CN217485448U

CN217485448U - 一种带场板和场限环的边缘终端

Info

Publication number: CN217485448U
Application number: CN202221259251.8U
Authority: CN
Inventors: 高秀秀; 刘洪伟; 戴小平
Original assignee: Hunan Guoxin Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Guoxin Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2032-05-24

Abstract

本实用新型公开了一种带场板和场限环的边缘终端，该边缘终端包括衬底和形成于衬底一侧的漂移区，漂移区的外侧形成有主结区和若干个场限环，若干个场限环依次环绕在主结区的外周，在场限环与主结区外侧的同一水平面上形成有钝化层整板，钝化层整板上形成场板整板，场板整板的材质为栅极金属。本实用新型带场板和场限环的边缘终端具有终端效率高、阻断电压高等优点，可广泛用于制造MOSFET、IGBT中，使用价值高，应用前景好，其对应的制造方法可以大幅降低操作难度以及简化操作步骤，因而更有利于提高性能的可靠性。

Description

一种带场板和场限环的边缘终端

技术领域

本实用新型属于半导体器件领域，涉及一种带场板和场限环的边缘终端。

背景技术

通过切割圆片做成的半导体功率器件中，为了缓减主结结弯曲带来的边缘电场集中效应，采用的边缘终端技术包括场限环、场板等。现有仅带场限环的边缘终端，其结构如图1所示，存在终端效率低、阻断电压低等缺陷。为了提高阻断电压，研究人员提出了带场板和场限环的边缘终端，其结构如图2所示，其中多个场板设于场限环的上方，存在的缺陷有：(1)终端钝化层刻蚀区域较多且大小不一，刻蚀工艺调整困难；(2)在高压器件中，场限环环数大于10，且为了提高芯片面积利用率，需要将场限环的环宽优化到最小，然而，当部分场限环的环宽较窄时，终端钝化层的刻蚀窗口较小，会对光刻精度有很高的要求，光刻调整困难；(3)在较小的钝化层刻蚀区域中沉积金属场板时，如果钝化层刻蚀不干净，金属会存在空洞，导致接触性能较差；(4)金属场板刻蚀过程中，若刻蚀窗口较小，存在刻蚀不干净的风险。与此同时，上述缺陷的存在，也使得由此制造的带场板和场限环的边缘终端的性能难以保证。因此，急需获得一种终端效率高且阻断电压高的带有场板和场限环的边缘终端，以及与之配套的工艺难度小的制造工艺，对于促进半导体功率器件的广泛应用具有非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种终端效率高且阻断电压高的带有场板和场限环的边缘终端。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种带场板和场限环的边缘终端，包括衬底和形成于衬底一侧的漂移区，所述漂移区的外侧形成有主结区和若干个场限环，所述若干个场限环依次环绕在主结区的外周，在所述场限环与主结区外侧的同一水平面上形成有钝化层整板；所述钝化层整板上形成场板整板，所述场板整板的材质为栅极金属。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述场板整板的尺寸和形状与钝化层整板相同；所述钝化层整板的厚度为0.4μm～1.6μm；所述钝化层整板的材质为SiO₂。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述场板整板的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的至少一种。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述衬底的另一侧形成有漏极金属层；所述漏极金属层的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的至少一种。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述主结区外侧还设有源极金属层；所述源极金属层的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的至少一种。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述衬底的厚度为200μm～400μm；所述衬底的电阻率为0.01Ω·cm～0.03Ω·cm；所述衬底为硅、锗硅、砷化镓、碳化硅、氮化镓、三氧化二镓或金刚石。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述漂移区的峰值掺杂浓度为5e14cm^-3～3e16cm^-3。

上述的带场板和场限环的边缘终端，进一步改进的，所述场限环的掺杂分布与主结区相同；所述场限环的峰值掺杂浓度为1e18cm^-3～5e20cm^-3；所述场限环的结深为0.8μm～1.3μm。

