CN102760756A - 一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构 - Google Patents

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Abstract

一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，包括：兼做漏区的N型重掺杂硅衬底、过渡区I及终端区II，在N型重掺杂硅衬底的上表面设有N型掺杂硅外延层，在N型掺杂硅外延层内设有过渡区I及终端区II，在过渡区I及终端区II内超结结构，在过渡区I内设有P型掺杂半导体区，在P型掺杂半导体区的上方设有过渡区多晶硅层，过渡区多晶硅层电连接有第一金属场板，在终端区II的各个N型掺杂硅柱状区域的上方分别设有终端区多晶硅层，各个终端区多晶硅层分别向过渡区I延伸并分别止于相邻的P型掺杂柱状半导体区的上方，在各个终端区多晶硅层上电连接有第二金属场板，第二金属场板向终端区II的外边界延伸并止于下一块终端区多晶硅层的上方。

Description

一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构
技术领域
本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及受可动离子沾污影响的硅制高压功率器件，特别适用于硅制超结纵向双扩散金属氧化物场效应晶体管(Superjunction VDMOS,即超结VDMOS，一下均简写为超结VDMOS)，更具体的说，涉及一种在高温反偏条件下具有高可靠性的硅制超结VDMOS的终端结构。
背景技术
目前，功率器件在日常生活、生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由于它们拥有较快的开关速度、较小的驱动电流、较宽的安全工作区，因此受到了众多研究者们的青睐。如今，功率器件正向着提高工作电压、增加工作电流、减小导通电阻和集成化的方向发展。超结的发明是功率金属氧化物半导体场效应晶体管技术上的一个里程碑。
功率器件不仅在国防、航天、航空等尖端技术领域倍受青睐，在工业，民用家电等领域也同样为人们所重视。随着功率器件的日益发展，其可靠性也已经成为人们普遍关注的焦点。功率器件为电子设备提供所需形式的电源和电机设备提供驱动，几乎一切电子设备和电机设备都需用到功率器件，所以对器件可靠性的研究有着至关重要的意义。
可靠性的定义是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。所谓规定的条件，主要指使用条件和环境条件。使用条件是指那些将进入到产品或材料内部而起作用的应力条件，如电应力、化学应力和物理应力。可靠性试验的范围非常广泛，其目的是为了考核电子元器件等电子产品在储存、运输和工作过程中可能遇到各种复杂的机械、环境条件。
由于功率器件的应用场合，高温高压条件下的可靠性性显得尤为重要，高温反偏(High Temperature Reverse bias,HTRB)测试正是为了评估功率芯片在高温反偏条件下的使用寿命以及可靠性所进行的一种可靠性测试；在高温高压条件下由封装引入的可动离子(主要是纳离子)会有一定几率穿过功率器件芯片的钝化层和介质层进入到硅与二氧化硅的界面，这些可动离子会改变功率器件的硅表面电场分布使器件的耐压退化。因此，降低功率器件在高温反偏测试下的耐压敏感度有着极其重要的意义。
通过在超结VDMOS的终端结构硅表面设置可动离子阻断结构能够抑制可动离子由超结VDMOS的终端结构区域向芯片中心区域移动。一方面，可动离子阻断结构能够隔断氧化层，切断可动离子移动的路径；另一方面，由场板构成的可动离子阻断结构能够感应出与可动离子极性相反极性的电荷，补偿可动离子，确保硅表面的电场不受可动离子的影响。
发明内容
本发明提供一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，所涉及的结构能够隔断氧化层，切断可动离子扩散的路径，终端表面电势分布更为均匀；抑制浮空场板末端的峰值电场，提高超结VDMOS芯片在高温反偏工作条件下的可靠性。
本发明采用如下技术方案：
