CN102479800B - 超级结器件的终端保护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级结器件的终端保护结构，包括电流流动区和终端保护结构，终端保护结构环绕于电流流动区四周。终端保护结构的角区域呈环形结构。在各角区域附件的电流流动区的第一沟槽的末端设置有垂直的第三沟槽。最内侧的终端保护结构的第二沟槽和各第一沟槽、第三沟槽都相隔一段距离。本发明能大大改善器件的所有沟槽的均匀度、使器件的所有沟槽符合硅外延生长填充工艺要求、从而能够提高器件的良率，还能大大改善各沟槽间的间距的均匀性、使得整个器件的每个区域N型离子和P型离子的平衡优化达到一致，避免出现局部低耐压，从而能提高器件的击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种超级结器件的终端保护结构。
背景技术
现有超级结器件包括电流流动区和终端保护结构，所述电流流动区和所述终端保护结构都包括形成于N型外延层中的多个P型沟槽，所述P型沟槽即为在所述N型外延层中开沟槽后再填入P型硅形成的，所述P型沟槽和所述N型外延层组成P型沟槽薄层和N型外延薄层交替排列的结构。所述电流流动区处于器件的中心区域，所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的四周。现有超级结器件的终端保护结构多采用两种结构，第一种结构如图1A、图1B所示，第二种结构如图2A、图2B所示。
如图1A、图1B所示，分别是现有超级结器件一的版图和角区域版图。现有超级结器件一包括电流流动区201和终端保护结构202，所述电流流动区201包括多个平行排列的沟槽201A，所述终端保护结构202包括多个平行排列的沟槽202A，每个所述沟槽202A是由四条边首尾连接组成、呈一矩形结构。如图1B所示，在每个所述沟槽202A的四个角区域202B都为直角。这种四个角区域202B都为直角的结构能保持所有沟槽即所有的所述沟槽201A和所述沟槽202A保持同样的距离，能够很方便的根据所述N型外延层的浓度调节沟槽间距离，使得N型外延薄层的N型离子和P型沟槽薄层的P型离子的平衡最优化，当加电压时候，N型外延薄层和P型沟槽薄层的N型离子和P型离子被完全耗尽，达到高电压的耐压。但现有超级结器件一的终端保护结构存在一个问题，在角区域的直角转弯，会引起击穿时电荷的集中效应，从而使得这个局部区域出现低电压击穿。
如图2A、图2B所示，分别是现有超级结器件二的版图和角区域版图。现有超级结器件二包括电流流动区301和终端保护结构302，所述电流流动区301包括多个平行排列的沟槽301A，所述终端保护结构302包括多个平行排列的沟槽302A，每个所述沟槽302A包括四条直边和四个圆弧边，直边和圆弧边交替连接组成一矩形的四角有圆弧的环状结构。如图2B所示，现有超级结器件二的四个角区域302B呈圆弧形状。四个角区域302B改为圆弧形状能极大改善角区域的电荷集中效应引起的低电压击穿问题，但同时引入了另一个工艺问题。目前最常用的沟槽生长方式是硅外延生长填充，工艺要求沟槽的宽度要保持一致或非常接近，而在圆弧状沟槽区域即四个角区域302B，越接近平行于器件沟槽301A位置，第一根保护环即最内侧的沟槽302A和沟槽301A的连接处的宽度W1越大于沟槽宽度W，这样在外延生长填充时，宽沟槽中间部分就无法完全填充硅而出现空洞，后续工艺生产中的介质膜、层间膜等各种物质会残留其中引起可靠性问题，同时在高电压下，这些空洞也是引起失效不稳定因素之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件的终端保护结构，能大大改善器件的所有沟槽的均匀度、使器件的所有沟槽符合硅外延生长填充工艺要求、从而能够提高器件的良率，还能大大改善各沟槽间的间距的均匀性、使得整个器件的每个区域N型离子和P型离子的平衡优化达到一致，避免出现局部低耐压，从而能提高器件的击穿电压。
