CN103050539B - 超级结器件终端保护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超级结器件终端保护结构，适用于超级结器件，终端保护结构是环绕包围超级结器件的有源区，具有多个沟槽环、P型体环，以及金属或多晶硅场板，本发明通过在金属场板下的沟槽环之间跨接P型体环，以及增宽金属场板下的沟槽环的宽度，来优化金属场板边缘下电场分布，降低表面峰值电场，优化横向电势分布，提高器件的耐压性及可靠性。

Description

超级结器件终端保护结构
技术领域
本发明涉及半导体器件设计领域，特别是指一种超级结器件终端保护结构。
背景技术
超级结功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在双扩散金属氧化物半导体（DMOS）的基础上，通过引入超级结（SuperJunction）结构，除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明（高压气体放电灯）产品以及电视机（液晶或等离子电视机）和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。
目前超级结功率器件的制备工艺主要分成两大类，一种是利用多次外延和注入的方式在N型外延衬底上形成P柱；另外一种是在深沟槽刻蚀加P柱填充的方式形成。超级结器件的结构分为元胞区及终端保护区，终端保护区位于元胞区之外，将元胞区环绕包围。如图1所示，是传统的超级结器件终端区结构示意图，外延层2中划分为元胞区11以及终端区12，多个P型沟槽环3间隔排列在外延2中，P型沟槽环3与N型外延2形成P、N层的交替排列，终端区12的外延2表面具有金属场板13，金属场板13下的P型沟槽环3的顶侧具有P型体环5，且金属场板13起始端下的P型体环5是跨接在两P型沟槽环3之间，金属场板13覆盖范围之外的P型沟槽环3的顶部具有多个浮空多晶硅场板。
该结构的存在的问题是：在非浮空的金属场板13外边缘处，也就是场板向隔离结构外围延伸的场板末端下方的硅表面具有较高的峰值电场，容易发生表面电场击穿，影响器件的性能或可靠性。
图2所示的是另外一种终端保护结构，与图1相比，其区别之处是在沟槽3的内外侧增加了多个P型体环5，该P型体环5能在一定程度上提高器件的击穿电压，但对于降低金属场板13延伸末端下方的表面峰值电场，改善的能力仍然有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种超级结器件终端保护结构，以提高器件的耐压及可靠性。
为解决上述问题，本发明提供一种超级结器件终端保护结构，是位于N型外延2中的终端区12，环绕包围超级结器件的元胞区11，所述终端结构从远离元胞区11方向依次排列P型体环5、多个P型沟槽环3以及场终止环6；所述P型沟槽环是间隔排列且沟槽内填充P型硅形成；多个间隔的P型沟槽环与N型外延之间形成P、N型的交替排列；所述的P型体环是位于P型沟槽环顶侧的外延中；终端P型沟槽环上的外延表面具有非浮空的金属场板，以及浮空的多晶硅场板；场终止环位于终端区最外围一圈；元胞区和终端区的交界过渡区处的P型体环至少覆盖一个P型沟槽环；
所述的非浮空的金属场板的延伸末端下方的P型沟槽环3a、3b的宽度大于其他的P型沟槽环3，且P型沟槽环3a、3b之间具有P型体环5跨接。
进一步地，所述金属场板13的延伸末端位于P型沟槽环3a近元胞区11边缘和P型沟槽环3b的远元胞区11边缘的区间之内。
进一步地，所述的金属场板13下的P型沟槽环3a、3b的宽度比其他P型沟槽环大5～15%。
进一步地，所述金属场板13延伸末端之外的其他P型沟槽环3的顶侧有P型体环5，或者不设置P型体环5。
进一步地，当所述金属场板13延伸末端之外的其他P型沟槽环3的顶侧有P型体环5时，P型体环5跨接在两P型沟槽环3之间形成整体，或者各自独立位于P型沟槽环3顶侧。
进一步地，所述金属场板13延伸末端之外的其他P型沟槽环3的顶部有浮空多晶硅场板8及14，或者没有浮空多晶硅场板8及14。
进一步地，所述终端区12的P型体环5是通过过渡区P型体环5形成工艺形成，或者是单独进行P型杂质注入、推进形成。
进一步地，所述P型体环5的窗口大小由推进时间决定，注入杂质的剂量为1x1013～1x1015CM-2。
本发明所述的超级结器件终端保护结构，在金属场板延伸末端下设置跨接两P型沟槽环的P型体环，或者同时增宽所跨接的两P型沟槽环3的宽度5～15%（所述的P型体环跨接和增宽P型沟槽环的宽度两种措施可同时组合使用，也可分开仅使用其中一种），以此优化金属场板末端边缘下的电场分布，降低表面峰值电场，优化横向电势分布，增强器件的耐压性及可靠性。
附图说明
图1是传统超级结器件终端保护区结构示意图；
图2是另一传统超级结器件终端保护区结构示意图；
图3是本发明超级结器件终端保护结构示意图；
图4是本发明超级结器件终端保护结构俯视图。
附图标记说
