一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括由間隔分布的P+,N-,N+柱構(gòu)成的超結(jié)區(qū)和擁有金屬場板和SIPOS場板的終端表面結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)區(qū)和終端表面結(jié)構(gòu)之間有一層P-層，所述終端表面結(jié)構(gòu)由下到上依次淀積有高阻SIPOS層、SiO2層、低阻SIPOS層、金屬場板和摻氮SIPOS層，所述終端表面結(jié)構(gòu)也可以由下到上依次淀積高阻SIPOS層、SiO2層、金屬場板和摻氮SIPOS層，并在末端采用溝槽截止。本發(fā)明提供的一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)能夠耐高壓，提高終端可靠性，減小漏電流，可以應(yīng)用于大功率器件（IGBT，VDMOS等）的終端制造。
【專利說明】一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓控型功率器件制作領(lǐng)域，特別涉及一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]器件阻斷高壓的能力主要取決于器件結(jié)構(gòu)中特定PN結(jié)的反偏擊穿電壓。在功率器件中，受PN結(jié)彎曲或PN結(jié)終止處表面非理想因素的影響，PN結(jié)反偏擊穿電壓又受限于發(fā)生在表面附近或結(jié)彎曲處局部區(qū)域相對于體內(nèi)平行平面結(jié)提前出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象。結(jié)終端就是為了減小局部電場、提高表面擊穿電壓及可靠性、使器件實際擊穿電壓更接近平行平面結(jié)理想值而專門設(shè)計的特殊結(jié)構(gòu)。在縱向?qū)щ娖骷兴ǔ７植荚谄骷性磪^(qū)的周邊。
[0003]結(jié)終端作為功率半導(dǎo)體器件的重要組成部分，對系統(tǒng)性能的實現(xiàn)和改善起到至關(guān)重要的作用。對結(jié)終端結(jié)構(gòu)的要求包括面積效率高和可靠性好等多個方面。其中功率器件的面積效率對結(jié)終端結(jié)構(gòu)非常依賴，當(dāng)結(jié)終端所占的面積減小時，在同樣的芯片面積上，有源區(qū)的面積增大，這樣就能夠提高電流的處理能力
[0004]超結(jié)結(jié)構(gòu)由于其獨特的耐壓原理使得它在器件的特性參數(shù)折中方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)，超結(jié)的結(jié)構(gòu)特點是N，P柱間隔交錯排布的格局。通過這種結(jié)構(gòu)來引入橫向電場，利用橫向電場對縱向電場的影響來實現(xiàn)耐高壓的目的。普通超結(jié)橫向電場分布為三角形，縱向電場分布為梯形。理論上精確電荷平衡的超結(jié)結(jié)構(gòu)性能較好，否則參數(shù)會有所退化，但實際工藝很難做到絕對的平衡。
[0005]在專利US20100032791-A1中，提出了 一種超結(jié)終端結(jié)構(gòu)。如圖1所示，在該專利中，終端表面結(jié)構(gòu)的高摻雜柱的寬度和高度是漸變的，使得電壓在終端表面結(jié)構(gòu)分布較為均勻，終端的最外圍采用深槽截止，保證耐壓的同時提高終端可靠性。但這種超結(jié)終端結(jié)構(gòu)具有以下缺點:
[0006]I)現(xiàn)有工藝較難保證超結(jié)P，N柱的電荷達到精確平衡，這就會導(dǎo)致器件的參數(shù)退化，例如BV就隨著電荷不平衡程度的加強下降的很厲害。
[0007]2)終端表面結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體表面的電場均勻性不佳，容易在結(jié)附近或場板的末端出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。
[0008]3)工藝中無法防止界面的離子污染和電荷積累，大大影響了功率器件的可靠性。
[0009]4)現(xiàn)有終端技術(shù)由于耐壓結(jié)構(gòu)的原因，耐高壓需要的終端表面結(jié)構(gòu)域的寬度較大。增大了芯片面積，增加了芯片的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠耐高壓、可靠性高、漏電流小的高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括由間隔分布的P+，N-, N+柱構(gòu)成的超結(jié)區(qū)和擁有金屬場板和SIPOS場板的終端表面結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)區(qū)和終端表面結(jié)構(gòu)之間有一層P-層，所述終端表面結(jié)構(gòu)由下到上依次淀積有高阻SIPOS層、SiO2層、低阻SIPOS層、金屬場板和摻氮SIPOS層。
