超级结器件的PN匹配状态的分析方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造的测试方法，特别是涉及一种超级结器件的pn匹配状态的分析方法。

背景技术

超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的p型薄层和n型薄层组成，利用p型薄层即p型柱(p-pillar)和n型薄层即n型柱(n-pillar)完成匹配形成的耗尽层来支持反向耐压，具有超级结的产品是一种利用pn电荷平衡的体内降低表面电场(resurf)技术来提升器件反向击穿bv的同时又保持较小的导通电阻的器件结构如mosfet结构。pn间隔的pillar结构是超级结的最大特点。目前制作pn间即p型薄层和n型薄层间的柱(pillar)如p-pillar结构主要有两种方法，第一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，第二种是通过深沟槽(trench)刻蚀以及外延填充(erifilling)的方式来制作。

现有方法制作的超级结的p型柱和n型柱之间的pn电荷匹配状态对最后形成的超级结器件的击穿电压有很大影响，如果p型柱和n型柱之间的pn电荷完全匹配，则超级结器件的击穿电压会最大；而p型柱和n型柱之间的pn电荷匹配性降低会降低超级结器件的击穿电压，也即p型柱的p型电荷浓度无论是比n型柱的n型电荷浓度大还是下，都会使得超级结器件的击穿电压降低。这样，当实际制作得到的超级结器件的击穿电压降低时，就无法判断到底是由p型柱的p型电荷浓度大于n型柱的n型电荷浓度引起的，还是由p型柱的p型电荷浓度小于n型柱的n型电荷浓度引起。所以，对于封装器件和面内均匀性存在差异的器件来说，非常难以判断其实际的pn匹配状态。但是判断其超级结器件的pn匹配状态对于分析器件性能，制定改善计划非常重要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件的pn匹配状态的分析方法，能对超级结器件中的pn匹配状态进行分析判断。

为解决上述技术问题，本发明提供的超级结器件的pn匹配状态的分析方法中超级结器件包括栅极、漏极和源极，在所述超级结器件的漂移区中具有由交替排列的p型柱和n型柱组成的超级结结构，所述具有第一导电类型的沟道，所述超级结结构的pn匹配状态和所述超级结器件的击穿电压之间所具有的二次曲线关系，采用如下步骤对所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态进行分析：

步骤一、在所述栅极上未加栅极电压的情形下测量所述超级结器件的击穿电压。

步骤二、在所述栅极上加栅极电压，所述栅极电压大于等于所述超级结器件的阈值电压，使得所述超级结器件导通并形成沟道电流，所述沟道电流将第一导电类型的载流子注入到所述超级结结构中，所述沟道电流注入的第一导电类型电荷降低所述超级结结构中的第一导电类型柱中的第一导电类型有效电荷，从而调节所述超级结结构的匹配状态；之后，测量对应的所述栅极电压下的所述超级结器件的击穿电压。

步骤三、调节所述栅极电压从而调节所述沟道电流并进而调节所述超级结结构的匹配状态，测量调节后的所述栅极电压对应的所述超级结器件的击穿电压，形成通过所述栅极电压调节的所述超级结结构的匹配状态和所述超级结器件的击穿电压之间的测量曲线。

步骤四、比对所述二次曲线和所述测量曲线确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态。

进一步的改进是，所述超级结器件为n型器件，第一导电类型为n型，第一导电类型柱为n型柱。

进一步的改进是，所述二次曲线为p型柱的掺杂浓度固定且n型柱的掺杂浓度相对p型柱的掺杂浓度产生变化时形成的n型柱的掺杂浓度和所述超级结器件的击穿电压的曲线。

进一步的改进是，当所述超级结结构中的n型柱的掺杂浓度大于所述p型柱的掺杂浓度时，步骤一测试得到的击穿电压小于最佳匹配时的击穿电压。

步骤二中，所述沟道电流注入的电子会降低所述超级结结构中的n型柱中的n型有效电荷，随着所述沟道电流从小到大的变化，所述n型柱中的n型有效电荷会逐渐趋近于最佳匹配状态，在到达所述最佳匹配状态之后又逐渐远离所述最佳匹配状态，使得测量的所述击穿电压会形成一个逐渐增加，在到达最大值之后又逐渐减小的变化，通过测量得到的所述击穿电压的变化来确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态为n型柱的掺杂浓度大于所述p型柱的掺杂浓度。

