P型漏区。
2.根据权利要求I所述的内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，其特征在于于所述步骤2)中，通过多次重复向所述P型漂移区中注入N型离子并藉由所述掩模板的遮挡以控制N型离子的浓度分布，并经所述步骤3)中退火后，在所述P型漂移区中形成多个互相间隔且横向平行排列并纵向平行排列的岛状N区。
3.根据权利要求I所述的内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，其特征在于所述半导体衬底为体硅衬底或SOI衬底。
4.根据权利要求3所述的内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，其特征在于所述P型漂移区及岛状N区形成于所述SOI衬底的顶层硅中。
5.根据权利要求1、2或4所述的内嵌多N岛P沟道超结器件的制备方法，其特征在于所述岛状N区为从P型源区朝P型漏区方向上由大变小的N岛结构。
6.一种内嵌多N岛P沟道超结器件，其特征在于，包括半导体衬底，形成在所述半导体衬底上的P型漂移区，位于所述P型漂移区一侧且包括有P型源区、N型体接触区及栅氧化层的N型体区，以及位于所述P型漂移区另一侧上的P型漏区，其中，所述P型漂移区中形成有多个互相间隔且平行排列的岛状N区，且各该岛状N区由P型源区朝P型漏区方向线性变小。
7.根据权利要求6所述的内嵌多N岛P沟道超结器件，其特征在于所述P型漂移区中形成的多个岛状N区互相间隔且横向平行排列并纵向平行排列。
8.根据权利要求6所述的内嵌多N岛P沟道超结器件，其特征在于所述半导体衬底为体硅衬底或SOI衬底。
9.根据权利要求8所述的内嵌多N岛P沟道超结器件，其特征在于所述P型漂移区及岛状N区形成于所述SOI衬底的顶层硅中。
10.根据权利要求6、7或9所述的内嵌多N岛P沟道超结器件，其特征在于所述岛状N区为从P型源区朝P型漏区方向上由大变小的N岛结构。
全文摘要
本发明提供一种内嵌多N岛P沟道超结器件及其制备方法，所述的内嵌多N岛P沟道超结器件包括半导体衬底，形成在所述半导体衬底上的P型漂移区，位于所述P型漂移区一侧的N型体区，以及位于所述P型漂移区另一侧上的P型漏区，其中，所述P型漂移区中形成有多个互相间隔且平行排列的岛状N区，且各该岛状N区由P型源区朝P型漏区方向线性变小，由于在高压下衬底辅助耗尽效应作用从源端到漏端依次增强，因此岛状N区相应地从源端到漏端方向上由大变小，以实现和衬底辅助耗尽效应作用互补抵消，最终达到电荷平衡的目的。
文档编号H01L29/78GK102623345SQ20121007693
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者俞跃辉, 夏超, 宋朝瑞, 徐大伟, 曹铎, 王中健, 程新红, 贾婷婷 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所