一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓功率集成電路的發(fā)展離不開可集成的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件。橫向高壓功率半導(dǎo)體器件通常為閉合結(jié)構(gòu)，包括圓形、跑道型和叉指狀等結(jié)構(gòu)。對于閉合的跑道型結(jié)構(gòu)和叉指狀結(jié)構(gòu)，在彎道部分和指尖部分會出現(xiàn)小曲率終端，電場線容易在小曲率半徑處發(fā)生集中，從而導(dǎo)致器件在小曲率半徑處提前發(fā)生雪崩擊穿，這對于橫向高壓功率器件版圖結(jié)構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003]公開號為CN102244092A的中國專利公開了 “一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，如圖1所示，器件終端結(jié)構(gòu)包括漏極N+l、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、源極N+7、源極P+8。器件結(jié)構(gòu)分為兩部分，包括直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)。直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中，P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2相連，當漏極施加高電壓時，P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面開始耗盡，輕摻雜N型漂移區(qū)2的耗盡區(qū)將主要承擔(dān)耐壓，電場峰值出現(xiàn)在P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面。為解決高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)曲率冶金結(jié)面的電力線高度集中，造成器件提前發(fā)生雪崩擊穿的問題，專利采用了如圖1所示的曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)，高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜P型襯底3相連，輕摻雜P型襯底3與輕摻雜N型漂移區(qū)2相連，高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜N型漂移區(qū)2的距離為LP。當器件漏極加高壓時，器件源極指尖曲率部分輕摻雜P型襯底3與輕摻雜N型漂移區(qū)2相連，代替了高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面，輕摻雜P型襯底3為耗盡區(qū)增加附加電荷，既有效降低了由于高摻雜P-well區(qū)6處的高電場峰值，又與N型漂移區(qū)2引入新的電場峰值。由于P型襯底3和N型漂移區(qū)2都是輕摻雜，所以在同等偏置電壓條件下，冶金結(jié)處電場峰值降低。又由于器件指尖曲率部分高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜P型襯底3的接觸增大了 P型曲率終端處的半徑，緩解了電場線的過度集中，避免器件在源極指尖曲率部分的提前擊穿，提高器件指尖曲率部分的擊穿電壓。同時，該專利所提出的結(jié)終端結(jié)構(gòu)還應(yīng)用在三重RESURF結(jié)構(gòu)器件中。圖2為器件直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2為三重RESURF結(jié)構(gòu)的器件剖面示意圖；圖3為器件曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2為三重RESURF結(jié)構(gòu)的器件剖面示意圖。然而，該專利在三重RESURF結(jié)構(gòu)器件下，對直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分的終端結(jié)構(gòu)沒有進行優(yōu)化，在相連部分，由于電荷的不平衡以及連接處電場仍存在曲率效應(yīng)，會導(dǎo)致功率器件提前擊穿，因此器件耐壓不是最優(yōu)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的，就是針對傳統(tǒng)器件電荷不平衡以及連接處電場曲率效應(yīng)的缺陷，提出一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，如圖4所示，包括直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)；
[0007]所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與橫向高壓功率器件有源區(qū)結(jié)構(gòu)相同，包括漏極N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、源極N+接觸區(qū)7、源極P +接觸區(qū)8、P型埋層9 ； P-we 11區(qū)6與N型漂移區(qū)2位于P型襯底3的上層，其中P-well區(qū)6位于中間，兩邊是N型漂移區(qū)2，且P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2相連；N型漂移區(qū)2中遠離P-well區(qū)6的兩側(cè)是漏極N+接觸區(qū)1，P-well區(qū)6的表面具有與金屬化源極相連的源極N+接觸區(qū)7和源極P +接觸區(qū)8，其中源極P +接觸區(qū)8位于中間，源極N +接觸區(qū)7位于源極P+接觸區(qū)8兩側(cè)；P型埋層9位于N型漂移區(qū)2中，在P-well區(qū)6與N +接觸區(qū)I之間；源極N+接觸區(qū)7與N型漂移區(qū)2之間的P-well區(qū)6表面的上方是柵氧化層5，柵氧化層5的表面的上方是柵極多晶硅4。
[0008]所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括漏極N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、源極P+接觸區(qū)8、P型埋層9 ；P-well區(qū)6表面上方是柵氧化層5，柵氧化層5的表面上方是柵極多晶硅4 ;曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、柵極多晶硅4、柵氧化層5和P型埋層9分別與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、柵極多晶硅4、柵氧化層5和P型埋層9相連并形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；其中，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N+接觸區(qū)I包圍環(huán)形N型漂移區(qū)2，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N型漂移區(qū)2內(nèi)有環(huán)形柵極多晶硅4和環(huán)形柵氧化層5 ;與“直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2相連”不同的是，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2不相連且相互間距為Lp, Lp的具體取值范圍在數(shù)微米至數(shù)十微米之間；
