專利名稱：具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備，更具體地，是ー種具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件。
背景技術(shù)：
通常，如圖1所示，半導(dǎo)體功率器件包括有源區(qū)11 (即元胞區(qū))和終端保護區(qū)12。其中，有源區(qū)為功率器件的工作區(qū)域。以N溝道MOS器件為例，有源區(qū)是在硅襯底上形成外延層，并在外延層上進一歩形成P阱區(qū)。其中，硅襯底為N+區(qū)域，工作時底部接高電位，外延層為N-區(qū)域。終端保護區(qū)用于確保各有源區(qū)在劃片之后，降低表面電場強度，防止器件的邊緣擊穿。這是因為，在通常的有源區(qū)劃片之后，位于芯片邊緣的側(cè)面(即劃片區(qū))與底部等電位，所以，在最邊緣區(qū)域，如果不加任何動作，就需在橫向承擔(dān)很高的電壓。因此，將芯片的最側(cè)面延長，形成終端保護區(qū)，成為業(yè)界的常規(guī)做法。終端保護區(qū)具有多種結(jié)構(gòu)設(shè)置。例如，在常用的手段中，終端保護區(qū)內(nèi)可増加ー個或多個P阱，形成保護環(huán)或分壓環(huán)。同時，在現(xiàn)有的エ藝中，為防止在終端保護區(qū)的最邊緣部分表面的N-區(qū)域反型產(chǎn)生寄生的三極管，還可在終端的最邊緣部分注入ー個N阱，形成截止環(huán)結(jié)構(gòu)。然而，在現(xiàn)有的終端保護結(jié)構(gòu)中，整個終端耐壓區(qū)的尺寸都比較大，其長度通常遠(yuǎn)大于有源區(qū)外延層的厚度，這會占用不少芯片面積，提升了制造成本。因此，需要ー種具有新型終 端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于解決現(xiàn)有的半導(dǎo)體功率器件中因出于耐壓能力考慮而導(dǎo)致的終端保護區(qū)長度過長的問題，從而提出了一種創(chuàng)新的具有新型終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件。本發(fā)明的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，包括有源區(qū)以及環(huán)繞該有源區(qū)設(shè)置的終端保護區(qū)，該終端保護區(qū)具有劃片邊緣，該有源區(qū)包括第一類導(dǎo)電類型的襯底層、形成于該襯底層上的第一類導(dǎo)電類型的外延層以及形成于該外延層上的第二類導(dǎo)電類型的阱層，該外延層上方覆蓋有氧化層和金屬層，該氧化層和金屬層延伸到該終端保護區(qū)內(nèi)，所述終端保護區(qū)包括一個填充滿絕緣材料的溝槽，該溝槽在垂直方向上緊鄰該氧化層，井延伸入該外延層內(nèi)，其中，該溝槽在寬度方向上包括ー個與該劃片邊緣相重疊的第一邊緣以及與該第一邊緣相対的第二邊緣。優(yōu)選地，所述溝槽的所述第二邊緣未與該有源區(qū)相接觸。優(yōu)選地，所述溝槽的所述第二邊緣緊貼該有源區(qū)。優(yōu)選地，所述溝槽延伸入所述外延層的深度為所述外延層的整個深度的10%到130%之間。優(yōu)選地，所述溝槽穿過所述外延層并延伸入所述襯底層內(nèi)。優(yōu)選地，所述溝槽的寬度為10微米到70微米之間。優(yōu)選地，所述絕緣材料為ニ氧化硅或氮化硅。
優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體功率器件為垂直結(jié)構(gòu)的功率管。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體功率器件為場效應(yīng)管。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體功率器件為絕緣柵雙極晶體管。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體功率器件為功率ニ極管。本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，由于采用的終端保護結(jié)構(gòu)中設(shè)置有填充絕緣材料的深槽，將半導(dǎo)體功率器件的側(cè)邊和底部進行了電隔離，從而極大地縮短了功率器件終端保護區(qū)的長度，并提高了功率器件的耐壓能力。


圖1為半導(dǎo)體功率器件的俯視圖；圖2為在ー個實施方式中，本發(fā)明的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件的剖視圖；圖3為在第二個實施方式中，本發(fā)明的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件的剖視圖；圖4為在第三個實施方式中，本發(fā)明的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件的剖視圖；圖5為在第四個實 施方式中，本發(fā)明的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件的剖視圖；圖6為本發(fā)明的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件的制備流程示意圖；圖7為圖6中步驟SlOO的エ藝示意圖；圖8為圖6中步驟S200的エ藝示意圖；圖9為圖6中步驟S300的エ藝示意圖；圖10為圖6中步驟S400的エ藝示意圖；圖11為本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件內(nèi)部的電勢分布圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件的結(jié)構(gòu)、制備流程以及實質(zhì)性特點進行詳細(xì)說明?？