專利名稱：一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
高壓功率集成電路的發(fā)展離不開可集成的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件。橫向高壓功率半導(dǎo)體器件通常為閉合結(jié)構(gòu)，包括圓形、跑道型和叉指狀等結(jié)構(gòu)。對于閉合的跑道型結(jié)構(gòu)和叉指狀結(jié)構(gòu)，在彎道部分和指尖部分會出現(xiàn)小曲率終端，電場線容易在小曲率半徑處發(fā)生集中，從而導(dǎo)致器件在小曲率半徑處提前發(fā)生雪崩擊穿，這對于橫向高壓功率器件版圖結(jié)構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。專利文獻(xiàn)CN102244092B提供了 “一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)(專利號:ZL201110166312.6 ) ”，如

圖1所示，器件終端結(jié)構(gòu)包括漏極N+1、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、源極N+7、源極P+8。器件結(jié)構(gòu)分為兩部分，包括直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)。直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中，P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2相連，當(dāng)漏極施加高電壓時，P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面開始耗盡，輕摻雜N型漂移區(qū)2的耗盡區(qū)將主要承擔(dān)耐壓，電場峰值出現(xiàn)在P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面。為解決高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)曲率冶金結(jié)面的電力線高度集中，造成器件提前發(fā)生雪崩擊穿的問題，專利采用了如圖1所示的曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)，高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜P型襯底3相連，輕摻雜P型襯底3與輕摻雜N型漂移區(qū)2相連，高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜N型漂移區(qū)2的距離為LP。當(dāng)器件漏極加高壓時，器件源極指尖曲率部分輕摻雜P型襯底3與輕摻雜N型漂移區(qū)2相連，代替了高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜N型漂移區(qū)2所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面，輕摻雜P型襯底3為耗盡區(qū)增加附加電荷，既有效降低了由于高摻雜P-well區(qū)6處的高電場峰值，又與N型漂移區(qū)2引入新的電場峰值。由于P型襯底3和N型漂移區(qū)2都是輕摻雜，所以在同等偏置電壓條件下，冶金結(jié)處電場峰值降低。又由于器件指尖曲率部分高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜P型襯底3的接觸增大了 P型曲率終端`處的半徑，緩解了電場線的過度集中，避免器件在源極指尖曲率部分的提前擊穿，提高器件指尖曲率部分的擊穿電壓。同時，器件N型漂移區(qū)2表面具有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由相間排列的P型摻雜條10和N型摻雜條11組成，超結(jié)結(jié)構(gòu)的存在為開態(tài)時器件提供低阻電流通路，關(guān)態(tài)時，P條和N條相互耗盡，優(yōu)化表面電場，保持高的器件耐壓，很好的優(yōu)化了器件比導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的關(guān)系。該結(jié)構(gòu)能夠提高橫向高壓功率器件的曲率部分的耐壓能力，同時不會占用較大的芯片面積。但該專利對直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分的終端結(jié)構(gòu)9 (如圖1中虛線部分)沒有進(jìn)行優(yōu)化，在該結(jié)構(gòu)9處，由于電荷的不平衡，器件耐壓不是最優(yōu)值。通過本發(fā)明的實(shí)施，使得結(jié)構(gòu)9處電荷平衡，進(jìn)一步提高器件的耐壓，使得該結(jié)終端結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對中國專利ZL201110166312.6 (發(fā)明名稱:一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu))直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分的結(jié)終端結(jié)構(gòu)9的電荷平衡問題，在保持器件表面橫向超結(jié)摻雜條寬度為最小光刻精度W情況下，對終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出表面超結(jié)結(jié)構(gòu)滿足的關(guān)系，并對其進(jìn)行仿真驗(yàn)證，從而提高橫向高壓功率器件曲率部分的耐壓能力，同時節(jié)約器件版圖面積。本發(fā)明技術(shù)方案為:針對橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)9 (如圖1中虛線部分)，在保持器件表面橫向超結(jié)寬度為光刻精度W情況下，對其進(jìn)行濃度優(yōu)化，從而得到最優(yōu)化的擊穿電壓。根據(jù)終端結(jié)構(gòu)9的N型漂移區(qū)表面的超結(jié)結(jié)構(gòu)不同，分為4種情況，如圖2、3、4和5所示?！N橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終〗而結(jié)構(gòu)；所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與橫向高壓功率半導(dǎo)體器件有源區(qū)結(jié)構(gòu)相同，包括漏極N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、源極N+接觸區(qū)7、源極P+接觸區(qū)8 ； P-we 11區(qū)6與N型漂移區(qū)2位于P型襯底3的上層，其中P-well區(qū)6位于中間，兩邊是N型漂移區(qū)2，且P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2相連#型漂移區(qū)2中遠(yuǎn)離P-well區(qū)6的兩側(cè)是漏極N+接觸區(qū)I，P-well區(qū)6的上層具有與金屬化源極相連的源極N+接觸區(qū)7和源極P+接觸區(qū)8，其中源極P+接觸區(qū)8位于中間，源極N+接觸區(qū)7位于源極P+接觸區(qū)8兩側(cè)；源極N+接觸區(qū)7與N型漂移區(qū)2之間的P-well區(qū)6表面是柵氧化層5，柵氧化層5的表面是柵極多晶硅4。