本發(fā)明屬于半導體技術領域，具體的說涉及一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。

背景技術：

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體器件。橫向高壓功率半導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)。對于傳統(tǒng)叉指狀結(jié)構(gòu)曲率終端區(qū)的襯底濃度很低，而漂移區(qū)的濃度相對較高，因此襯底無法充分輔助耗盡漂移區(qū)，這對器件得到高的擊穿電壓有一定的影響。

公開號為CN102244092A的中國專利公開了一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，圖1所示為器件的版圖結(jié)構(gòu)，器件終端結(jié)構(gòu)包括漏極N⁺接觸區(qū)、N型漂移區(qū)、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、P-well區(qū)、源極N⁺、源極P⁺。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)與N型漂移區(qū)相連，當漏極施加高電壓時，P-well區(qū)與N型漂移區(qū)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)的耗盡區(qū)將主要承擔耐壓，電場峰值出現(xiàn)在P-well區(qū)與N型漂移區(qū)所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面。為解決高摻雜P-well區(qū)與輕摻雜N型漂移區(qū)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，該專利采用了如圖1所示的曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)，高摻雜P-well區(qū)與輕摻雜P型襯底相連，輕摻雜P型襯底與輕摻雜N型漂移區(qū)相連，高摻雜P-well區(qū)與輕摻雜N型漂移區(qū)的距離為L_P。當器件漏極加高壓時，器件源極指尖曲率部分輕摻雜P型襯底與輕摻雜N型漂移區(qū)相連，代替了高摻雜P-well區(qū)與輕摻雜N型漂移區(qū)所構(gòu)成的PN結(jié)冶金結(jié)面，輕摻雜P型襯底為耗盡區(qū)增加附加電荷，既有效降低了由于高摻雜P-well區(qū)處的高電場峰值，又與N型漂移區(qū)引入新的電場峰值。由于P型襯底和N型漂移區(qū)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)與輕摻雜P型襯底的接觸增大了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，該專利所提出的結(jié)終端結(jié)構(gòu)還應用在縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)器件中。圖1為器件XY平面的結(jié)構(gòu)示意圖，由于曲率結(jié)終端部分N型漂移區(qū)的摻雜濃度相對P型襯底部分較高，P型襯底無法充分耗盡N型漂移區(qū)，在交界處引入較高的電場，導致P型襯底和N型漂移區(qū)構(gòu)成的PN結(jié)提前擊穿，因此器件的耐壓不是最優(yōu)化，可靠性也降低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對上述傳統(tǒng)器件曲率終端結(jié)構(gòu)部分高摻雜濃度的漂移區(qū)的N型雜質(zhì)無法充分的被低摻雜濃度的襯底P型雜質(zhì)充分耗盡而產(chǎn)生的漂移區(qū)與襯底交界處電荷不平衡影響耐壓和可靠性的問題，提出一種橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術方案如下：

一種橫向高壓功率器件的結(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)；

所述曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括漏極N⁺接觸區(qū)、N型漂移區(qū)、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、P-well區(qū)、源極P⁺接觸區(qū)，N型漂移區(qū)由內(nèi)邊界向外邊界分成2₁、2₂….2_N N個子區(qū)域，相鄰子區(qū)域之間填充P型襯底，N型漂移區(qū)和P型襯底包括底部的方型區(qū)域和頂部的半圓區(qū)域，P-well區(qū)表面上方是柵氧化層，柵氧化層的表面上方是柵極多晶硅；曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的漏極N⁺接觸區(qū)、柵極多晶硅、柵氧化層分別與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的漏極N⁺接觸區(qū)、柵極多晶硅、柵氧化層相連，而子區(qū)域2₁、2₂….2_N都和直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2_b相連；其中，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的漏極N⁺接觸區(qū)包圍子區(qū)域2₁、2₂….2_N，N型漂移區(qū)2內(nèi)有環(huán)形柵極多晶硅和環(huán)形柵氧化層；曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)與子區(qū)域2₁、2₂….2_N不相連且P-well區(qū)距離子區(qū)域2₁的內(nèi)邊界的距離為L_P，子區(qū)域2₁、2₂….2_N的寬度分別為d₁、d₂….d_N，相鄰子區(qū)域之間的距離分別為S₁、S_2….S_N-1，L_d為器件的漂移區(qū)長度，其中，d₁、d₂….d_N以及S₁、S₂….S_N-1的取值均在0到L_d-L_p之間，且