进一步的改进是，当所述超级结结构中的n型柱的掺杂浓度小于所述p型柱的掺杂浓度时，步骤一测试得到的击穿电压小于最佳匹配时的击穿电压。

步骤二中，所述沟道电流注入的电子会降低所述超级结结构中的n型柱中的n型有效电荷，使得所述超级结结构更加远离最佳匹配状态；随着所述沟道电流从小到大的变化，所述超级结结构会更加远离最佳匹配状态，使得测量的所述击穿电压会逐渐减小，通过测量得到的所述击穿电压的变化来确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态为n型柱的掺杂浓度小于所述p型柱的掺杂浓度。

进一步的改进是，所述超级结器件为超级结mosfet。

进一步的改进是，测量所述超级结器件的击穿电压时，将所述超级结器件的源极接地，所述超级结器件的漏极接电源电压，提高所述电源电压直至所述超级结器件击穿，所述超级结器件击穿时对应的电压为击穿电压。

进一步的改进是，所述超级结器件为封装器件；或者，所述超级结器件为封装前形成于晶圆(wafer)上的器件。

本发明利用了超级结结构的pn匹配状态和超级结器件的击穿电压之间所具有的二次曲线关系，也即当超级结结构的pn匹配状态确定时，对应的击穿电压也即确定且二者之间符合二次曲线关系。

而对于一个已经制作好的超级结器件，由于超级结器件的超级结结构的pn匹配状态实际上在制作完成后就已经确定，但是由于击穿电压和超级结结构的pn匹配状态是符合二次曲线关系，这使得相同的击穿电压就两种的pn匹配状态，所述单纯的对超级结器件进行击穿电压的测量并不能得到超级结结构的pn匹配状态。

为了明确得到超级结结构的pn匹配状态，本发明利用到了超级结器件的沟道电流注入到漂移区中后，沟道电流会对超级结结构的pn匹配进行调制，且沟道电流的大小不同得到的对超级结结构的pn匹配的调制也不同，之后再测量在各种调制形成的超级结结构的pn匹配状态下对应的击穿电压，其中沟道电流的大小能通过栅极电压的大小调节，最后能形成通过栅极电压调节的超级结结构的匹配状态和超级结器件的击穿电压之间的测量曲线，和超级结结构本身具有的二次曲线进行对比就能明确确定超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态，所以本发明能对超级结器件中的pn匹配状态进行分析判断。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例超级结器件的pn匹配状态的分析方法的流程图；

图2是本发明实施例中超级结结构的二次曲线图；

图3a本发明实施例方法中超级结结构为第一种pn匹配状态时调制形成的pn匹配的变化和击穿电压的变化关系；

图3b本发明实施例方法中超级结结构为第一种pn匹配状态时栅极电压和击穿电压的变化关系；

图4a本发明实施例方法中超级结结构为第二种pn匹配状态时调制形成的pn匹配的变化和击穿电压的变化关系；

图4b本发明实施例方法中超级结结构为第二种pn匹配状态时栅极电压和击穿电压的变化关系。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例超级结器件的pn匹配状态的分析方法的流程图；本发明实施例超级结器件的pn匹配状态的分析方法中超级结器件包括栅极、漏极和源极，在所述超级结器件的漂移区中具有由交替排列的p型柱和n型柱组成的超级结结构，所述具有第一导电类型的沟道，所述超级结结构的pn匹配状态和所述超级结器件的击穿电压之间所具有的二次曲线关系，二次曲线请参考图2中的曲线101，图2中，横坐标为n型柱的浓度匹配度，0表示p型柱的杂质浓度和n型柱的杂质浓度完全相同，从而完全匹配，即没有n型载流子多出，也没有p型载流子多出；大于0表示：n型柱的杂质浓度比p型柱的杂质浓度大，由相邻两个p型柱和n型柱组成的超级结单元中n型载流子会更多；小于0表示：p型柱的杂质浓度比n型柱的杂质浓度大，由相邻两个p型柱和n型柱组成的超结单元中p型载流子会更多。纵坐标为超级结器件的击穿电压，可知在横纵标为0％时，击穿电压达到最大值，在大于0％和小于0％时击穿电压都会降低。