一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，包括：兼做漏区的N型重掺杂硅衬底、过渡区I及终端区II，在N型重掺杂硅衬底的下表面设置有漏极金属，在N型重掺杂硅衬底的上表面设有N型掺杂硅外延层，在N型掺杂硅外延层内设有过渡区I及终端区II且终端区II位于过渡区I外部，在过渡区I内设有过渡区I的超结结构，在终端区II内设有终端区II的超结结构，所述的超结结构包括P型掺杂硅柱状区域和N型掺杂硅柱状区域，P型掺杂硅柱状区域和N型掺杂硅柱状区域交替排列，在过渡区I内设有P型掺杂半导体区且P型掺杂半导体区与过渡区I的内边界相邻，在N型掺杂硅外延层上设有N型重掺杂半导体区且N型重掺杂半导体区位于终端区II的外部，在N型掺杂硅外延层的上方设有氧化层，在P型掺杂半导体区的上方设有过渡区多晶硅层且过渡区多晶硅层位于氧化层内，在过渡区多晶硅层上电连接有第一金属场板，且所述第一金属场板向外覆盖到过渡区I内的最外侧的P型掺杂柱状半导体区上方，在终端区II的超结结构中的各个N型掺杂硅柱状区域的上方分别设有终端区多晶硅层且终端区多晶硅层位于氧化层内，各个终端区多晶硅层分别向过渡区I延伸并分别止于与各个N型掺杂硅柱状区域相邻的P型掺杂柱状半导体区的上方，在各个终端区多晶硅层上电连接有第二金属场板，且最外侧的第二金属场板以外的其他第二金属场板向终端区II的外边界延伸并止于下一块终端区多晶硅层的上方，最外侧的第二金属场板向终端区II的外边界延伸并越过与其相连的终端区多晶硅层，所述的终端区多晶硅层覆盖了半个P型掺杂硅柱状区域和与其相邻的至少半个N型掺杂硅柱状区域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明结构在传统的超结结构终端表面设有氧化层上方设有多晶硅，多晶硅覆盖了半个P型掺杂半导体区与两个P型掺杂半导体区之间的N型掺杂硅柱状区域，在终端区多晶硅层上设有接触孔与第二金属场板相连，第二金属场板底部与多晶硅相接触，第二金属场板向外延伸，每一块第二金属场板延伸到下一块终端区多晶硅层的上方，确保了超结VDMOS终端结构表面最大限度的被场板所覆盖，使可动离子游移到芯片内部的路径非常狭窄，而没有第二金属场板保护的传统结构的终端表面可动离子的游移空间非常大。
2、本发明结构的终端区多晶硅层与第二金属场板能够补偿可动离子，使得硅表面不受可动离子的影响，而没有终端区多晶硅层与第二金属场板保护的传统结构的终端硅表面的电场极易受到可动离子的影响。
3、本发明结构的实现极为简单，相比于传统结构无须增加成本。
附图说明
图1是本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构的俯视图。
图2是本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构A-A’剖视图。
图3是本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构B-B’剖视图。
图4是本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构击穿电压随使用时间的仿真图。
具体实施方式
一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，包括：兼做漏区的N型重掺杂硅衬底2、过渡区I及终端区II，在N型重掺杂硅衬底2的下表面设置有漏极金属1，在N型重掺杂硅衬底2的上表面设有N型掺杂硅外延层3，在N型掺杂硅外延层3内设有过渡区I及终端区II且终端区II位于过渡区I外部，在过渡区I内设有过渡区I的超结结构，在终端区II内设有终端区II的超结结构，所述的超结结构包括P型掺杂硅柱状区域4和N型掺杂硅柱状区域5，P型掺杂硅柱状区域4和N型掺杂硅柱状区域5交替排列，在过渡区I内设有P型掺杂半导体区6且P型掺杂半导体区6与过渡区I的内边界相邻，在N型掺杂硅外延层3上设有N型重掺杂半导体区12且N型重掺杂半导体区12位于终端区II的外部，在N型掺杂硅外延层3的上方设有氧化层7，在P型掺杂半导体区6的上方设有过渡区多晶硅层8且过渡区多晶硅层8位于氧化层7内，在过渡区多晶硅层8上电连接有第一金属场板9，且所述第一金属场板9向外覆盖到过渡区I内的最外侧的P型掺杂柱状半导体区4上方，在终端区II的超结结构中的各个N型掺杂硅柱状区域5的上方分别设有终端区多晶硅层10且终端区多晶硅层10位于氧化层7内，各个终端区多晶硅层10分别向过渡区I延伸并分别止于与各个N型掺杂硅柱状区域5相邻的P型掺杂柱状半导体区4的上方，在各个终端区多晶硅层10上电连接有第二金属场板11，且最外侧的第二金属场板以外的其他第二金属场板向终端区II的外边界延伸并止于下一块终端区多晶硅层10的上方，最外侧的第二金属场板向终端区II的外边界延伸并越过与其相连的终端区多晶硅层，所述的终端区多晶硅层10覆盖了半个P型掺杂硅柱状区域4和与其相邻的至少半个N型掺杂硅柱状区域5。
下面参照附图，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明：
参考图1是本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构的俯视示意图，其中图中的实线对应为金属场板，虚线为对应的多晶硅层。
图2，本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端区II位于过渡区I外部。
图4，本发明所述带浮空场板的超结金属氧化物场效应管击穿电压随使用时间降低的仿真曲线，其中实现是新结构的击穿电压。