傮w而言，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，在終端保護區(qū)內(nèi)設(shè)置有一個溝槽，該溝槽由器件氧化層所在的一面(即頂部)自外延層開設(shè)，井向下延伸，優(yōu)選地可延伸至襯底層。另ー方面，在寬度方向上，該溝槽的一個側(cè)邊與劃片邊緣相重合，即對晶片進行劃片時，在縱向上穿過該溝槽進行切割，該溝槽的另ー個側(cè)邊靠近或緊貼有源區(qū)，并且該溝槽內(nèi)填充滿絕緣材料。由此實現(xiàn)功率器件側(cè)邊和底部的電隔離，從而無需像現(xiàn)有技術(shù)那樣，對終端保護區(qū)的尺寸進行過長設(shè)計，這減少了器件的尺寸，同時也提升了耐壓能力。具體地，如圖2-5所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，包括有源區(qū)以及圍繞該有源區(qū)設(shè)置的終端保護區(qū)(圖中僅示出了ー個切片側(cè)的剖示圖)，常規(guī)地，終端保護區(qū)具有ー個劃片邊緣21，在半導(dǎo)體晶片制備完成后，縱向上切過該劃片邊緣21進行劃片處理，形成半導(dǎo)體器件。并且，有源區(qū)包括第一類導(dǎo)電類型的襯底層1、形成于該襯底層I上的第一類導(dǎo)電類型的外延層2以及形成于該外延層2上的第二類導(dǎo)電類型的阱區(qū)6，該外延層2上方覆蓋有氧化層4和金屬層5。對于上表面為P講的器件而言，該第一類導(dǎo)電類型的襯底層I為N類型的襯底層，該第一類導(dǎo)電類型的外延層2為N類型的外延層，該阱區(qū)6為P阱區(qū)。容易理解，相對應(yīng)地，對于上表面為N阱的器件而言，該第一類導(dǎo)電類型的襯底層I為P類型的襯底層，該第一類導(dǎo)電類型的外延層2為P類型的外延層，該阱區(qū)6為N阱區(qū)。特別地，繼續(xù)結(jié)合附圖2-5，終端保護區(qū)包括一個填充滿絕緣材料的溝槽3，溝槽3在垂直方向上緊鄰該氧化層4,并延伸入外延層2內(nèi)，其中,溝槽3在寬度方向上包括ー個與劃片邊緣21相重疊的第一邊緣31以及與第一邊緣31相対的第二邊緣32。更具體地，第二邊緣32朝向有源區(qū)，井向有源區(qū)延伸，第二邊緣32在橫向距離上距有源區(qū)的距離可以為一定距離，即未與該有源區(qū)相接觸。優(yōu)選地，第二邊緣32可延伸至緊貼有源區(qū)，即與阱區(qū)6相接觸。在圖2-5所示的實施方式中，圖2、3示出了第二邊緣32未與有源區(qū)相接觸的實施方式，而圖4、5示出了第二邊緣32緊貼有源區(qū)設(shè)置的實施方式。另ー方面，在縱向上，溝槽3延伸入外延層2的深度為外延層2的整個深度的10%到130%之間。因此，溝槽3可以僅延伸入外延層2，但是未進入襯底層I內(nèi)。但是，優(yōu)選地，在本發(fā)明的一個實施方式中，溝槽3穿過外延層2并延伸入襯底層I內(nèi)。如圖2、4所示，示出了溝槽3未延伸入襯底層I內(nèi)的情形，如圖3、5所示，示出了溝槽3延伸入襯底層I內(nèi)的情形。在圖2-5所示的各實施方式中，能最佳地達(dá)到本發(fā)明目的的優(yōu)選方式為圖5所示的情形，即溝槽3的第二邊緣32緊貼有源區(qū)，并且溝槽3在深度方向上延伸入襯底層I。具體地，溝槽3在寬度方向上第二邊緣32緊貼有源區(qū)是為了使終端長度最小；豎直方向上需要穿通整個外延層2伸入到襯底層I是因為外延層2作為承擔(dān)器件耐壓的漂移區(qū)，雖然整個終端保護區(qū)在芯片斷面中，最重要的部分是貼近芯片上表面的幾個微米深的區(qū)域，但是如果把整個外延層挖槽挖穿，就是把整個芯片外延層的側(cè)面完全的與芯片底部的高壓進行隔離，這樣可以最好地達(dá)到本發(fā)明的目的。例如，在本發(fā)明的一個最優(yōu)的實施方式中，溝槽3緊貼有源區(qū)設(shè)置，其寬度可設(shè)置為15微米左右，并且在深度方向上延伸入外延層2的深度為外延層2的整個深度的110% 。繼續(xù)結(jié)合圖2-5，在具體的參數(shù)設(shè)置方面，溝槽3的寬度為10微米到70微米之間。如上所述，優(yōu)選地，溝槽的寬度為15微米左右。如上所述，在溝槽3內(nèi)填充滿有絕緣材料，該絕緣材料可以為ニ氧化硅、氮化硅或其他合適的絕緣物。本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件可以是任何垂直結(jié)構(gòu)的功率管。例如，該半導(dǎo)體功率器件可以是場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管、功率ニ極管等。如圖6所示，為該半導(dǎo)體功率器件制備的流程示意圖。以下，另結(jié)合圖7、圖8、圖9以及圖10，對本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件的制備流程進行詳細(xì)說明。結(jié)合圖7，在步驟SlOO中，在硅襯底層I上形成外延層2。該外延層2的生長厚度為H。結(jié)合圖8，當(dāng)完成步驟SlOO后，進入步驟S200，將相鄰的兩個有源區(qū)之間的距離限定為L，該長度L上的區(qū)域即為兩個有源區(qū)所對應(yīng)的半導(dǎo)體器件的終端保護區(qū)域。