采用如下步骤对所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态进行分析：

步骤一、在所述栅极上未加栅极电压的情形下测量所述超级结器件的击穿电压。

所述超级结器件为超级结mosfet。

所述超级结器件为封装器件。封装器件是超级结mosfet已经从晶圆(wafer)片上分割下来并通过封装工艺封装好了。或者，所述超级结器件为封装前形成于晶圆上的器件，仅需形成了完整的超级结器件的结构即可。

测量所述超级结器件的击穿电压时，将所述超级结器件的源极接地，所述超级结器件的漏极接电源电压，提高所述电源电压直至所述超级结器件击穿，所述超级结器件击穿时对应的电压为击穿电压。

步骤二、在所述栅极上加栅极电压，所述栅极电压大于等于所述超级结器件的阈值电压，使得所述超级结器件导通并形成沟道电流，所述沟道电流将第一导电类型的载流子注入到所述超级结结构中，所述沟道电流注入的第一导电类型电荷降低所述超级结结构中的第一导电类型柱中的第一导电类型有效电荷，从而调节所述超级结结构的匹配状态；之后，测量对应的所述栅极电压下的所述超级结器件的击穿电压。

步骤三、调节所述栅极电压从而调节所述沟道电流并进而调节所述超级结结构的匹配状态，测量调节后的所述栅极电压对应的所述超级结器件的击穿电压，形成通过所述栅极电压调节的所述超级结结构的匹配状态和所述超级结器件的击穿电压之间的测量曲线。

步骤四、比对所述二次曲线和所述测量曲线确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态。

本发明实施例中，所述超级结器件为n型器件，第一导电类型为n型，第一导电类型柱为n型柱。所述二次曲线为p型柱的掺杂浓度固定且n型柱的掺杂浓度相对p型柱的掺杂浓度产生变化时形成的n型柱的掺杂浓度和所述超级结器件的击穿电压的曲线，即图2中的曲线101。现以两种超级结结构的pn匹配状态的测量来说明本发明实施例方法：

所述超级结结构具有第一种pn匹配状态的测量为：

如图3a所示，本发明实施例方法中超级结结构为第一种pn匹配状态时调制形成的pn匹配的变化和击穿电压的变化关系；如图3b所示，本发明实施例方法中超级结结构为第一种pn匹配状态时栅极电压和击穿电压的变化关系。

当所述超级结结构中的n型柱的掺杂浓度大于所述p型柱的掺杂浓度时，步骤一测试得到的击穿电压小于最佳匹配时的击穿电压。如图3a所示，这时所述超级结结构的第一种pn匹配状态位于虚线圈102a中，对应的击穿电压可以从曲线101对应得到，测试的值和曲线101对应的值一致，但是从测试值无法得到所述超级结结构的pn匹配状态。还需要进行后续的步骤。

步骤二中，由于所述超级结器件为n型器件，故所述沟道电流为电子形成的电流，所述沟道电流注入的电子会降低所述超级结结构中的n型柱中的n型有效电荷，随着所述沟道电流从小到大的变化，所述n型柱中的n型有效电荷会逐渐趋近于最佳匹配状态，在到达所述最佳匹配状态之后又逐渐远离所述最佳匹配状态，图3a中的箭头103a示意出了通过沟道电流调节实现的所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态的变化；根据所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态的变化和二次曲线可知，测量得到的所述击穿电压会形成一个逐渐增加，在到达最大值之后又逐渐减小的变化；这样，通过测量得到的所述击穿电压的变化就能确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态为n型柱的掺杂浓度大于所述p型柱的掺杂浓度。

