CN106158964B - 一种超结功率器件和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超结功率器件及其制造方法，所述超结功率器件包括有源区、分压区域、截止环区域和划片道区域，所述分压区域设置于所述有源区的外围，所述截止环区域设置于所述有源区的外围，所述划片道区域设置于所述截止环区域的外围，所述分压区域包括多个P柱，并且所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱密度大于靠近所述截止环区域一侧的P柱密度。该超结功率器件终端在分压区域采用间距不同的P柱，使超结功率器件表面电场强度减小，提高击穿电压，并且消除氧化层表面积累的电场对分压区域的影响，减少分压区域面积，提高器件性能，降低器件制造成本。

Description

一种超结功率器件和制造方法

技术领域

本发明涉及一种功率器件，具体是一种超结功率器件和制造方法。

背景技术

垂直双扩散场效应晶体管(简称VDMOS)是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它在普通垂直双扩散金属氧化物半导体基础上，引入超结(Super junction)结构，使之具有VDMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、电压控制、热稳定性好、驱动电路简单的优点。它的两极分别在器件的两侧，使电流在器件内部垂直流通，增加了电流密度，改善了额定电流，单位面积的导通电阻也较小，是一种用途非常广泛的功率器件。

场限环技术是目前功率器件中最为普遍采用的分压结构之一。其工艺简单，可以与有源区一起扩散形成，无须增加工艺步骤。结终端扩展技术是在主结的周围制作一圈轻掺杂的P型区域。当主结反偏时，结终端扩展区域会同时被耗尽。此时就相当于在漂移区的耗尽区内部引入了负电荷，这些负电荷将耗尽扩展，并且本身也能吸收一部分电场，从而减小主结边缘处的电场尖峰，进而提高器件的抗击穿能力。

目前常用的超结功率器件常用的场限环结构示意如图1所示，其中1表示硅晶片，2表示N型外延层，3表示P柱，4表示N型注入结，5表示介质层。这种结构的表面氧化层经常存在一些杂质，导致其表面产生界面电荷，从而会对超结功率器件表面电势产生很大影响，影响分压效果，从而使击穿电压降低。同时在制造过程中P柱区域表面经过超结功率器件多次热过程后离子浓度会降低，影响表面击穿强度，降低超结功率器件击穿电压，影响器件性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中超结功率器件制造过程中P柱区域表面经过热过程后离子浓度降低，从而降低超结功率器件表面击穿电压，且容易受超结功率器件表面氧化层的界面电荷的影响，导致击穿电压降低。

为此目的，本发明提出了一种在分压区域内采用间距不同的P柱以提高超结功率器件的表面离子浓度，从而减小界面电荷对超结功率器件表面电势的影响，同时提高了超结功率器件表面击穿电压的超结功率器件和制造方法。

本发明提供一种超结功率器件，包括有源区、分压区域、截止环区域和划片道区域，所述分压区域设置于所述有源区的外围，所述截止环区域设置于所述有源区的外围，所述划片道区域设置于所述截止环区域的外围，

所述分压区域包括多个P柱，并且所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱的密度大于靠近所述截止环区域一侧的P柱的密度。

可选地，所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱的间距相同；所述分压区域内靠近所述截止环区域的一侧P柱的间距向所述截向环区域方向逐渐增大。

可选地，每一个所述P柱的离子浓度相同，且宽度也相同。

可选地，所述分压区域内靠近有源区的一侧还形成有浅P型注入结，且所述浅P型注入结与靠近所述截止环区域的一侧的间距相等的各个P柱相接触。

可选地，所述有源区在靠近所述分压区域的一侧形成有P型主结，并且所述P型主结与所述浅P型注入结相接触，所述P型主结的深度小于所述浅P型注入结。

可选地，所述截止环区域内形成有N型注入结，并且所述N型注入结的深度小于所述浅P型注入结。

本发明还提供一种制造如权利要求1-6任一所述的超结功率器件的方法，包括：

使用光刻胶作为掩膜，在所述硅片的分压区域形成多个P柱，所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱的密度小于靠近所述截止环区域一侧的P柱的密度。

可选地，所述在所述硅片的分压区域形成多个P柱包括：

在所述分压区域内靠近所述有源区的一侧形成间距相同的P柱；在所述分压区域内靠近所述截止环区域的一侧形成向所述截止环区域方向间距逐渐增大的P柱。

可选地，在所述分压区域形成多个P柱之后，所述方法还包括：

使用光刻胶作为掩膜，在所述分压区域内靠近有源区一侧形成浅P型注入结，且所述浅P型注入结与靠近所述截止环区域的一侧的间距相等的各个P柱全部相接触。

可选地，所述使用光刻胶作为掩膜，在所述分压区域内靠近有源区一侧形成浅P型注入结之后还包括：

使用光刻胶作为掩膜，在所述有源区靠近所述分压区域的一侧形成体区，在所述体区内形成P型主结，且所述P型主结与所述浅P型注入结相接触，所述体区内P型主结的深度小于所述浅P型注入结。