[0009]其特征在于，所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2連接處靠近P-well區(qū)6的一側(cè)，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2的末端具有第一斜面，所述第一斜面與P-well區(qū)6連接，第一斜面與器件橫線方向具有α度夾角；所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9連接處靠近P-well區(qū)6的一側(cè)，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9的末端具有第二斜面，所述第二斜面與P第一斜面平行；α度夾角的具體取值范圍為30度到60度；所述第一斜面和第二斜面之間的間距為b，b的具體取值范圍為O到15微米；所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形P型埋層9的內(nèi)壁與曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N型漂移區(qū)2和P型襯底3的連接處的間距為a。
[0010]本發(fā)明總的技術(shù)方案，在直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2內(nèi)壁向中間延伸至與直接結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2內(nèi)壁連接，延伸方向與直接結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2內(nèi)壁垂直方向具有α度夾角，α度夾角的具體取值范圍為30度到60度；所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9內(nèi)壁向中間延伸至與直接結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9內(nèi)壁連接，延伸方向與直接結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9內(nèi)壁垂直方向具有α度夾角，α度夾角的具體取值范圍為30度到60度；相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在連接處以α度角連接直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)，可以有效緩解連接處電場的曲率效應(yīng)。在連接處延伸方向的垂直方向，P型埋層9與N型漂移區(qū)2之間有間距b，b的具體取值范圍0-15微米。在實際工藝中，N型漂移區(qū)2通過離子注入形成，在退火推結(jié)后，N型漂移區(qū)2會向外擴散，將P型埋層9超出N型漂移區(qū)2 —些距離，使得擴散出去的N型漂移區(qū)2有P型雜質(zhì)耗盡，這樣，在直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分，電荷不平衡的問題得以改善，從而得到最優(yōu)化的擊穿電壓。在上述方案中，應(yīng)當理解的是，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9的外壁是指整個器件中P型埋層9靠近N+接觸區(qū)I的一側(cè)，內(nèi)壁是指整個器件中P型埋層9靠近P型襯底3的一側(cè)；其他部位的外壁與內(nèi)壁均為此含義。
[0011]進一步的，所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9外壁與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9外壁位于N型漂移區(qū)2中，所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形P型埋層9的內(nèi)壁與曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N型漂移區(qū)2和P型襯底3的連接處的間距為a，a的具體取值范圍為O到15微米。
[0012]進一步的，所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9的內(nèi)壁位于曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N型漂移區(qū)2中。
[0013]進一步的，所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中P型埋層9的內(nèi)壁位于曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P型襯底3中。
[0014]進一步的，所述第二斜面位于曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N型漂移區(qū)2中。
[0015]進一步的，所述第二斜面位于曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P型襯底3中。
[0016]本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明通過對直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分的終端結(jié)構(gòu)進行分析和優(yōu)化，改善直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分電荷不平衡的問題以及電場曲率效應(yīng)，避免器件提前擊穿，從而得到最優(yōu)化的擊穿電壓。
【附圖說明】
[0017]圖1為傳統(tǒng)的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為傳統(tǒng)的器件直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2為三重RESURF結(jié)構(gòu)的器件剖面示意圖；
[0019]圖3為傳統(tǒng)的器件曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2為三重RESURF結(jié)構(gòu)的器件剖面示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7為實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8為實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0026]實施例1:
[0027]如圖5所示，本例的結(jié)構(gòu)為包括直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)；
[0028]所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與橫向高壓功率器件有源區(qū)結(jié)構(gòu)相同，包括漏極N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、