为解决上述技术问题，本发明提供的超级结器件的终端保护结构包括电流流动区和终端保护结构；所述电流流动区包括多个平行排列的第一沟槽；每两个相邻的所述第一沟槽间的距离都为距离一，各所述第一沟槽的宽度都相同；所述终端保护结构包括多个平行排列且呈环状结构的第二沟槽，各所述第二沟槽依次环绕于所述电流流动区的四周。在俯视平面上，各所述第二沟槽为矩形的四角有圆弧的环状结构，各所述第二沟槽包括二个相互平行的第一平行边、二个相互平行的第二平行边、四个圆弧边，所述第一平行边和所述第二平行边垂直，各所述圆弧边连接一个所述第一平行边和一个所述第二平行边最后组成矩形的四角有圆弧的环状结构；各所述第一沟槽和各所述第二沟槽的第一平行边平行。最内侧的所述第二沟槽的各边和各所述第一沟槽都保持一段距离；延长线和最内侧的所述第二沟槽的各圆弧边相交的各所述第一沟槽的末端放置有和各所述第一沟槽垂直相交的第三沟槽；各所述第三沟槽的第一侧短边和各所述第三沟槽对应的所述第一沟槽相交、各所述第三沟槽的第二侧短边都位于和各所述第三沟槽垂直相交的所述第一沟槽的靠近所述圆弧边的一侧，各所述第三沟槽的长边和各所述第三沟槽邻近的所述第一沟槽不相交且相隔一段距离；各所述第三沟槽间相隔一段距离、各所述第三沟槽和对应的最内侧所述圆弧边相隔一段距离。
每两个相邻的所述第三沟槽间的距离为距离一；各所述第一沟槽对应的最内侧的所述第三沟槽的内侧长边和所述第三沟槽邻近的所述第一沟槽间的距离为距离一；各所述第三沟槽的第二侧短边和对应的最内侧所述圆弧边间的距离为距离一。
延长线和最内侧的所述第二沟槽的第二平行边相交的各所述第一沟槽的两端和最内侧的所述第二沟槽的第二平行边间的距离都为距离一；最内侧的所述第二沟槽的第一平行边和其最邻近的所述第一沟槽间的距离为距离一。
各所述第三沟槽的宽度都等于所述第一沟槽的宽度。
各所述第二沟槽的宽度都等于所述第一沟槽的宽度。
每两个相邻的所述第二沟槽间的距离等于距离一。
在截面上，所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽都形成于N型外延层中并在所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽中都填充有P型硅。
相对现有超级结器件一的终端保护结构的角区域为直角的结构，本发明的终端保护结构的角区域为圆弧结构，因此本发明能够避免由于角区域为直角而造成的角区域的低电压击穿问题。
相对于现有超级结器件二的终端保护结构的角区域的沟槽连接处会出现沟槽宽度不均匀即沟槽宽度会明显变化的结构，本发明的终端保护结构的沟槽和电流流动区的沟槽保持有间距，这样就能保证所有沟槽的宽度均匀，即能使器件的各沟槽宽度保持一致或非常接近、符合硅外延生长填充工艺要求，从而能够提高器件的良率。
本发明的终端保护结构的角区域的电流流动区的沟槽末端还设置有垂直沟槽，能大大改善各沟槽间的间距的均匀性，即能保证各沟槽间的距离保持一致或非常接近、使得整个器件的每个区域N型离子和P型离子的平衡优化达到一致，避免出现局部低耐压，从而能够提高器件的击穿电压。
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1A是现有超级结器件一版图；
图1B是现有超级结器件一的角区域版图；
图2A是现有超级结器件二版图；
图2B是现有超级结器件二的角区域版图；
图3A是本发明实施例超级结器件的终端保护结构版图；
图3B是本发明实施例超级结器件的终端保护结构的角区域版图；
图3C是图3B中沿AA’轴的截面图；
图4是超级结各种结构耐压比较图。
具体实施方式
如图3A、图3B所示，是本发明实施例超级结器件的终端保护结构版图和角区域版图，如图3C所示，是图3B中沿AA’轴的截面图。
本发明实施例超级结器件的终端保护结构包括电流流动区101和终端保护结构102；所述电流流动区101包括多个平行排列的第一沟槽101A；每两个相邻的所述第一沟槽101A间的距离都为距离一S，所述距离一S为4微米～20微米。各所述第一沟槽101A的宽度W都相同，所述宽度W为4微米～20微米。所述终端保护结构102包括多个平行排列且呈环状结构的第二沟槽102A，各所述第二沟槽102A依次环绕于所述电流流动区101的四周。在截面上，如图3C所示，各所述第一沟槽101A和各所述第二沟槽102A都形成于N型外延层104中并在所述第一沟槽101A、所述第二沟槽102A中都填充有P型硅。
在俯视平面上，各所述第二沟槽102A为矩形的四角有圆弧的环状结构即在角区域1021处为圆弧结构，各所述第二沟槽102A包括二个相互平行的第一平行边、二个相互平行的第二平行边、四个圆弧边，所述第一平行边和所述第二平行边垂直，各所述圆弧边连接一个所述第一平行边和一个所述第二平行边最后组成矩形的四角有圆弧的环状结构；各所述第一沟槽101A和各所述第二沟槽102A的第一平行边平行。图3B中在角区域1021处附近的各所述第一沟槽101A包括三个、且分别用第一沟槽101A1、第一沟槽101A2、第一沟槽101A3表示；最内侧的所述第二沟槽102A用第二沟槽102A1表示。