本实施例中，带场板和场限环的边缘终端的制造方法，包括以下步骤：

S1、采用外延工艺，在衬底正面形成漂移区；

S2、采用光刻和离子注入工艺，在漂移区上形成主结区和场限环；

S3、采用沉积、光刻和刻蚀工艺，在主结区和场限环上方形成钝化层整板；

S4、采用沉积、光刻和刻蚀工艺，在钝化层整板上形成场板整板。

上述的制造方法，进一步改进的，步骤S4中还包括：采用沉积、光刻和刻蚀工艺，在主结区上形成源极金属层和在衬底背面形成漏极金属层。

本实用新型的带场板和场限环的边缘终端在半导体功率器件中的应用，其中半导体功率器件为平面MOSFET、平面IGBT、沟槽MOSFET或沟槽IGBT。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型提供了一种带场板和场限环的边缘终端，包括衬底和形成于衬底一侧的漂移区，漂移区的外侧形成有主结区和若干个场限环若干个场限环依次环绕在主结区的外周，在场限环与主结区外侧的同一水平面上形成有钝化层整板，且在钝化层整板上形成场板整板，场板整板的材质为栅极金属。本实用新型中，场板整板的材质与栅极金属相同，可由栅极金属提供负偏压，且场板整板与其下方的钝化层整板均无刻蚀窗口，因而在场板整板上施加相对于衬底的负偏压时，电子会受到排斥向远离表面方向移动，使得表面处耗尽区向外延伸，改变了终端区的电场分布，且提升了终端区的电场分布均匀性和面积，进而能够提高终端效率和阻断电压。更为重要的是，本实用新型边缘终端中，设于漂移区上方的钝化层和场板，以整片/整板的形式存在，因而更有利于工艺的实现，更有利于获得稳定的性能。本实用新型带场板和场限环的边缘终端具有终端效率高、阻断电压高等优点，可广泛用于平面MOSFET、平面IGBT、沟槽MOSFET或沟槽IGBT中，使用价值高，应用前景好。

(2)本实用新型的带场板和场限环的边缘终端的制造方法中，采用沉积、光刻和刻蚀工艺制备以整片/整板的形式存在的钝化层和场板，对光刻和刻蚀的精度要求相对较低，且光刻和刻蚀工艺的调整相对容易，可以大幅降低操作难度，以及简化操作流程，因而更有利于提高性能的可靠性。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为现有带场限环的边缘终端的剖面结构示意图。

图2为现有带场板和场限环的边缘终端的剖面结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中带场板和场限环的边缘终端的剖面结构示意图。

图4为本实用新型实施例1中带场板和场限环的边缘终端的制备工艺流程图。

图5为现有常规边缘终端的电场分布仿真图。

图6为本实用新型实施例1中带场板和场限环的边缘终端的电场分布仿真图。

图7为本实用新型实施例1中带场板和场限环的边缘终端的阻断电压图。

图例说明：

1、衬底；2、漂移区；3、主结区；4、场限环；5、钝化层整板；6、源极金属；7、场板整板；8、漏极金属。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示所示，现有边缘终端仍然存在以下缺陷是：(1)终端效率和阻断电压仍然偏低；(2)终端钝化层刻蚀区域较多且大小不一，刻蚀工艺调整困难；(3)在高压器件中，场限环环数大于10，且为了提高芯片面积利用率，需要将场限环的环宽优化到最小，然而，当部分场限环的环宽较窄时，终端钝化层的刻蚀窗口较小，会对光刻精度有很高的要求，光刻调整困难；(4)在较小的钝化层刻蚀区域中沉积金属金属时，如果钝化层刻蚀不干净，金属会存在空洞，导致接触性能较差；(5)金属刻蚀过程中，若刻蚀窗口较小，存在刻蚀不干净的风险。

