CN106328704A - 一种功率器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功率器件及其制造方法，所述功率器件包括外延层，所述外延层具有截止环区域，在所述外延层的截止环区域形成有多个相间隔的截止环。通过设置多个截止环，当耗尽层电场过强时，如果有一个截止环被击穿，其他截止环还可以起到终止电场的作用，这样即使截止环与分压区域的距离较小，也能满足要求；能够使得功率器件的面积大大减小，提高了功率器件的利用率，而且生产过程中受生产条件影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率器件及其制造方法。
背景技术
功率器件的最重要性能就是阻断高压，在功率器的MOS界面的耗尽层上承受高压，随着外加电压的增大，耗尽层的电场强度也会增大，最终超过功率器件极限出现雪崩击穿。在器件边缘耗尽区电场曲率增大，会导致电场强度比管芯内部大。在电压升高的过程中管芯边缘会早于管芯内部出现雪崩击穿，为了最大化器件的性能，需要在器件边缘设计分压结构，减少有源区边缘PN结的曲率，使耗尽层横向延伸，以增强器件水平方向的耐压能力，使器件的边缘和内部同时发生击穿。截止环在分压区域和划片槽区域之间，分布在芯片的最外围，在封装的模块上是必不可少的。截止环的作用有三方面：1、提高器件的可靠性，防止可动离子迁移和芯片外水汽渗入；2、避免应用过程中侧面的电流注入，电势扰动，杂质扩散对分压区域的影响；3、抑制寄生器件，噪声和静电；4、截断表面漏电流，提高器件的可靠性。
目前常用的截止环，以N型衬底功率器件为例，分压区域为P型掺杂，截止环在芯片的最外围注入一圈较高剂量的N型掺杂作为截止环。在分压区域和截止环之间，会形成一个P+N-N+的结构，截止环一般与分压区域中的场板(多晶硅场板或金属场板等)接触，形成等电位。当水平方向耗尽层延伸到截止环位置时，由于耗尽层掺杂浓度高，为确保耗尽层的电场在截止环区域内终止，需要使截止环距离分压区域的距离较远，因此导致功率器件的面积较大，从而降低了芯片面积的利用率，还增加了制造成本，另一方面这种截止环截止效果受生产条件影响很大，当生产条件波动较大时，器件的可靠性会受到影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中为保证掺杂浓度较高的耗尽层的电场能够在截止环内终止，使截止环距离分压区域距离较远，导致功率器件面积较大，降低了芯片利用率，而且生产过程中受生产条件影响较大。
为此目的，本发明提出了一种在截止环区域形成多个截止环，以保证当耗尽层掺杂浓度较高的情况下，至少有一个截止环不被击穿的一种功率器件的截止环的结构和方法。
本发明公开了一种功率器件，所述功率器件包括外延层，所述外延层具有有源区域、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域的外围，所述截止环区域设置于所述有源区域的外围，所述划片道区域设置于所述截止环区域的外围，
在所述外延层的截止环区域形成有多个相间隔的截止环。
其中较优地，每一个截止环包括一个绝缘环和一个离子注入环；
所述绝缘环环绕在所述离子注入环的外围，且与所述离子注入环相接触。
其中较优地，所述离子注入环内注入的离子为氢离子、氦离子、硼离子、砷离子和铝离子中的一种或几种。
其中较优地，所述绝缘环采用二氧化硅制作。
其中较优地，所述绝缘环的深度为0.1μm-10μm。
其中较优地，还包括位于所述外延层之上的介质层。
本发明还提供一种制造上述功率器件的方法，该方法包括：
在外延层的截止环区域形成多个相间隔的截止环。
其中较优地，所述方法包括：
在所述外延层的截止环区域刻蚀多个相间隔的环形沟槽；
在各个沟槽内填充绝缘材料形成所述绝缘环；
向所述绝缘环内侧的外延层注入离子，形成离子注入环。
其中较优地，所述在所述外延层的截止环区域刻蚀多个相间隔的环形沟槽包括：
在所述外延层的截止环区域上形成第一光刻胶掩膜，所述第一光刻胶掩膜在用于形成各个环形沟槽的位置形成有刻蚀窗口；
采用干法刻蚀工艺对所述光刻胶掩膜和所述外延层进行刻蚀，形成所述各个环形沟槽。
其中较优地，所述向所述绝缘环的内侧的外延层注入离子，形成离子注入环包括：
去除所述外延层上剩余的第一光刻胶掩膜；