11是元胞区，12是终端保护区（终端区），1是衬底，2是外延，3、3a、3b是P型沟槽环，4是P型体环或P阱，5是P型体环，6是重掺杂N型场终止环，7是多晶硅栅极，9是源极金属，10是背面金属，8、14是浮空多晶硅场板,13是金属场板。
具体实施方式
本发明所述的超级结器件终端保护结构如图3及图4所示（图4为俯视图），位于N型外延2中的终端区12，环绕包围超级结器件的元胞区11，所述终端结构从远离元胞区11方向依次排列P型体环5、多个P型沟槽环3以及场终止环；所述P型沟槽环3是间隔排列且沟槽内填充P型多晶硅形成；多个间隔的P型沟槽环3与N型外延2之间形成P、N型的交替排列；所述的P型体环5是位于P型沟槽环3顶侧的外延2中；终端P型沟槽环3上的外延2表面具有非浮空的金属场板13，以及非浮空的多晶硅场板8；场终止环6位于终端区12最外围一圈；元胞区11和终端区12的交界过渡区处的P型体环5至少覆盖一个P型沟槽环3；所述的非浮空的金属场板13的延伸末端下方的P型沟槽环3a、3b的宽度大于其他的P型沟槽环3，且P型沟槽环3a、3b之间具有P型体环跨接，如图3所示的椭圆圈注处所示。
金属场板13的延伸末端，即外边缘，位于P型沟槽环3a近元胞区11边缘和P型沟槽环3b的远元胞区11边缘的区间之内，一般位于沟槽环3a与3b中间。
金属场板13末端下的P型沟槽环3a及3b比其他的P型沟槽环3的宽度大5～15%，如图3中的大椭圆圈注处。
另外，金属场板13之外的其他P型沟槽环3的顶侧可以有P型体环5，也可以不设置P型体环5。图3中所示的本发明的一实施例具有P型体环5，所述P型体环5跨接在两P型沟槽环3之间形成整体，或者各自独立位于P型沟槽环顶侧。
金属场板13延伸末端之外的其他P型沟槽环3的顶部可根据需要设置浮空多晶硅场板8，或者去除浮空多晶硅场板8。
本发明所述的终端区12的P型体环3是通过过渡区P型体环5形成工艺形成，如注入和推进，或者是单独进行刻蚀及P型杂质注入、推进形成；P型体环5的窗口大小由推进时间决定，注入杂质的剂量根据需要调整。
图4显示了本发明所述终端结构的俯视图，AA’表示器件元胞区11和终端区12的分界。终端区12的P型沟槽环3呈环绕包围状，其中金属场板13下的沟槽环3a以及3b的宽度大于其他沟槽3，P型沟槽环顶部两侧具有P型体环5,最外围则是场终止环6。所述的场终止环6为N型注入。
本发明所述的终端区保护结构，需要说明的是，图3中用椭圆圈特别圈注的两个特征：P型沟槽环3a、3b之间跨接P型体环，以及P型沟槽环3a、3b的宽度比其他沟槽环3大5～15%，这两个结构可以同时组合使用，也可以只采用两结构中的任意一种，具体根据实际需要而定。
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保护结构，位于N型外延(2)中的终端区(12)，环绕包围超级结器件的元胞区(11)，所述终端结构从远离元胞区(11)方向依次排列P型体环(5)、多个P型沟槽环(3)以及场终止环(6)；所述P型沟槽环(3)是间隔排列且沟槽内填充P型硅形成；多个间隔的P型沟槽环(3)与N型外延(2)之间形成纵向P、N型层的交替排列；所述的P型体环(5)是位于P型沟槽环(3)顶侧的外延(2)中；终端P型沟槽环(3)上的外延(2)表面具有非浮空的金属场板(13)，以及浮空的多晶硅场板(8、14)；场终止环(6)位于终端区(12)最外围一圈；元胞区(11)和终端区(12)的交界过渡区处的P型体环(5)至少覆盖一个P型沟槽环(3)；所述的终端保护结构，其特征在于：所述的非浮空的金属场板(13)的延伸末端下方的P型沟槽环(3a、3b)的宽度大于其他的P型沟槽环(3)，且与非浮空的金属场板(13)的延伸末端距离最近的相邻两个P型沟槽环(3a、3b)之间具有P型体环(5)跨接。
2.如权利要求1所述的超级结器件终端保护结构，其特征在于：所述的金属场板下的P型沟槽环(3a、3b)的宽度比其他P型沟槽环(3)大5～15％。
3.如权利要求1所述的超级结器件终端保护结构，其特征在于：所述金属场板(13)延伸末端之外的其他P型沟槽环(3)的顶侧有P型体环(5)，或者不制作P型体环(5)。
4.如权利要求3所述的超级结器件终端保护结构，其特征在于：当所述金属场板(13)延伸末端之外的其他P型沟槽环(3)的顶侧有P型体环(5)时，P型体环(5)跨接在两P型沟槽环(3)之间形成整体，或者各自独立位于P型沟槽环(3)顶侧。
5.如权利要求1所述的超级结器件终端保护结构，其特征在于：所述金属场板(13)延伸末端之外的其他P型沟槽环(3)的顶部有浮空多晶硅场板(8、14)，或者没有浮空多晶硅场板(8、14)。
6.如权利要求1所述的超级结器件终端保护结构，其特征在于：所述终端区(12)的P型体环(5)是通过过渡区P型体环(5)形成工艺形成，或者是单独进行P型杂质注入、推进形成。
7.如权利要求1所述的超级结器件终端保护结构，其特征在于：所述P型体环(5)的窗口大小由推进时间决定，注入杂质的剂量为1x1013～1x1015CM-2。
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