本发明公开了一种超结功率器件和制造方法，该超结功率器件包括有源区、分压区域、截止环区域和划片道区域，所述分压区域设置于所述有源区的外围，所述截止环区域设置于所述有源区的外围，所述划片道区域设置于所述截止环区域的外围，所述分压区域包括多个P柱，并且所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱密度小于靠近所述截止环区域一侧的P柱密度。本发明的超结功率器件在分压区域内采用间距不同的P柱以提高超结功率器件的表面离子浓度，从而减小界面电荷对超结功率器件表面电势的影响，同时提高了超结功率器件表面击穿电压；本发明的超结功率器件的分压区域采用结深较浅，浓度较低的浅P型注入区域与P柱结合形成结终端扩展结构，浅P型注入区域的作用是减小氧化层中的正电荷表面形成的电子积累层形成的电场尖峰，提高了超结功率器件的表面击穿强度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是现有的技术的超结功率器件示意图；

图2示出了本发明的实施例一的超结功率器件示意图；

图3(a)～图3(d)示出了本发明的实施例二的超结功率器件的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

本实施例涉及的一种超结功率器件，包括有源区、分压区域、截止环区域和划片道区域，所述分压区域设置于所述有源区的外围，所述截止环区域设置于所述有源区的外围，所述划片道区域设置于所述截止环区域的外围，下面将详细地介绍该超结功率器件。

如图2所示，本发明提供的超结功率器件的分压区域包括多个P柱，并且所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱密度大于靠近所述截止环区域一侧的P柱密度；所述P柱密度是指在所述分压区域的单位面积内所述P柱的个数。

本发明的超结功率器件在分压区域内采用间距不同的P柱以提高超结功率器件的表面离子浓度，从而减小界面电荷对超结功率器件表面电势的影响，同时提高了超结功率器件表面击穿电压。

作为优选的实施例，所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱间距相同；所述分压区域内靠近所述截止环区域的一侧P柱间距由有源区向所述截向环区域方向逐渐增大。

本发明中提高超结功率器件的表面离子浓度的同时，在分压区域内在靠近有源区一侧的P柱密度相同，浅P型注入区域下的P柱等间距分布能够增大耗尽区面积，降低电场强度。如果P柱间距逐渐增大，分压效果不好，会浪费芯片面积。)以保证耗尽区的离子浓度与有源区的离子浓度相适应，以保证耗尽区不容易被击穿。

在本实施例中，每一个所述P柱的离子浓度相同，且宽度也相同。在现有技术中，功率器件在制造过程中，需要经过多次注入来控制P柱的离子浓度。在本发明中，P柱离子浓度相同，因此仅需要一次热过程即形成多个P柱，简少了功率器件的制造工艺。

所述分压区域内靠近有源区一侧还形成有浅P型注入结，且所述浅P型注入结与所述靠近所述截止环区域的一侧的间距相等的各个P柱全部相接触。截止区域附近电场强度已经大幅下降，不需要进行浅P注入，通过P柱间距增大能更有效的降低表面电场强度。

在功率器件的制造过程中，需要经过多次热过程，导致P柱表面离子浓度降低，降低功率器件的表面击穿电压，本发明中，浅P型注入结能够保证P柱表面的离子浓度，使功率器件受表面电场的影响较小，提高了器件的性能。

所述有源区在靠近所述分压区域的一侧形成有P型主结，并且所述P型主结与所述浅P型注入结相接触，并且P型主结的深度小于所述浅P型注入结。

在本实施例中，所述P型主结与所述浅P型注入结相接触构成了耗尽层，由于所述P型主结内的离子浓度较高，所述浅P型注入结内的离子浓度较低，为保证所述耗尽层不被击穿，使P型主结的结深小于所述浅P型注入结的结深。

在本实施例中，所述截止环区域内形成有N型注入结，并且所述N型注入结的深度小于所述浅P型注入结。

需要说明的是，本领域技术人员通常将经过上述方式改进的分压区域称为结终端结构。

综上所述，本发明的超结功率器件的分压区域采用结深较浅，浓度较低的浅P型注入区域与P柱结合形成，浅P型注入区域的作用是减小氧化层中的正电荷表面形成的电子积累层形成的电场尖峰，提高分压区域表面离子浓度，提高了超结功率器件的表面击穿强度；在分压区域采用间距不同的P柱，使超结功率器件表面电场强度减小，提高击穿电压，并且消除氧化层表面积累的电场对分压区域的影响，减少分压区域面积，提高器件性能，降低器件制造成本。