Claims (2)

1.一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，包括：兼做漏区的N型重掺杂硅衬底(2)、过渡区(I)及终端区(II)，在N型重掺杂硅衬底(2)的下表面设置有漏极金属(1)，在N型重掺杂硅衬底(2)的上表面设有N型掺杂硅外延层(3)，在N型掺杂硅外延层(3)内设有过渡区(I)及终端区(II)且终端区(II)位于过渡区(I)外部，在过渡区(I)内设有过渡区(I)的超结结构，在终端区(II)内设有终端区(II)的超结结构，所述的超结结构包括P型掺杂硅柱状区域(4)和N型掺杂硅柱状区域(5)，P型掺杂硅柱状区域(4)和N型掺杂硅柱状区域(5)交替排列，在过渡区(I)内设有P型掺杂半导体区(6)且P型掺杂半导体区(6)与过渡区(I)的内边界相邻，在N型掺杂硅外延层(3)上设有N型重掺杂半导体区(12)且N型重掺杂半导体区(12)位于终端区(II)的外部，在N型掺杂硅外延层(3)的上方设有氧化层(7)，其特征在于，在P型掺杂半导体区(6)的上方设有过渡区多晶硅层(8)且过渡区多晶硅层(8)位于氧化层(7)内，在过渡区多晶硅层(8)上电连接有第一金属场板(9)，且所述第一金属场板(9)向外覆盖到过渡区(I)内的最外侧的P型掺杂柱状半导体区(4)上方，在终端区(II)的超结结构中的各个N型掺杂硅柱状区域(5)的上方分别设有终端区多晶硅层(10)且终端区多晶硅层(10)位于氧化层(7)内，各个终端区多晶硅层(10)分别向过渡区(I)延伸并分别止于与各个N型掺杂硅柱状区域(5)相邻的P型掺杂柱状半导体区(4)的上方，在各个终端区多晶硅层(10)上电连接有第二金属场板(11)，且最外侧的第二金属场板以外的其他第二金属场板向终端区(II)的外边界延伸并止于下一块终端区多晶硅层(10)的上方，最外侧的第二金属场板向终端区(II)的外边界延伸并越过与其相连的终端区多晶硅层。
2.根据权利要求1所述的带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，其特征在于，所述的终端区多晶硅层(10)覆盖了半个P型掺杂硅柱状区域(4)和与其相邻的至少半个N型掺杂硅柱状区域(5)。
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