所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括漏極N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、P-well區(qū)6、源極P+接觸區(qū)8 ;P-well區(qū)6表面是柵氧化層5，柵氧化層5的表面是柵極多晶硅4 ;曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、柵極多晶硅4和柵氧化層5分別與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N+接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2、柵極多晶硅4和柵氧化層5相連并形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；其中，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N+接觸區(qū)I包圍環(huán)形N型漂移區(qū)2，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N型漂移區(qū)2包圍環(huán)形柵極多晶硅4和環(huán)形柵氧化層5 ;與“直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2相連”不同的是，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P_well區(qū)6與N型漂移區(qū)2不相連且相互間距為LP，LP的具體取值范圍在數(shù)微米至數(shù)十微米之間。所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)2表面具有由相間分布的P型摻雜條10和N型摻雜條11構(gòu)成的橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，且橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型摻雜條10或N型摻雜條11的寬度為最小光刻精度W(所謂最小光刻精度為現(xiàn)有光刻工藝技術(shù)能夠達(dá)到的最小的光刻精度，隨著光刻工藝技術(shù)的不斷提高，最小光刻精度也在不斷減小)。N型漂移區(qū)2表面超結(jié)結(jié)構(gòu)的寬度為最小光刻精度W，L為直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2的長度；所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分的終端結(jié)構(gòu)9由P型襯底3、離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的摻雜條、離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的摻雜條和N型漂移區(qū)2構(gòu)成。本發(fā)明的工作原理可以描述如下:如圖2所示，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分9由P型襯底3、離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié) 終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的摻雜條91、離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的摻雜條92和N型漂移區(qū)2構(gòu)成，其中離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的摻雜條91為Pl摻雜條，離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的摻雜條92為NI摻雜條，Pl摻雜條91、N型漂移區(qū)2和P型襯底3構(gòu)成了雙重RESURF結(jié)構(gòu)。當(dāng)器件漏極加高壓時，輕摻雜P型襯底3為耗盡區(qū)增加附加電荷，既有效降低了由于高摻雜P-well區(qū)6處的高電場峰值，又為N型漂移區(qū)2引入新的電場峰值。由于P型襯底3和N型漂移區(qū)2都是輕摻雜，所以在同等偏置電壓條件下，冶金結(jié)處電場峰值降低。又由于器件指尖曲率部分高摻雜P-well區(qū)6與輕摻雜P型襯底3接觸處增大了 P型曲率終端處的半徑，緩解了電場線的過度集中，避免器件在源極指尖曲率部分的提前擊穿，提高器件指尖曲率部分的擊穿電壓。同時，在N型漂移區(qū)2表面引入Pl摻雜條91和NI摻雜條92，當(dāng)漏極加高電壓時，Pl摻雜條91和NI摻雜條92相互耗盡，為器件漂移區(qū)2表面引入新的電場峰值，優(yōu)化器件表面電場，提高器件耐壓。直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)2長度為L，曲率結(jié)終端的N型漂移區(qū)2長度為(L-LP)，漂移區(qū)表面的所有橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度均為最小光刻精度W，當(dāng)器件濃度優(yōu)化到最佳時，漂移區(qū)表面的P型摻雜條10和N型摻雜條11濃度分別為Np和Nn，則Np=Nn。終端結(jié)構(gòu)9中的Pl摻雜條91和NI摻雜條92的濃度分別為Npi和Nn1，
根據(jù)電荷平衡原理，則有:
權(quán)利要求
1.一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)； 所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與橫向高壓功率半導(dǎo)體器件有源區(qū)結(jié)構(gòu)相同，包括漏極N+接觸區(qū)(1)川型漂移區(qū)(2)、？型襯底(3)、柵極多晶硅(4)、柵氧化層(5)、？-冊11區(qū)(6)、源極礦接觸區(qū)(7)、源極P+接觸區(qū)(8);P-well區(qū)(6)與N型漂移區(qū)(2)位于P型襯底(3)的上層，其中P-well區(qū)(6)位于中間，兩邊是N型漂移區(qū)(2)，且P-well區(qū)(6)與N型漂移區(qū)(2)相連#型漂移區(qū)(2)中遠(yuǎn)離P-well區(qū)(6)的兩側(cè)是漏極N+接觸區(qū)(l)，P-well區(qū)(6)的上層具有與金屬化源極相連的源極N+接觸區(qū)(7)和源極P+接觸區(qū)(8)，其中源極P+接觸區(qū)(8)位于中間，源極N+接觸區(qū)(7)位于源極P+接觸區(qū)(8)兩側(cè)；源極N+接觸區(qū)(7)與N型漂移區(qū)(2)之間的P-well區(qū)(6)表面是柵氧化層(5)，柵氧化層(5)的表面是柵極多晶硅(4)； 所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括漏極N+接觸區(qū)(1)、N型漂移區(qū)(2)、P型襯底(3)、柵極多晶硅(4)、柵氧化層(5)、P-well區(qū)(6)、源極P+接觸區(qū)(8);P-well區(qū)(6)表面是柵氧化層(5)，柵氧化層(5)的表面是柵極多晶硅(4);曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N+接觸區(qū)(I)、N型漂移區(qū)(2)、柵極多晶硅(4)和柵氧化層(5)分別與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N+接觸區(qū)(1)、N型漂移區(qū)(2)、柵極多晶硅(4)和柵氧化層(5)相連并形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；其中，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N+接觸區(qū)(I)包圍環(huán)形N型漂移區(qū)(2)，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的環(huán)形N型漂移區(qū)(2)包圍環(huán)形柵極多晶硅(4)和環(huán)形柵氧化層(5);與“直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)(6)與N型漂移區(qū)(2)相連”不同的是，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)(6)與N型漂移區(qū)(2)不相連且相互間距為LP，Lp的具體取值范圍在數(shù)微米至數(shù)十微米之間； 所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)與曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)(2)表面具有由相間分布的P型摻雜條(10)和N型摻雜條(11)構(gòu)成的橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，且橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型摻雜條(10)或N型摻雜條(11)的寬度為最小光刻精度W。