所示第二沟槽102A1的各边和各所述第一沟槽101A都保持一段距离。延长线和最内侧的所述第二沟槽102A的各圆弧边相交的各所述第一沟槽101A的末端放置有和各所述第一沟槽101A垂直相交的第三沟槽。本发明实施例中为所述第一沟槽101A1末端放置有和所述第一沟槽101A1垂直相交的第三沟槽101B1，所述第一沟槽101A2末端放置有和所述第一沟槽101A2垂直相交的101B2、101B3；所述第一沟槽101A3末端放置未放置沟槽。每个所述第一沟槽101A末端放置的第三沟槽的根数由该所述第一沟槽101A和其外侧相邻的第一沟槽101A的长度差决定，具体公式为：根数＝取整[(L1-L2)/(W+S)]，其中L1为角区相邻两根所述第一沟槽101A中的较长一根的长度、L2为较短的一根的长度如两根相邻沟槽为所述第一沟槽101A1和所述第一沟槽101A2时，则L1为所述第一沟槽101A1的长度，L2为所述第一沟槽101A2的长度。W为所述第一沟槽101A的宽度、S为两个相邻的所述第一沟槽101A间的距离即距离一S。
各所述第三沟槽的第一侧短边和各所述第三沟槽对应的所述第一沟槽101A相交，本发明实施例中所述第三沟槽101B1的第一侧短边和所述第一沟槽101A1相交；所述第三沟槽101B2、101B3的第一侧短边都和所述第一沟槽101A2相交。
各所述第三沟槽的第二侧短边都位于和各所述第三沟槽垂直相交的所述第一沟槽101A的靠近所述圆弧边的一侧，本发明实施例中即为所述第三沟槽101B1的第二侧短边位于所述第一沟槽101A1的靠近所述第二沟槽102A1的一侧，所述第三沟槽101B2、101B3的第二侧短边位于所述第一沟槽101A2的靠近所述第二沟槽102A1的一侧。且各所述第三沟槽的长边和各所述第三沟槽邻近的所述第一沟槽101A不相交且相隔一段距离，本发明实施例中即为所述所述第三沟槽101B1的长边和所述第一沟槽101A2不相交且相隔一距离S6；所述第三沟槽101B2和101B3的长边和所述第一沟槽101A3不相交且、其中所述第三沟槽101B3距离所述第一沟槽101A3相隔更近、该距离为距离S4。
各所述第三沟槽间相隔一段距离。本发明实施例中即为所述第三沟槽101B2和101B3间相隔一距离S2。
各所述第三沟槽和对应的最内侧所述圆弧边相隔一段距离；各所述第三沟槽的第二侧短边和对应的最内侧所述圆弧边间的距离为距离一S。本发明实施例中即为所述第三沟槽101B1、101B2和101B3的第二侧短边分别和所述第二沟槽102A1相隔有距离S5、S3、S3。且所述距离S5和S3都等于距离一S。
每两个相邻的所述第三沟槽间的距离为距离一S，即同一个所述第一沟槽101A2对应的两个相邻的第三沟槽101B2和101B3间的距离S2等于距离一S。
各所述第一沟槽101A对应的最内侧的所述第三沟槽的内侧长边和所述第三沟槽邻近的所述第一沟槽101A间的距离为距离一S；本发明实施例中即为所述距离S4、距离S6都等于距离以S。
延长线和最内侧的所述第二沟槽102A的第二平行边相交的各所述第一沟槽101A的两端和最内侧的所述第二沟槽102A的第二平行边间的距离都为距离一S；本发明实施例中例如所述第一沟槽101A1和其上部用点数省略的各所述第一沟槽101A的两端和所述第二沟槽102A1的第二平行边的距离都为距离一S。
最内侧的所述第二沟槽102A的第一平行边和其最邻近的所述第一沟槽101A间的距离为距离一S。本发明实施例中如所述第二沟槽102A1的一个第一平行边和所述第一沟槽101A3的距离为距离一S。
各所述第三沟槽即第三沟槽101B1、101B2和101B3的宽度都等于所述第一沟槽101A的宽度W。各所述第二沟槽102A的宽度都等于所述第一沟槽101A的宽度W。每两个相邻的所述第二沟槽102A间的距离等于距离一S。
本发明实施例的终端保护结构的角区域为圆弧结构能够避免该区域为直角结构时的低电压击穿问题。
本发明实施例通过将第一沟槽101A和第二沟槽102A1间设置一隔离距离一S如图3B中所示的第一沟槽101A1和第二沟槽102A1间的距离一S，可以避免圆弧结构和第一沟槽101A相交时出现的沟槽宽度变宽的问题，从而能保证后续的硅外延生长填充工艺满足要求，从而能够提高器件的良率。