并且，在有源區(qū)之間的位置上,于外延層2內(nèi)蝕刻溝槽3，并填充入絕緣材料。溝槽3自外延層2的頂部開挖。如上所述，溝槽3在寬度方向上可延伸到有源區(qū)邊緣，也可距離有源區(qū)邊緣一定長度。并且，在縱向上，溝槽3可以穿過外延層2進入襯底層I內(nèi)，也可以未穿過外延層。圖8中示出了溝槽3在寬度方向上未延伸至有源區(qū)邊緣、以及在縱向上未穿過外延層2的情形。結(jié)合圖9，步驟S300中，在溝槽3的上方覆蓋氧化層4，該氧化層4覆蓋溝槽3，并延伸入有源區(qū)內(nèi)。結(jié)合圖10，步驟S400中，完成有源區(qū)內(nèi)的エ藝，即生成阱區(qū)6，并在有源區(qū)上方覆蓋金屬層5,金屬層5進ー步延伸到溝槽3上方。最后，在步驟S500中，對芯片進行劃片處理，形成本發(fā)明的最終的器件結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖10，在進行切片處理時，優(yōu)選地在溝槽3的正中位置進行切片。當(dāng)然，考慮到誤差因素，也可偏離溝槽3的正中位置一定距離，進行切片。在步驟S500完成后，最終形成如圖2所示的器件結(jié)構(gòu)。如圖11所示，是在本發(fā)明的器件內(nèi)部的電勢分布圖。其中S為等電勢線。從圖中可以看出，由于本發(fā)明采用了創(chuàng)新的終端保護結(jié)構(gòu)，其側(cè)邊的電勢不再和底部電勢相同，而是越接近表面，電勢越低。這表明本發(fā)明成功地實現(xiàn)了側(cè)邊和底部的電學(xué)隔離，而無需像現(xiàn)有的終端保護結(jié)構(gòu)那樣需要一個很寬的橫向距離。綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，利用了絕緣層的電隔離作用，即通過引入填充絕緣物質(zhì)的溝槽結(jié)構(gòu)，使得器件的側(cè)邊和底部被電學(xué)隔離開，從而在滿足器件耐壓要求的同時，減少了芯片終端耐 壓區(qū)的面積。
權(quán)利要求
1.ー種具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，包括有源區(qū)以及環(huán)繞該有源區(qū)設(shè)置的終端保護區(qū)，該終端保護區(qū)具有劃片邊緣，該有源區(qū)包括第一類導(dǎo)電類型的襯底層、形成于該襯底層上的第一類導(dǎo)電類型的外延層以及形成于該外延層上的第二類導(dǎo)電類型的阱層，該外延層上方覆蓋有氧化層和金屬層，該氧化層和金屬層延伸到該終端保護區(qū)內(nèi)，其特征在于， 所述終端保護區(qū)包括一個填充滿絕緣材料的溝槽，該溝槽在垂直方向上緊鄰該氧化層，并延伸入該外延層內(nèi)，其中，該溝槽在寬度方向上包括ー個與該劃片邊緣相重疊的第一邊緣以及與該第一邊緣相対的第二邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述溝槽的所述第二邊緣未與該有源區(qū)相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述溝槽的所述第二邊緣緊貼該有源區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述溝槽延伸入所述外延層的深度為所述外延層的整個深度的10%到130%之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述溝槽穿過所述外延層并延伸入所述襯底層內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述溝槽的寬度為10微米到70微米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述絕緣材料為ニ氧化硅或氮化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體功率器件為垂直結(jié)構(gòu)的功率管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體功率器件為場效應(yīng)管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體功率器件為絕緣柵雙極晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體功率器件為功率ニ極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有終端保護結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率器件，包括有源區(qū)以及環(huán)繞該有源區(qū)設(shè)置的終端保護區(qū)，該終端保護區(qū)具有劃片邊緣，并包括一個填充滿絕緣材料的溝槽，該溝槽在垂直方向上緊鄰該氧化層，并延伸入該外延層內(nèi)，其中，該溝槽在寬度方向上包括一個與該劃片邊緣相重疊的第一邊緣以及與該第一邊緣相對的第二邊緣。本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，極大地縮短了功率器件終端保護區(qū)的長度，并提高了功率器件的耐壓能力。
文檔編號H01L29/06GK103066105SQ201210586270
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者林敏之, 陳偉 申請人:上海貝嶺股份有限公司