针对现有边缘终端中存在的缺陷，本申请旨在提供一种终端效率高、阻断电压高且易于制备的边缘终端，具体来说：本申请中改进了钝化层和场板的形状，通过在漂移区上方形成以整片/整板的形式存在的钝化层和场板，来优化电场在漂移区的分布均匀性和分布面积，进而有利于提高终端效率和阻断电压。如图3所示，本申请中提出了一种改进的带场板和场限环的边缘终端，包括衬底和形成于衬底一侧的漂移区，漂移区的外侧形成有主结区和若干个场限环若干个场限环依次环绕在主结区的外周，在场限环与主结区外侧的同一水平面上形成有钝化层整板，且在钝化层整板上形成场板整板，场板整板的材质为栅极金属。本实用新型中，场板整板的材质与栅极金属相同，可由栅极金属提供负偏压，且场板整板与其下方的钝化层整板均无刻蚀窗口(钝化层和场板均以整片/整板的形式存在)，因而在场板整板上施加相对于衬底的负偏压时，电子会受到排斥向远离表面方向移动，使得表面处耗尽区向外延伸，改变了终端区的电场分布，且提升了终端区的电场分布均匀性和面积，进而能够提高终端效率和阻断电压。更为重要的是，本实用新型边缘终端中，设于漂移区上方的钝化层和场板，以整片/整板的形式存在，因而更有利于提升它们之间的接触性能，更有利于获得稳定的性能，因而本实用新型带场板和场限环的边缘终端具有终端效率高、阻断电压高等优点，使用价值高，应用前景好。与此同时，在采用沉积、光刻和刻蚀工艺进行制备以整片/整板的形式存在的钝化层和场板时，对光刻和刻蚀的精度要求相对较低，且光刻和刻蚀工艺的调整相对容易，因而用于制造边缘终端的方法，可以大幅降低操作难度，以及简化操作流程，因而更有利于提高性能的可靠性。

以下结合具体实施例对本实用新型做进一步说明：

实施例1

如图3所示，一种带场板和场限环的边缘终端，包括衬底1和形成于衬底1一侧的漂移区2，所述漂移区2的外侧形成有主结区3和若干个场限环4，若干个场限环4依次环绕在主结区3的外周，在场限环4与主结区3外侧的同一水平面上形成有钝化层整板5，钝化层整板5上形成场板整板7，场板整板7的材质为栅极金属。

本实施例中，场板整板7的尺寸和形状与钝化层整板5相同，其中钝化层整板5的厚度为0.8μm，场板整板7的厚度为4μm。本实施例中，钝化层整板5的材质为SiO₂；场板整板7的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的至少一种，具体到本实施例中为Al。

本实施例中，主结区3外侧还设有源极金属层6，源极金属层6的厚度为4μm。本实用新型中，源极金属层6的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的至少一种，具体到本实施例中为Al。

本实施例中，衬底1的另一侧形成有漏极金属层8，厚度为4μm。本实用新型中，漏极金属层8的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的至少一种，具体到本实施例中为Al。

本实施例中，衬底1为碳化硅，厚度为350μm，电阻率为0.02Ω·cm。

本实施例中，漂移区2的峰值掺杂浓度为8e15cm^-3。漂移区2上还形成有截止环。

本实施例中，场限环4的掺杂分布与主结区3相同，均为P型掺杂，场限环的峰值掺杂浓度为5e18cm^-3，场限环的结深为1.0μm。

本实施例中，场限环4的数量为24个，且各个场限环的周期为6μm。

为了更清晰的阐述本实用新型的带场板和场限环的边缘终端，本申请中提出了一种上述实施例中的带场板和场限环的边缘终端的制造方法，其制备工艺流程图如图4所示，包括以下步骤：

第1步：采用外延工艺，在碳化硅N型衬底1上形成N型的漂移区2，其中N型衬底1的电阻率为0.02Ω·cm，厚度为350μm，N型的漂移区2的掺杂浓度为8e15cm^-3，如图4(a)所示。