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)由P型襯底(3)、離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的Pl摻雜條(91)、離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的NI摻雜條(92)和N型漂移區(qū)(2)構(gòu)成， 設(shè):直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)(2)長度為L，曲率結(jié)終端的N型漂移區(qū)(2)長度為(L-LP)，漂移區(qū)表面的所有橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度均為最小光刻精度W，漂移區(qū)(2)表面的P型摻雜條(10)濃度為NP，漂移區(qū)(2)表面的N型摻雜條(11)濃度為Nn，且Np=Nn ；直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)中的Pl摻雜條(91)和NI摻雜條(92)的濃度分別為Npi和Nni，根據(jù)電荷平衡原理，則有: 丄xU — Z^xffxA^.+丄X人X妒X〔τ 、 ( j λ Npi=1-2--== I__(I) nWxLk 21J ^ ^ 2LJ P Nni=Nn=Np( 2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)由P型襯底(3)、離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的P2摻雜條(93)、離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的P2摻雜條(93 )和N型漂移區(qū)(2 )構(gòu)成，設(shè):直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)(2)長度為L，曲率結(jié)終端的N型漂移區(qū)(2)長度為(L-LP)，漂移區(qū)表面的所有橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度均為最小光刻精度W，漂移區(qū)(2)表面的P型摻雜條(10)濃度為NP，漂移區(qū)(2)表面的N型摻雜條(11)濃度為Nn，且Np=Nn ;直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)中的P2摻雜條(93)的濃度為Np2，根據(jù)電荷平衡原理，則有:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)由P型襯底(3)、離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N3摻雜條(94)、離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的P3摻雜條(95 )和N型漂移區(qū)(2 )構(gòu)成， 設(shè):直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)(2)長度為L，曲率結(jié)終端的N型漂移區(qū)(2)長度為(L-LP)，漂移區(qū)表面的所有橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度均為最小光刻精度W，漂移區(qū)(2)表面的P型摻雜條(10)濃度為NP，漂移區(qū)(2)表面的N型摻雜條(11)濃度為Nn，且Np=Nn ;直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)中的P3摻雜條(95)和N3摻雜條(94)的濃度分別為Np3和NN3，根據(jù)電荷平衡原理，則有:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)由P型襯底(3)、離曲率終端結(jié)構(gòu)最近的直線結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N4摻雜條(96)、離直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)最近的曲率結(jié)終端超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N4摻雜條(96 )和N型漂移 區(qū)(2 )構(gòu)成， 設(shè):直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)(2)長度為L，曲率結(jié)終端的N型漂移區(qū)(2)長度為(L-LP)，漂移區(qū)表面的所有橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度均為最小光刻精度W，漂移區(qū)(2)表面的P型摻雜條(10)濃度為NP，漂移區(qū)(2)表面的N型摻雜條(11)濃度為Nn，且Np=Nn ;直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分(9)中的P2摻雜條(93)的濃度為Np2，根據(jù)電荷平衡原理，則有:
全文摘要
一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對專利文獻(xiàn)CN102244092B提供的一種橫向高壓功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)中直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分的電荷平衡問題，在保持器件表面橫向超結(jié)摻雜條寬度為最小光刻精度W情況下，對終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化，提出表面超結(jié)結(jié)構(gòu)濃度的關(guān)系表達(dá)式，根據(jù)關(guān)系式優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，從而得到最優(yōu)化的擊穿電壓。同時，N型漂移區(qū)表面所有的橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度都采用最小光刻精度W，可以減小芯片的版圖面積。
文檔編號H01L29/78GK103165657SQ20131007879
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者喬明, 李燕妃, 吳文杰, 溫恒娟, 許琬, 蔡林希, 周鋅, 張波 申請人:電子科技大學(xué)