CN103050508A - 超级结器件终端结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超级结器件终端结构，包含衬底重掺杂区及位于衬底重掺杂区之上的外延漂移区；外延漂移区中俯视角度具有元胞区及将元胞区环绕包围的终端保护区，所述的终端保护区中具有第二P型阱及位于第二P型阱上方的N型阱，N型阱上方具有金属场板。利用纵向耗尽的结构，提高器件的耐压能力，避开了传统深沟槽工艺带来的填充不稳定性问题。纵向耗尽区的上方的金属场板调节了注入浓度不均的问题，疏散表面电场。

Description

超级结器件终端结构
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种超级结器件终端结构。
背景技术
深沟槽工艺被广泛的应用于超级结产品，如图1所示，在重掺杂的N型硅衬底211上具有轻掺杂N型外延221，两轻掺杂P型区231位于N型外延221中相对排布，轻掺杂P型区231上还具有P型阱241及包含在P型阱241中的重掺杂N型区251，器件表面具有栅极261。在沟槽内轻掺杂P型区231与N型外延221在大电压下形成耗尽层，从而实现耐压能力的提升和相比于传统MOSFET的导通电阻的下降。一般这类超级结产品对于所述的沟槽内填充的轻掺杂P型半导体材料与轻掺杂N型外延的浓度匹配平衡要求较高。
由于沟槽的工艺填充能力限制，在终端区尤其是终端圆弧区会存在缺陷。如图2及图3所示，图2是器件的俯视平面图，终端区将元胞区环绕包围，整体略成圆角矩形，其AA’方向是圆弧区，图3显示了图2圆弧区的剖面图，圆弧区沟槽厚度增加，使得填充时沟槽出现空洞。这些缺陷导致轻掺杂P型半导体材料与轻掺杂N型外延区的浓度匹配的失衡，轻则影响的是产品的晶圆面内的均一性，重则导致产品耐压不稳定、源漏漏电增加，甚至器件的失效。
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终端结构，解决多晶硅布线易受外界信号干扰，引发开关特性不好或者误动作的问题，提高工艺的稳定性。
为解决上述问题，本发明所述的超级结器件终端结构，位于衬底重掺杂区之上的外延漂移区中，所述外延漂移区划分为元胞区及终端区，在俯视平面上终端区是将元胞区环绕包围，所述元胞区中，具有第一P型阱，第一P型阱中具有多个P型半绝缘柱区，且P型半绝缘柱区的深度均大于第一P型阱，多个重掺杂N型区位于第一P型阱中，且与P型半绝缘柱区接触，P型半绝缘柱区之间的硅表面上还具有多晶硅栅极，其两端不覆盖重掺杂N型区；所述终端区，包含所述超级结器件终端结构，其中：
在外延漂移区的终端区中，具有靠近元胞区的P型半绝缘柱区，所述P型半绝缘柱区位于元胞区延伸进入终端区的第一P型阱中，且其深度大于第一P型阱，终端区中还具有第二P型阱和N型阱，N型阱位于第二P型阱之上，形成纵向的层叠结构；
所述元胞区中的第一P型阱，其终端区一侧与终端区中的N型阱及第二P型阱抵靠接触；
在N型阱远离元胞区的外侧方向的外延中，还具有与N型阱接触的重掺杂N型区；
在终端区的硅表面上，接触孔分别连接P型半绝缘柱区及重掺杂N型区，N型阱之上具有间隔排列的场氧；
P型半绝缘柱区上的接触孔和与之相邻的场氧上共同覆盖同一金属场板，重掺杂N型区上的接触孔和与之相邻的另一场氧上共同覆盖另一金属场板。
进一步地，所述终端区的第二P型阱，是单独注入推进形成，或者是直接利用元胞区的第一P型阱。
进一步地，所述终端区的N型阱，注入杂质为磷，注入能量大于100KeV，并用热过程推进，推进深度大于3μm。
进一步地，所述终端区的N型阱上方具有至少两个场氧，场氧的厚度不低于
Figure BDA00002125316400021
，是通过热氧化形成，或者是通过热氧化和淀积的组合工艺形成。
进一步地，当场氧是由热氧化和淀积的组合工艺形成时，先在硅表面制作热氧化，其厚度不低于。
本发明所述的超级结器件终端结构，采用P型阱和N型阱构成纵向耗尽，在达到相同的耐压能力的同时，避开了深沟槽填充工艺所带来的不足，提高了工艺稳定性，同时，纵向耗尽区上方设置金属场板，调节了由于注入浓度分布不均的问题。
附图说明
图1是传统的超级结MOSFET剖面示意图；
图2是传统的超级结MOSFET俯视平面图；
图3是图2AA’处的截面示意图；
图4是本发明结构示意图；
图5是本发明场板调制前的电场分布图；
图6是本发明场板调制后的电场分布图。
附图标记说明
211是N型衬底，221是轻掺杂N型外延，231是轻掺杂P型区，241是P型阱，251是重掺杂N型区，261是栅极，01是衬底重掺杂区，11是外延漂移区，21是场氧，31是第一P型阱，32是第二P型阱，41是P型半绝缘柱区，51是多晶硅栅极，61是重掺杂N型区，62是N型阱，71是接触孔，81是金属场板，100是元胞区，101是终端区。
具体实施方式