在直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)和曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)相連部分，子區(qū)域2₁、2₂….2_N內(nèi)壁向中間延伸至與直接結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2_b內(nèi)邊界連接，且曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N包圍了曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的P型襯底，相對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)采用完整的一環(huán)來包圍P型襯底，本發(fā)明的曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)采用寬度由里向外漸變的N環(huán)N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N來包圍P型襯底。在實際工藝中N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N是通過離子注入和退火推結(jié)后形成的，退火推結(jié)后，N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N會橫向擴散，由于N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N的摻雜濃度很高會補償?shù)羲麄冎gP型襯底，形成一個完整的N型漂移區(qū)2_a，這個N型漂移區(qū)的摻雜濃度是從里往外越來越高的線性摻雜，所以曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處的濃度相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要低，因此曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處P型雜質(zhì)更好耗盡N型雜質(zhì)，電荷不平衡得到改善，器件的耐壓也的到改善。通過調(diào)整N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N的注入劑量、窗口寬度以及退火時間，通過退火推結(jié)后可以得到不同坡度的線性變摻雜分布，選擇合適的注入劑量和窗口寬度可以獲得高的擊穿電壓。在上述方案中，應當理解的是，寬度由里向外漸變的N環(huán)N型漂移區(qū)子區(qū)域2₁、2₂….2_N只在曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中存在，在直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中是與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的N型漂移區(qū)2_b，內(nèi)邊界的含義是指N型漂移區(qū)靠近P型襯底的一側(cè)。

作為優(yōu)選方式，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)為single RESURF的結(jié)構(gòu)、double RESURF，triple RESURF結(jié)構(gòu)其中的一種。

作為優(yōu)選方式，所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括：漏極N⁺接觸區(qū)、N型漂移區(qū)2_b、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、P-well區(qū)、源極N⁺接觸區(qū)、源極P⁺接觸區(qū)；P-well區(qū)與N型漂移區(qū)2_b位于P型襯底的上層，其中P-well區(qū)位于中間，兩邊是N型漂移區(qū)2_b，且P-well區(qū)與N型漂移區(qū)2_b相連；N型漂移區(qū)2_b中遠離P-well區(qū)的兩側(cè)是漏極N⁺接觸區(qū)，P-well區(qū)的表面具有與金屬化源極相連的源極N⁺接觸區(qū)和源極P⁺接觸區(qū)，其中源極P⁺接觸區(qū)位于中間，源極N⁺接觸區(qū)位于源極P⁺接觸區(qū)兩側(cè)；源極N⁺接觸區(qū)與N型漂移區(qū)2_b之間的P-well區(qū)表面的上方是柵氧化層，柵氧化層的表面的上方是柵極多晶硅，L_d為器件的漂移區(qū)長度。

作為優(yōu)選方式，子區(qū)域2₁、2₂….2_N退火推結(jié)后形成一個完整N型漂移區(qū)2_a。

作為優(yōu)選方式，子區(qū)域2₁、2₂….2_N的寬度從d₁到d_N依次遞增。

作為優(yōu)選方式，子區(qū)域2₁、2₂….2_N之間的距離從S₁到S_N-1依次遞減。

作為優(yōu)選方式，每個子區(qū)域2₁、2₂….2_N的離子注入的劑量完全相同。

作為優(yōu)選方式，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N型漂移區(qū)2_b沿X軸分成多段。

作為優(yōu)選方式，結(jié)終端結(jié)構(gòu)的半導體材料為硅或碳化硅。

本發(fā)明的有益效果為：由于N型漂移區(qū)2_a的摻雜濃度要遠高于P型襯底的摻雜濃度，N型漂移區(qū)每個子區(qū)域2₁、2₂….2_N會把它們之間P型襯底補償?shù)?，最后N型漂移區(qū)每個子區(qū)域2₁、2₂….2_N會連在一起形成一個完整的N型漂移區(qū)2_a，這個結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)2_a摻雜分布是由內(nèi)向外濃度越來越高的分布，與傳統(tǒng)結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)均勻的摻雜分布不一樣，因此本發(fā)明的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處N型雜質(zhì)的濃度比傳統(tǒng)結(jié)終端結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處N型雜質(zhì)的濃度要低，所以本發(fā)明的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)能更好的被P型襯底所耗盡，不會產(chǎn)生電荷不平衡的現(xiàn)象，降低了N型漂移區(qū)和P型襯底交界處的峰值電場；正常工作時，會通過漏電極給N⁺接觸區(qū)加上高壓，因此同種類型摻雜的N型漂移區(qū)也為高電位，P型襯底通過襯底電極接低電位，所以曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底構(gòu)成的PN結(jié)反偏，P型襯底會輔助P-well區(qū)耗盡N型漂移區(qū)，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處的N型摻雜濃度相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要降低許多，所以P型襯底能更有效的耗盡N型漂移區(qū)，所以器件的耐壓得到更好優(yōu)化。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的橫向高壓功率半導體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的版圖示意圖；

圖2為本發(fā)明的曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)的版圖示意圖；

圖3為本發(fā)明的橫向高壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)3d示意圖；

圖4為本發(fā)明的橫向高壓功率器件的結(jié)終端X方向剖面圖；

圖5為本發(fā)明的橫向高壓功率器件的結(jié)終端Y方向的剖面圖；

圖6為傳統(tǒng)的橫向壓功率器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)Y方向的剖面的工藝仿真圖；

圖7為本發(fā)明的橫向壓功率半導體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)Y方向的剖面的工藝仿真圖；