第2步：采用光刻和离子注入工艺，在N型的漂移区2上形成P型的主结区3和场限环4，其结深为1.0μm，峰值掺杂浓度为5e18cm^-3。该步骤中，环绕在主结区3的场限环4的数量为24个，如图4(b)所示。在漂移区2上还形成有截止环。

第3步：采用淀积、光刻和刻蚀工艺，在N型的漂移区2上方形成钝化层整板5，其厚度为0.8μm，如图4(c)所示。

第4步：采用淀积、光刻和刻蚀工艺，分别在N型的漂移区2上方形成源极金属层6，在钝化层整板5上形成场板整板7(该场板整板7的材质是栅极金属)，在衬底1的背面形成漏极金属层8，得到带场板和场限环的边缘终端，如图4(d)所示。

本申请中，图中的尺寸(包括横向尺寸、版图尺寸、介质厚度、金属厚度、结深等)不代表实际尺寸，仅用于形成边缘终端的方法示例，不构成对本申请技术方案的限定，包括但不限于平面MOSFET、平面IGBT、沟槽MOSFET、沟槽IGBT；同时，半导体衬底包含但不限于SiC，例如Si、锗硅、砷化镓、氮化镓、三氧化二镓或金刚石等，根据需要都可以用于本申请。

对实施例1中制备的带场板和场限环的边缘终端以及现有常规边缘终端进行电场分布仿真模拟，并测试它们的阻断电压，结果如图5-7所示。

现有常规边缘终端的电场分布仿真结果，如图5所示；实施例1-4中制备的半导体功率器件的边缘终端的电场分布仿真结果，如图6所示。由图5和6可知，与现有常规边缘终端相比，本实用新型实施例1中带场板和场限环的边缘终端，在场板上施加-5V偏压，电子会受到排斥向远离表面方向移动，使得表面处耗尽区向外延伸，改变了终端区的电场分布，且提升了终端区的电场分布均匀性和面积，进而能够提高终端效率和阻断电压。更为重要的是，本实用新型边缘终端中，设于漂移区上方的钝化层和场板，以整片/整板的形式存在，更有利于获得稳定的性能。另外，由图7可知，与现有常规边缘终端相比，本实用新型实施例1中带场板和场限环的边缘终端的阻断电压提高了300V。由此可见，本实用新型带场板和场限环的边缘终端具有终端效率高、阻断电压高等优点，使用价值高，应用前景好。此外，本实用新型带场板和场限环的边缘终端的制造方法中，在采用沉积、光刻和刻蚀工艺制备以整片/整板的形式存在的钝化层和场板时，对光刻和刻蚀的精度要求相对较低，且光刻和刻蚀工艺的调整相对容易，因而用于制造边缘终端的方法，可以大幅降低操作难度，以及简化操作流程，更有利于提高性能的可靠性。

以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，包括衬底和形成于衬底一侧的漂移区，所述漂移区的外侧形成有主结区和若干个场限环，所述若干个场限环依次环绕在主结区的外周，在所述场限环与主结区外侧的同一水平面上形成有钝化层整板；所述钝化层整板上形成场板整板，所述场板整板的材质为栅极金属。

2.根据权利要求1所述的带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，所述场板整板的尺寸和形状与钝化层整板相同；所述钝化层整板的厚度为0.4μm～1.6μm；所述钝化层整板的材质为SiO₂。

3.根据权利要求2所述的带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，所述场板整板的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的其中一种。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，所述衬底的另一侧形成有漏极金属层；所述漏极金属层的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的其中一种。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，所述主结区外侧还设有源极金属层；所述源极金属层的材质为Al、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti中的其中一种。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，所述衬底的厚度为200μm～400μm；所述衬底的电阻率为0.01Ω·cm～0.03Ω·cm；所述衬底为硅、锗硅、砷化镓、碳化硅、氮化镓、三氧化二镓或金刚石。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的带场板和场限环的边缘终端，其特征在于，所述场限环的掺杂分布与主结区相同；所述场限环的结深为0.8μm～1.3μm。