本发明所述的超级结器件终端结构，如图4所示，在衬底重掺杂区01之上具有外延漂移区11，所述外延漂移区11，水平划分为元胞区100及终端区111（以图中垂直虚线为界）。在俯视平面上，终端区101是将元胞区100环绕包围(可参考图2)，所述元胞区100中，具有第一P型阱31，第一P型阱31中具有多个P型半绝缘柱区41，P型半绝缘柱区41用于电荷补偿作用，是由单一材料构成，或者是半导体绝缘材料和绝缘材料的复合结构。所述P型半绝缘柱区41的深度均大于第一P型阱31，多个重掺杂N型区61位于第一P型阱31中，且与P型半绝缘柱区41接触，P型半绝缘柱区41之间的硅表面上还具有多晶硅栅极51，多晶硅栅极51是位于重掺杂N型区61之间。
所述终端区101，用于制作超级结器件终端结构，包含：
在外延漂移区11的终端区101中，具有靠近元胞区100的P型半绝缘柱区41，以及第二P型阱32和N型阱62，N型阱62位于第二P型阱32上方，形成纵向的层叠结构。N型阱62，注入材料为磷，注入能量大于100KeV，并用热过程推进，推进深度大于3μm。
在远离元胞区100的终端区101外侧的外延11表面处，还具有重掺杂N型区61，与N型阱62接触。
在终端区101的硅表面上，接触孔71分别连接P型半绝缘柱区41及重掺杂N型区61，场氧21位于N型阱62之上且间隔排列，场氧的数量至少为2个。场氧的厚度不低于，是通过热氧化形成，或者是通过热氧化和淀积的组合工艺形成。当场氧由热氧化和淀积的组合工艺形成时，先在硅表面制作热氧化，其厚度不低于
Figure BDA00002125316400032
。
P型半绝缘柱区41上的接触孔71和与之相邻的场氧21上共同覆盖同一金属场板81，重掺杂N型区61上的接触孔71和与之相邻的另一场氧21上共同覆盖另一金属场板81。
所述元胞区100中的第一P型阱31，其靠终端区一侧与终端区101中的N型阱62及第二P型阱32接触。终端区的第二P型阱32，是单独注入推进形成，或者是直接利用元胞区100的第一P型阱31。
所述终端区的第二P型阱32及N型阱62，形成纵向耗尽区，保证了同类器件的耐压能力的同时，用离子注入工艺替代了传统的深沟槽填充工艺，也就避开了深沟槽填充的工艺不稳定性，纵向耗尽区上方的场氧上设置金属场板，通过场板的调制效应，疏散表面电场，调节阱注入工艺可能带来的浓度分布不均的问题。如图5所示，显示本发明金属场板未开启时的电场分布图，由于金属场板未工作，漂移区内电场线分布较密，即场强较强，当开启金属场板时，电场分布如图6所示，硅表面下的电场线分布密度降低，即金属场板降低了器件内部电场强度。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超级结器件终端结构，位于衬底重掺杂区之上的外延漂移区中，所述外延漂移区划分为元胞区及终端区，在俯视平面上终端区是将元胞区环绕包围，所述元胞区中，具有第一P型阱，第一P型阱中具有多个P型半绝缘柱区，且P型半绝缘柱区的深度均大于第一P型阱，多个重掺杂N型区位于第一P型阱中，且侧面与P型半绝缘柱区接触，P型半绝缘柱区之间的硅表面上还具有多晶硅栅极，位于重掺杂N型区之间的硅表面，所述终端区，包含所述超级结器件终端结构，其特征在于：
在外延漂移区的终端区中，具有靠近元胞区的P型半绝缘柱区，所述P型半绝缘柱区位于元胞区延伸进入终端区的第一P型阱中，且其深度大于第一P型阱，终端区中还具有第二P型阱和N型阱，N型阱位于第二P型阱之上，形成纵向的层叠结构；
所述元胞区中的第一P型阱，其终端区一侧与终端区中的N型阱及第二P型阱抵靠接触；
在N型阱远离元胞区的外侧方向的外延中，还具有与N型阱接触的重掺杂N型区；
在终端区的硅表面上，接触孔分别连接P型半绝缘柱区及重掺杂N型区，N型阱之上具有间隔排列的场氧；
P型半绝缘柱区上的接触孔和与之相邻的场氧上共同覆盖同一金属场板，重掺杂N型区上的接触孔和与之相邻的另一场氧上共同覆盖另一金属场板。
2.如权利要求1所述的超级结器件终端结构，其特征在于：所述终端区的第二P型阱，是单独注入推进形成，或者是直接利用元胞区的第一P型阱。
3.如权利要求1所述的超级结器件终端结构，其特征在于：所述终端区的N型阱，注入杂质为磷，注入能量大于100KeV，并用热过程推进，推进深度大于3μm。
4.如权利要求1所述的超级结器件终端结构，其特征在于：所述P型半绝缘柱区是单一材料，或者是半导体绝缘材料和绝缘材料的复合结构。
5.如权利要求4所述的超级结器件终端结构，其特征在于：当所述P型半绝缘柱区是半导体绝缘材料和绝缘材料的复合结构时，半导体绝缘材料位于靠外延漂移区一侧。
6.如权利要求1所述的超级结器件终端结构，其特征在于：所述终端区的N型阱上方具有至少两个场氧，场氧的厚度不低于
Figure FDA00002125316300011
，是通过热氧化形成，或者是通过热氧化和淀积的组合工艺形成。
7.如权利要求6所述的超级结器件终端结构，其特征在于：当场氧是由热氧化和淀积的组合工艺形成时，先在硅表面制作热氧化，其厚度不低于。
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