由于，沟道电流的大小直接由栅极电压决定，所以直接通过栅极电压和击穿电压的变化关系就能得到所述超级结结构为第一种pn匹配状态，图3b中，vg增加对应的箭头表示栅极电压增加的方向，vb变化对应的箭头表示击穿电压变化的方向，可以看出，随着栅极电压的增加，vb先增加，到达最大值之后再下降，所以，这种vb的变化就能确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态为n型柱的掺杂浓度大于所述p型柱的掺杂浓度。

所述超级结结构具有第二种pn匹配状态的测量为：

如图4b所示，本发明实施例方法中超级结结构为第二种pn匹配状态时调制形成的pn匹配的变化和击穿电压的变化关系；如图4b所示，本发明实施例方法中超级结结构为第二种pn匹配状态时栅极电压和击穿电压的变化关系。

当所述超级结结构中的n型柱的掺杂浓度小于所述p型柱的掺杂浓度时，步骤一测试得到的击穿电压小于最佳匹配时的击穿电压。如图4a所示，这时所述超级结结构的第二种pn匹配状态位于虚线圈102b中，对应的击穿电压可以从曲线101对应得到，测试的值和曲线101对应的值一致，但是从测试值无法得到所述超级结结构的pn匹配状态。还需要进行后续的步骤。

步骤二中，所述沟道电流注入的电子会降低所述超级结结构中的n型柱中的n型有效电荷，使得所述超级结结构更加远离最佳匹配状态；随着所述沟道电流从小到大的变化，所述超级结结构会更加远离最佳匹配状态，使得测量的所述击穿电压会逐渐减小，图4a中的箭头103b示意出了通过沟道电流调节实现的所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态的变化；根据所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态的变化和二次曲线可知，测量得到的所述击穿电压会逐渐减小。这样通过测量得到的所述击穿电压的变化来确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态为n型柱的掺杂浓度小于所述p型柱的掺杂浓度。

由于，沟道电流的大小直接由栅极电压决定，所以直接通过栅极电压和击穿电压的变化关系就能得到所述超级结结构为第二种pn匹配状态，图4b中，vg增加对应的箭头表示栅极电压增加的方向，vb变化对应的箭头表示击穿电压变化的方向，可以看出，随着栅极电压的增加，vb逐渐下降，所以，这种逐渐下降的vb的变化就能确定所述超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态为n型柱的掺杂浓度小于所述p型柱的掺杂浓度。

本发明实施例利用了超级结结构的pn匹配状态和超级结器件的击穿电压之间所具有的二次曲线关系，也即当超级结结构的pn匹配状态确定时，对应的击穿电压也即确定且二者之间符合二次曲线关系。

而对于一个已经制作好的超级结器件，由于超级结器件的超级结结构的pn匹配状态实际上在制作完成后就已经确定，但是由于击穿电压和超级结结构的pn匹配状态是符合二次曲线关系，这使得相同的击穿电压就两种的pn匹配状态，所述单纯的对超级结器件进行击穿电压的测量并不能得到超级结结构的pn匹配状态。

为了明确得到超级结结构的pn匹配状态，本发明实施例利用到了超级结器件的沟道电流注入到漂移区中后，沟道电流会对超级结结构的pn匹配进行调制，且沟道电流的大小不同得到的对超级结结构的pn匹配的调制也不同，之后再测量在各种调制形成的超级结结构的pn匹配状态下对应的击穿电压，其中沟道电流的大小能通过栅极电压的大小调节，最后能形成通过栅极电压调节的超级结结构的匹配状态和超级结器件的击穿电压之间的测量曲线，和超级结结构本身具有的二次曲线进行对比就能明确确定超级结结构的p型柱和n型柱的pn匹配状态，所以本发明实施例能对超级结器件中的pn匹配状态进行分析判断。

本发明实施例方法仅是以n型超级结器件为例进行说明，本发明实施例方法同样适用于p型超级结器件的测量，在进行p型超级结器件，采用的二次曲线应当固定n型柱的掺杂浓度，改变p型柱的掺杂浓度，p型超级结器件的沟道电流会注入空穴到超级结结构中实现对超级结结构的p型柱和n型柱的匹配的调节，通过对对应pn匹配度的击穿电压的测量同样能得到对应的超级结结构实际的pn匹配状态。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。