实施例二：

本发明还提供一种超结功率器件的方法，其包括以下步骤：

步骤一，如图3(a)所示，在硅片表面的分压区域形成多个P柱。所述分压区域内靠近有源区域一侧的P柱间距相同，靠近截止区域一侧的P柱间距由所述有源区向所述截止区域方向间距逐渐增大；

在本实施例中，每一个所述P柱的离子浓度相同，且宽度也相同。本实施例中，在分压区域内采用距不同的P柱将减小功率器件的表面电场强度，从而提高击穿电压；

步骤二，如图3(b)所示，在所述分压区域内靠近有源区一侧注入浅P型注入结，并且使所述浅P型注入结与所述间距相等的P柱相接触；

步骤三，如图3(c)所示，使用光刻胶作为掩膜，在有源区域形成体区，同时在有源区域形成P型主结，并且使所述P型主结的深度小于所述浅P型注入结的结深，同时所述P型主结与所述浅P型注入结相接触；

所述P型主结与所述浅P型注入结相接触构成了耗尽层，由于所述P型主结内的离子浓度较高，所述浅P型注入结内的离子浓度较低，为保证所述耗尽层不被击穿，使P型主结的结深小于所述浅P型注入结的结深；

步骤四，如图3(d)所示，使用光刻胶作为掩膜，在所述截止环区域内注入N型离子，形成N型截止环，所述N型截止环的深度小于所述浅P型注入结的结深；

步骤五，在所述硅片表面形成介质层，形成如图2所示的超结功率器件。

在现有技术中，功率器件在制造过程中，需要经过多次注入来控制P柱的离子浓度。在本发明中，P柱离子浓度相同，因此仅需要一次热过程即形成多个P柱，简少了功率器件的制造工艺。

综上所述，在分压区域内采用距不同的P柱将减小功率器件的表面电场强度，从而提高击穿电压。另一方面在功率器件的制造过程中，需要经过多次热过程，导至P柱表面离子浓度降低，降低功率器件的表面击穿电压，本发明中，浅P型注入结作为一种补偿式的注入能够保证P柱表面的离子浓度，使功率器件受表面电场的影响较小，提高了器件的性能。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种超结功率器件，包括有源区、分压区域、截止环区域和划片道区域，所述分压区域设置于所述有源区的外围，所述截止环区域设置于所述有源区的外围，所述划片道区域设置于所述截止环区域的外围，其特征在于，

所述分压区域包括多个P柱，并且所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱的密度大于靠近所述截止环区域一侧的P柱的密度；

其中，每一个所述P柱的离子浓度相同，且宽度也相同。

2.根据权利要求1所述的超结功率器件，其特征在于，

所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱的间距相同；所述分压区域内靠近所述截止环区域的一侧P柱的间距向所述截止环区域方向逐渐增大。

3.根据权利要求1或2所述的超结功率器件，其特征在于，

所述分压区域内靠近有源区的一侧还形成有浅P型注入结，且所述浅P型注入结与靠近所述截止环区域的一侧的间距相等的各个P柱相接触。

4.根据权利要求3所述的超结功率器件，其特征在于，

所述有源区在靠近所述分压区域的一侧形成有P型主结，并且所述P型主结与所述浅P型注入结相接触，所述P型主结的深度小于所述浅P型注入结。

5.根据权利要求3所述的超结功率器件，其特征在于，

所述截止环区域内形成有N型注入结，并且所述N型注入结的深度小于所述浅P型注入结。

6.一种制造如权利要求1-5任一所述的超结功率器件的方法，其特征在于，包括：

使用光刻胶作为掩膜，在硅片的分压区域形成多个P柱，所述分压区域内靠近所述有源区的一侧的P柱的密度大于靠近所述截止环区域一侧的P柱的密度；

其中，每一个所述P柱的离子浓度相同，且宽度也相同。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在硅片的分压区域形成多个P柱包括：

在所述分压区域内靠近所述有源区的一侧形成间距相同的P柱；在所述分压区域内靠近所述截止环区域的一侧形成向所述截止环区域方向间距逐渐增大的P柱。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

在所述分压区域形成多个P柱之后，所述方法还包括：

使用光刻胶作为掩膜，在所述分压区域内靠近有源区一侧形成浅P型注入结，且所述浅P型注入结与靠近所述截止环区域的一侧的间距相等的各个P柱全部相接触。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述使用光刻胶作为掩膜，在所述分压区域内靠近有源区一侧形成浅P型注入结之后还包括：

使用光刻胶作为掩膜，在所述有源区靠近所述分压区域的一侧形成体区，在所述体区内形成P型主结，且所述P型主结与所述浅P型注入结相接触，所述体区内P型主结的深度小于所述浅P型注入结。