在所述外延层表面形成第二光刻胶掩膜，所述第二光刻胶掩膜在各个绝缘环的内侧形成各个环形注入窗口；
通过各个环形注入窗口向所述外延层注入离子形成所述离子注入环。
其中较优地，在外延层的截止环区域形成多个间隔的截止环之后，所述方法还包括：在外延层上形成介质层。
本发明公开了一种功率器件及其制造方法，所述功率器件的外延层的截止环区域形成有多个相间隔的截止环，并且每一个截止环包括相接触的一个绝缘环和一个离子注入环。通过设置多个截止环，当耗尽层电场过强时，如果有一个截止环被击穿，其他截止环还可以起到终止电场的作用，这样即使截止环与分压区域的距离较小，也能满足要求；能够使得功率器件的面积大大减小，提高了功率器件的利用率，而且生产过程中受生产条件影响较小。
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是本发明的实施例一的功率器件的由有源区向划片道的截面结构示意图；
图2(a)～图2(f)示出了本发明的实施例二的功率器件的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
实施例一：
本实施例涉及的一种功率器件，所述功率器件包括外延层，所述外延层具有有源区域4、分压区域3、截止环区域2和划片道区域1，所述分压区域3设置于所述有源区域4的外围，所述截止环区域2设置于所述有源区域4的外围，所述划片道区域1设置于所述截止环区域2的外围，
在所述外延层的截止环区域2形成有多个相间隔的截止环。
通过设置多个截止环，当耗尽层电场过强时，各个截止环都会起到终止电场的作用，因此即使截止环与分压区域的距离较小，也能满足要求；大大减小了功率器件面积，提高了功率器件的利用率，而且生产过程中受生产条件影响较小。
在具体实施时，所述功率器件的截止环区域内的每一个截止环包括一个绝缘环5和一个离子注入环6；
所述绝缘环5环绕在所述离子注入环6的外围，且与所述离子注入环6相接触。
现有技术中由于耗尽层电场较强，为保证电场能够在截止环区终止，绝缘环与离子注入环不相接触，而且通常将绝缘环5设置在距分压区域较远的位置。本发明绝缘环与所述离子注入环相接触，在能够起到终止电场的作用的同时，也使得芯片面积大大减小。例如，现有技术绝缘环距离分压区域的位置为80μm，如果本发明的截止环数目为5个，每个绝缘环宽度为5μm，间距为5μm，最内侧绝缘环距离分压区域的距离也为5μm，则整个截止环区的跨度为50μm，而且本发明的可靠性也比现在技术的功率器件可靠性高。
在具体实施时，所述离子注入环6内注入的离子可以为氢离子、氦离子、硼离子、砷离子和铝离子中的一种或几种。这几种离子为常用的离子。
在具体实施时，所述绝缘环5可以采用二氧化硅制作。也可以采用能够实现本发明目的的其他绝缘材料。
进一步地，所述绝缘环5的深度为0.1μm-10μm。较一般截止环的深度要深一些，这样可以起到更好的绝缘效果。
在具体实施时，所述功率器件还包括位于所述外延层之上的介质层7，形成所述介质层7的介质材料为二氧化硅，也可以采用能够实现本发明目的的其他介质材料。所述介质层7的厚度为0.1μm-5μm。介质层7对整个功率器件起到保护作用。
实施例二：
本发明还提供一种制造实施例一所述的功率器件的方法，该方法包括：
步骤一：如图2(a)所示，在所述外延层的截止环区域2上形成第一光刻胶掩膜，所述第一光刻胶掩膜在用于形成各个环形沟槽的位置形成有刻蚀窗口；所述第一光刻胶掩膜的厚度为1μm-10μm。
步骤二：如图2(b)所示，采用干法刻蚀工艺对所述光刻胶掩膜和所述外延层进行刻蚀，形成多个相间隔的所述各个环形沟槽。所述沟槽的深度为0.1μm-10μm，这样制成的绝缘环5较现有技术中的一般截止环深度要大，以保证耗尽层的电场能够在截止环区域终止；另一方面由于所述截止环5不等间距同样能实现本发明的效果，因此在本实施例中，对于环形沟槽之间的距离不做限定，可以根据实际芯片大小来制定。
步骤三：如图2(c)所示，在所述各个环形沟槽内填充绝缘材料形成所述绝缘环5；所述绝缘环5的作用是使耗尽层的电场能够在截止环区域的某个截止环5处终止。
步骤四：如图2(d)所示，去除所述外延层上剩余的第一光刻胶掩膜。