本发明实施例通过在角区域设置所述第三沟槽，能够使该角区域的沟槽间距变得均匀，如图3B所示，如果没有各所述第三沟槽，则该角区域的沟槽最大间距为所述第一沟槽101A2和所述第二沟槽102A1间的间距S1，该间距S1要大于距离一S；通过设置所述第三沟槽后，各所述沟槽间的间距都能调节为距离一S。这样就能使得整个器件的每个区域N型离子和P型离子的平衡优化达到一致，避免出现局部低耐压，从而能够提高器件的击穿电压。
如图3C所示，形成了本发明实施例超级结器件除了上述的终端保护结构外，还包括P阱103，所述P阱103形成于各所述沟槽101A或102A的上方并延伸到所述N型外延层中，在所述N型外延层的还形成有栅氧化层106、在所述栅氧化层上还形成有多晶硅栅105；在所述多晶硅栅105两侧的所述P阱103中形成有N+源区107以及所述P阱103的P+引出区108；在器件的外部形成有隔离氧化物109；器件的漏区为所述N型外延层。
如图4所示，为超级结各种结构耐压比较图。图4中的纵坐标表示超级结各种结构的击穿电压相对比值，由图4可知，现有超级结器件一的结构为四角方形设计的结构，该结构的击穿电压相对比值为约0.8。现有超级结器件二的结构为四角弧形设计的结构，该结构的击穿电压相对比值约为0.95。本发明实施例超级结器件的结构为四角弧形加垂直沟槽的设计结构，该结构的击穿电压相对比值约为1.1。即上述三种结构的击穿电压相对比值为0.8∶0.95∶1.1，所以本发明实施例能够提高器件的耐压能力。
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。
Claims (7)
1.一种超级结器件的终端保护结构，所述超级结器件包括电流流动区和终端保护结构；所述电流流动区包括多个平行排列的第一沟槽；每两个相邻的所述第一沟槽间的距离都为距离一，各所述第一沟槽的宽度都相同；所述终端保护结构包括多个平行排列且呈环状结构的第二沟槽，各所述第二沟槽依次环绕于所述电流流动区的四周；
在俯视平面上，各所述第二沟槽为矩形的四角有圆弧的环状结构，各所述第二沟槽包括二个相互平行的第一平行边、二个相互平行的第二平行边、四个圆弧边，所述第一平行边和所述第二平行边垂直，各所述圆弧边连接一个所述第一平行边和一个所述第二平行边；各所述第一沟槽和各所述第二沟槽的第一平行边平行；
其特征在于：最内侧的所述第二沟槽的各边和各所述第一沟槽都保持一段距离；延长线和最内侧的所述第二沟槽的各圆弧边相交的各所述第一沟槽的末端放置有和其垂直相交的第三沟槽；各所述第三沟槽的第一侧短边和其对应的所述第一沟槽相交、各所述第三沟槽的第二侧短边都位于和其垂直相交的所述第一沟槽的靠近所述圆弧边的一侧，各所述第三沟槽的长边和其邻近的所述第一沟槽不相交且相隔一段距离；各所述第三沟槽间相隔一段距离、各所述第三沟槽和对应的最内侧所述圆弧边相隔一段距离。
2.如权利要求1所述超级结器件的终端保护结构，其特征在于：每两个相邻的所述第三沟槽间的距离为距离一；各所述第一沟槽对应的最内侧的所述第三沟槽的内侧长边和其邻近的所述第一沟槽间的距离为距离一；各所述第三沟槽的第二侧短边和对应的最内侧所述圆弧边间的距离为距离一。
3.如权利要求1所述超级结器件的终端保护结构，其特征在于：延长线和最内侧的所述第二沟槽的第二平行边相交的各所述第一沟槽的两端和最内侧的所述第二沟槽的第二平行边间的距离都为距离一；最内侧的所述第二沟槽的第一平行边和其最邻近的所述第一沟槽间的距离为距离
4.如权利要求1所述超级结器件的终端保护结构，其特征在于：各所述第三沟槽的宽度都等于所述第一沟槽的宽度。
5.如权利要求1所述超级结器件的终端保护结构，其特征在于：各所述第二沟槽的宽度都等于所述第一沟槽的宽度。
6.如权利要求1所述超级结器件的终端保护结构，其特征在于：每两个相邻的所述第二沟槽间的距离等于距离一。
7.如权利要求1所述超级结器件的终端保护结构，其特征在于：在截面上，所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽都形成于N型外延层中并在所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽中都填充有P型硅。
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