[0012]進一步地，所述高阻SIPOS層中的含氧量為20%-35%。
[0013]進一步地，所述低阻SIPOS層中的含氧量為5%_20%。
[0014]進一步地，所述終端表面結(jié)構(gòu)可以是SIPOS鈍化、溝槽截止的終端表面結(jié)構(gòu)，所述終端表面結(jié)構(gòu)由下到上依次淀積有高阻SIPOS層、SiO2層、金屬場板和摻氮SIPOS層。
[0015]進一步地，所述高阻SIPOS層中的含氧量為20%-35%。
[0016]進一步地，所述高阻SIPOS層、低阻SIPOS層和摻氮SIPOS層都是在650°C條件下，用LPCVD方法淀積成的。
[0017]本發(fā)明提供的一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點:
[0018]1.采用間隔分布的P+，N-, N+柱構(gòu)成改進型的超結(jié)結(jié)構(gòu)，提高終端區(qū)耐壓。
[0019]2.終端末端采用深槽截止，槽中填充高阻SIP0S\Si02\摻氮SIP0S，且與上表面的該結(jié)構(gòu)相連，防止表面和拐角擊穿，提高終端可靠性，減小漏電流；
[0020]3.終端區(qū)表面和截止槽表面Si和SiO2之間增加高阻SIPOS層，可有效減少離子污染和電荷積累，提高終端可靠性。
[0021]4.采用金屬場板降低PN結(jié)處的電場峰值，采用低阻SIPOS電阻型場板使終端表面電場平坦化，避免了金屬場板邊緣的電場集中效應(yīng)。
[0022]5.終端區(qū)上表面通過離子注入淺P層，可有效防止超結(jié)結(jié)構(gòu)由于雜質(zhì)分凝引起的電荷不平衡。
[0023]6.摻氮SIPOS作為最外層的鈍化，可以有效阻擋水汽和Na+離子這樣的可動離子?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0024]圖1是專利US20100032791-Al提供的一種超結(jié)終端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例提供的擁有金屬場板和SIPOS場板的超結(jié)終端結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實施例提供的SIPOS鈍化、溝槽截止型超結(jié)終端結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0027]參見圖2，本發(fā)明提供了一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括由間隔分布的P+，N-，N+柱構(gòu)成的超結(jié)區(qū)I和擁有金屬場板和SIPOS場板的終端表面結(jié)構(gòu)2，超結(jié)區(qū)I和終端表面結(jié)構(gòu)2之間有一層P-層3，終端表面結(jié)構(gòu)2硅片表面由下到上依次淀積有高阻SIPOS層201、SiO2層202、低阻SIPOS層203、金屬場板204和摻氮SIPOS層205。
[0028]參見圖3，本發(fā)明實施例提供的一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括由間隔分布的P+，N-, N+柱構(gòu)成的超結(jié)區(qū)I和擁有金屬場板和SIPOS場板的終端表面結(jié)構(gòu)2，超結(jié)區(qū)I和終端表面結(jié)構(gòu)2之間有一層P-層3，終端表面結(jié)構(gòu)2硅片表面由下到上依次淀積有高阻SIPOS層201、SiO2層202、金屬場板204和摻氮SIPOS層205。
[0029]本發(fā)明實施例提供的擁有金屬場板和SIPOS場板的超結(jié)終端結(jié)構(gòu)的超結(jié)區(qū)I由間隔分布的P+，N-, N+柱構(gòu)成，摻雜柱的寬度和摻雜濃度需保證P，N型材料總體的電荷平衡(P+柱中電荷等于N-柱與N+柱中電荷之和)，和終端表面結(jié)構(gòu)2表面的淺注入一層P-來提高超結(jié)區(qū)的電荷平衡度，這樣的結(jié)構(gòu)在橫向上引入了一個梯形電場，可以有效提高終端區(qū)的耐壓。和終端表面結(jié)構(gòu)2由下到上依次淀積高阻SIPOS層201 (含氧量20%-35%)，SiO2層202，低阻SIPOS層203 (含氧量5%_20%)，金屬場板204，摻氮SIPOS層205作為最外層的鈍化。低阻SIPOS層203作為SIPOS場板，金屬場板204位于SIPOS場板之上。兩種場板綜合使用可以使終端表面電場均勻。高阻SIPOS層201和低阻SIPOS層203之間的Si02層202可以減小漏電流，摻氮SIPOS層205作為最外層的鈍化可以有效阻擋水汽和Na+離子這樣的可動尚子