步骤五：如图2(e)所示，在所述外延层表面形成第二光刻胶掩膜，所述第二光刻胶掩膜在各个绝缘环5的内侧形成各个环形注入窗口。在本实施例中，所述环形注入窗口是便于进行离子注入，所述第二光刻胶掩膜的厚度为1μm-10μm。
步骤六：如图2(f)所示，通过各个环形注入窗口向所述绝缘环5内侧的外延层注入离子形成所述离子注入环6；在本实施例中所注入的离子包括氢离子、氦离子、硼离子、砷离子和铝离子中的一种或几种，还包括可以实现本发明目的的其他离子；本实施例中，所注入的离子能量为100eV-400eV，在本发明的其他实施例中，可以注入高能量的离子。
步骤七：去除剩余的第二光刻胶掩膜，在所述外延层上形成介质层，以形成如图1所示的功率器件。形成介质层的介质材料为二氧化硅，所述介质层的厚度为0.1μm-5μm。
综上所述，本发明公开的功率器件及其制造方法，所述功率器件的外延层的截止环区域形成有多个相间隔的截止环，并且每一个截止环包括相接触的一个绝缘环和一个离子注入环。通过设置多个截止环，当耗尽层电场过强时，如果有一个或多个截止环被击穿，其他截止环还可以起到终止电场的作用，这样截止环与分压区域的距离较小，也能满足要求；因此，所述功率器件的面积大大减小，提高了功率器件的利用率，而且生产过程中受生产条件影响较小。
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 (11)
1.一种功率器件，所述功率器件包括外延层，所述外延层具有有源区域、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域的外围，所述截止环区域设置于所述有源区域的外围，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，
在所述外延层的截止环区域形成有多个相间隔的截止环。
2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，
每一个截止环包括一个绝缘环和一个离子注入环；
所述绝缘环环绕在所述离子注入环的外围，且与所述离子注入环相接触。
3.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，
所述离子注入环内注入的离子为氢离子、氦离子、硼离子、砷离子和铝离子中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，
所述绝缘环采用二氧化硅制作。
5.根据权利要求4所述的功率器件，其特征在于，
所述绝缘环的深度为0.1μm-10μm。
6.如权利要求1-4任一项所述的功率器件，其特征在于，还包括位于所述外延层之上的介质层。
7.一种制造如权利要求1～6任一所述的功率器件的方法，其特征在于，该方法包括：
在外延层的截止环区域形成多个相间隔的截止环。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述功率器件为如权利要求2所述的功率器件，所述方法包括：
在所述外延层的截止环区域刻蚀多个相间隔的环形沟槽；
在各个沟槽内填充绝缘材料形成所述绝缘环；
向所述绝缘环内侧的外延层注入离子，形成离子注入环。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述在所述外延层的截止环区域刻蚀多个相间隔的环形沟槽包括：
在所述外延层的截止环区域上形成第一光刻胶掩膜，所述第一光刻胶掩膜在用于形成各个环形沟槽的位置形成有刻蚀窗口；
采用干法刻蚀工艺对所述光刻胶掩膜和所述外延层进行刻蚀，形成所述各个环形沟槽。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述向所述绝缘环的内侧的外延层注入离子，形成离子注入环包括：
去除所述外延层上剩余的第一光刻胶掩膜；
在所述外延层表面形成第二光刻胶掩膜，所述第二光刻胶掩膜在各个绝缘环的内侧形成各个环形注入窗口；
通过各个环形注入窗口向所述外延层注入离子形成所述离子注入环。
11.如权利要求7-10任一所述的制造方法，其特征在于，在外延层的截止环区域形成多个间隔的截止环之后，所述方法还包括：在外延层上形成介质层。
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