圖8為本發(fā)明曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)曲率結(jié)終端結(jié)漂移區(qū)的表面濃度分布對比圖；

圖9為本發(fā)明曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)電場分布對比圖；

圖10為本發(fā)明曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)擊穿電壓的對比圖；

1為漏極N⁺接觸區(qū)，2為曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N型漂移區(qū)，2_a為完整的環(huán)形N型漂移區(qū)，2_b為直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N型漂移區(qū)，3為P型襯底，4為柵極多晶硅，5為柵氧化層，6為P-well區(qū)，7為源極N⁺接觸區(qū)，8為源極P⁺接觸區(qū)，2₁、2₂….2_N為子區(qū)域。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

一種橫向高壓功率器件的結(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，N型漂移區(qū)2由內(nèi)邊界向外邊界分成2₁、2₂….2_N N個子區(qū)域，相鄰子區(qū)域之間填充P型襯底3，N型漂移區(qū)2和P型襯底3包括底部的方型區(qū)域和頂部的半圓區(qū)域，P-well區(qū)6表面上方是柵氧化層5，柵氧化層5的表面上方是柵極多晶硅4；曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的漏極N⁺接觸區(qū)1、柵極多晶硅4、柵氧化層5分別與直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的漏極N⁺接觸區(qū)1、柵極多晶硅4、柵氧化層5相連，而子區(qū)域2₁、2₂….2_N都和直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中N型漂移區(qū)2_b相連；其中，曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的漏極N⁺接觸區(qū)1包圍子區(qū)域2₁、2₂….2_N，N型漂移區(qū)2內(nèi)有環(huán)形柵極多晶硅4和環(huán)形柵氧化層5；曲率結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的P-well區(qū)6與子區(qū)域2₁、2₂….2_N不相連且P-well區(qū)6距離子區(qū)域2₁的內(nèi)邊界的距離為L_P，子區(qū)域2₁、2₂….2_N的寬度分別為d₁、d₂….d_N，相鄰子區(qū)域之間的距離分別為S₁、S₂….S_N-1，L_d為器件的漂移區(qū)長度，其中，d₁、d₂….d_N以及S₁、S₂….S_N-1的取值均在0到L_d-L_p之間，且

子區(qū)域2₁、2₂….2_N退火推結(jié)后形成一個完整N型漂移區(qū)2_a。子區(qū)域2₁、2₂….2_N的寬度從d₁到d_N依次遞增。子區(qū)域2₁、2₂….2_N之間的距離從S₁到S_N-1依次遞減。每個子區(qū)域2₁、2₂….2_N的離子注入的劑量完全相同。

所述直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括：漏極N⁺接觸區(qū)1、N型漂移區(qū)2_b、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-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2_b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_b，且P-well區(qū)6與N型漂移區(qū)2_b相連；N型漂移區(qū)2_b中遠離P-well區(qū)6的兩側(cè)是漏極N⁺接觸區(qū)1，P-well區(qū)6的表面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_b之間的P-well區(qū)6表面的上方是柵氧化層5，柵氧化層5的表面的上方是柵極多晶硅4，L_d為器件的漂移區(qū)長度。

直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)不僅可以為single RESURF結(jié)構(gòu)，還可以為double RESURF結(jié)構(gòu)、triple RESURF結(jié)構(gòu)其中的一種。

作為另一種變形方式，直線結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的N型漂移區(qū)2_b沿X軸分成多段。

結(jié)終端結(jié)構(gòu)的半導體材料為硅或碳化硅。

由于N型漂移區(qū)2_a的摻雜濃度要遠高于P型襯底的摻雜濃度，N型漂移區(qū)每個子區(qū)域2₁、2₂….2_N會把它們之間P型襯底補償?shù)?，最后N型漂移區(qū)每個子區(qū)域2₁、2₂….2_N會連在一起形成一個完整的N型漂移區(qū)2_a，這個結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)2_a摻雜分布是由內(nèi)向外濃度越來越高的分布，與傳統(tǒng)結(jié)終端結(jié)構(gòu)的N型漂移區(qū)均勻的摻雜分布不一樣，因此本發(fā)明的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處N型雜質(zhì)的濃度比傳統(tǒng)結(jié)終端結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處N型雜質(zhì)的濃度要低，所以本發(fā)明的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)能更好的被P型襯底所耗盡，不會產(chǎn)生電荷不平衡的現(xiàn)象，降低了N型漂移區(qū)和P型襯底交界處的峰值電場；正常工作時，會通過漏電極給N⁺接觸區(qū)加上高壓，因此同種類型摻雜的N型漂移區(qū)也為高電位，P型襯底通過襯底電極接低電位，所以曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底構(gòu)成的PN結(jié)反偏，P型襯底會輔助P-well區(qū)6耗盡N型漂移區(qū)，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)曲率結(jié)終端部分的N型漂移區(qū)與P型襯底交界處的N型摻雜濃度相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要降低許多，所以P型襯底能更有效的耗盡N型漂移區(qū)，所以器件的耐壓得到更好優(yōu)化。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。