[0030]本發(fā)明實施例提供的SIPOS鈍化、溝槽截止的超結(jié)終端結(jié)構(gòu)的超結(jié)區(qū)I由間隔分布的P+，N-, N+柱構(gòu)成，摻雜柱的寬度和摻雜濃度需保證P，N型材料總體的電荷平衡，終端表面結(jié)構(gòu)2的表面淺注入一層P-來提高超結(jié)區(qū)的電荷平衡度，終端表面結(jié)構(gòu)2由下到上依次淀積高阻SIPOS層201 (含氧量20%-35%)，Si02層202，金屬場板204，摻氮SIPOS層205作為最外層的鈍化。遠端的截止槽內(nèi)填充物與硅片表面的淀積物同時形成，連在一起，結(jié)構(gòu)與表面相同，保證表面電場和拐角處趨于均勻，防止表面或拐角擊穿。
[0031]上述結(jié)構(gòu)中涉及到的高阻SIPOS層、低阻SIPOS層和摻氮SIPOS層都是在650°C下，用LPCVD的方法淀積成的。
[0032]本發(fā)明提供的一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，間隔排布的N，P柱形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。其耐壓原理就是通過橫向PN結(jié)來引入橫向電場，利用橫向電場對縱向電場的影響來實現(xiàn)耐高壓的目的。普通超結(jié)橫向電場分布為三角形，縱向電場分布為梯形。本發(fā)明中提到的橫向變摻雜超結(jié)則是通過引入橫向的P+N-N+結(jié)來實現(xiàn)橫向的梯形電場分布，而縱向電場分布依然為梯形，從而在相同面積的情況下提高終端區(qū)的耐壓。
[0033]終端區(qū)上表面通過離子注入淺P層，可以補償部分在退火中由于雜質(zhì)分凝引起的P柱變窄，可有效降低電荷不平衡的程度，防止參數(shù)退化。
[0034]終端末端采用溝槽截止，填充SIPOS，SiO2組合層且與上表面的鈍化結(jié)構(gòu)相連，這種結(jié)構(gòu)可以使表面和拐角處電場趨于均勻，防止表面擊穿。
[0035]另外SIPOS薄膜是半絕緣的，幾乎是電中性的，當(dāng)硅器件表面直接以摻氧的高阻SIPOS接觸時，界面上的離子沾污在硅表面附近所感應(yīng)的相反極性的電荷將漂移到SIPOS層里面，而感應(yīng)的電荷將中和外表面的電荷。另一方面，由于熱載流子不會長時間留在SIPOS層內(nèi)，所以由于PN結(jié)雪崩擊穿而注入到鈍化層的熱載流子不會發(fā)生儲存效應(yīng)。另外，SIPOS薄膜的半絕緣性還使得其可以釋放表面電場。而在高阻SIPOS層上加一層SiO2則可以減小漏電流，因此，各層綜合應(yīng)用，有利于提高器件的耐壓和可靠性。摻氮SIPOS作為最外層的鈍化，可以有效阻擋水汽和Na+離子這樣的可動離子。
[0036]金屬場板提高了結(jié)的曲率半徑，降低了結(jié)附近的電場峰值；SIP0S電阻場板使硅表面電場平坦化，避免了金屬場板邊緣的電場集中效應(yīng)。這都有助于提高終端耐壓。
[0037]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括由間隔分布的P+，N-，N+柱構(gòu)成的超結(jié)區(qū)和擁有金屬場板和SIPOS場板的終端表面結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)區(qū)和終端表面結(jié)構(gòu)之間有一層P-層，所述終端表面結(jié)構(gòu)由下到上依次淀積有高阻SIPOS層、SiO2層、低阻SIPOS層、金屬場板和摻氮SIPOS層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述高阻SIPOS層中的含氧量為20%-35%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述低阻SIPOS層中的含氧量為5%-20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述終端表面結(jié)構(gòu)是SIPOS鈍化、溝槽截止的終端表面結(jié)構(gòu)，所述終端表面結(jié)構(gòu)由下到上依次淀積有高阻SIPOS層、SiO2層、金屬場板和摻氮SIPOS層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述高阻SIPOS層的含氧量為 20%-35%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的高壓超結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述高阻SIPOS層、低阻SIPOS層和摻氮SIPOS層都是在650°C條件下，用LPCVD方法淀積成的。
【文檔編號】H01L29/40GK103681780SQ201210345440
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月17日
【發(fā)明者】王波, 朱陽軍, 胡愛斌, 盧爍今 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所