本發(fā)明屬于半導體技術領域，涉及一種功率半導體器件的resurf終端結構。

背景技術：

功率器件阻斷高壓的能力主要受限于邊緣元胞pn結耐壓能力。擴散形成的pn結會在在擴散窗口邊緣形成一個柱面結，而在矩形擴散窗口四角處擴散形成了球面結，導致pn結的擊穿電壓低于平行平面結電壓。同時，由于界面電荷的影響，使得表面半導體表面電場通常高于體內電場，使得芯片的雪崩擊穿發(fā)生在表面。結終端就是為了減小局部電場、提高表面擊穿電壓及可靠性、使器件實際擊穿電壓更接近平行平面結理想值而專門設計的特殊結構。在縱向導電器件中它通常分布在器件有源區(qū)的周邊，是有源區(qū)內用于承受外高壓的pn結的附屬結構。

目前，采用平面工藝制作的功率半導體器件，其結終端結構主要是在主結邊緣處(常是彎曲的)設置一些延伸結構，這些延伸結構起到將主結耗盡區(qū)向外展寬的作用，從而降低其內的電場強度，最終提高擊穿電壓，如場板(fp)、場限環(huán)(flr)、結終端擴展(jte)、橫向變摻雜(vld)等。要實現(xiàn)高的耐壓，該類延伸型終端所需空間面積較大，芯片面積效率低，不利于降低成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有延伸型結終端結構占用面積較大的問題，提出一種具有resurf層和場板的終端新結構，實現(xiàn)高的終端耐壓，減小終端面積，提高終端效率。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術方案如下：

一種功率半導體器件的resurf終端結構，包括陰極金屬電極、陰極金屬電極上方的第一導電類型重摻雜半導體襯底、第一導電類型重摻雜半導體襯底上方的第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)上表面的場氧化層、位于所述場氧化層上表面或者左側的場板、覆蓋所述場板和場氧化層的硼磷硅玻璃層；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)內部左上方為第二導電類型半導體主結；所述第二導電類型半導體主結上表面一側與陽極金屬電極電位相接；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)內部還具有第二導電類型半導體輕摻雜resurf層；所述第二導電類型半導體輕摻雜resurf層與第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)上表面之間設有第一導電類型半導體輕摻雜區(qū)；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)內部右上方還具有第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)；所述第二導電類型半導體輕摻雜resurf層的一側與第二導電類型半導體主結相連；所述場板的左側邊界超過第二導電類型半導體輕摻雜resurf層與第二導電類型半導體主結的交界面；所述第二導電類型半導體輕摻雜resurf層與第二導電類型半導體主結相連，第二導電類型半導體輕摻雜resurf層的摻雜類型與第二導電類型半導體主結相同，第二導電類型半導體輕摻雜resurf層的摻雜濃度低于第二導電類型半導體主結。

作為優(yōu)選方式，所述場板為多晶硅場板，其一端與陽極金屬相連，另一端與第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)電位相連。

作為優(yōu)選方式，場氧化層、場板、硼磷硅玻璃的上表面被金屬部分覆蓋。

作為優(yōu)選方式，所述場板為半絕緣多晶硅場板或阻性場板，場板一端與陽極金屬相接、另一端與第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)電位相連，金屬部分覆蓋場氧化層、場板、硼磷硅玻璃。

作為優(yōu)選方式，所述第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層為均勻摻雜的第二類導電類型的半導體。

作為優(yōu)選方式，所述第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層為漸變摻雜，第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層包括不同摻雜濃度的子段，子段的濃度從所述第二導電類型半導體主結向終端外側依次降低。

本發(fā)明的有益效果為：第二導電類型半導體輕摻雜resurf層與其上方的第一導電類型半導體輕摻雜區(qū)相互耗盡，形成空間電荷區(qū)，改變半導體表面電場的分布。同時，多晶硅場板也會對半導體表面電場起到調制作用。最終使半導體表面電場呈現(xiàn)近似矩形的分布。該發(fā)明能夠緩解半導體表面的電場集中，使終端的耐壓能盡量達到平行平面結的擊穿電壓，同時減小終端面積，提高芯片面積效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種功率半導體器件終端結構示意圖；

圖2-1為本發(fā)明提供的一種功率半導體器件終端結構在陰極加高電壓時沿xx'的表面電場分布示意圖；

圖2-2為本發(fā)明提供的一種功率半導體器件終端結構沿aa'處的電場分布示意圖；

圖3-圖11為本發(fā)明提供的一種功率半導體器件終端結構的制備流程示意圖；

圖12是實施例2的結構示意圖。

圖13是實施例3的結構示意圖。

圖14是實施例4的結構示意圖。

圖15是實施例5的結構示意圖。

圖16是實施例6的結構示意圖。

圖17是實施例7的結構示意圖。

其中，1為陰極金屬，2為第一導電類型重摻雜半導體襯底，3為第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)，4為第二導電類型半導體主結，5為第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，51、52……5n為半導體輕摻雜resurf層5不同摻雜濃度的子段，6為第一導電類型半導體輕摻雜區(qū)，7為第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)，8為場氧化層，9為場板，10為硼磷硅玻璃層，11為陽極金屬，15為金屬。

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。

實施例1

如圖1所示，一種功率半導體器件的resurf終端結構，包括陰極金屬電極1、陰極金屬電極1上方的第一導電類型重摻雜半導體襯底2、第一導電類型重摻雜半導體襯底2上方的第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3上表面的場氧化層8、位于所述場氧化層8上表面的場板9、覆蓋所述場板9和場氧化層8的硼磷硅玻璃層10；所述場板9為多晶硅場板，所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3內部左上方為第二導電類型半導體主結4；所述第二導電類型半導體主結4上表面一側與陽極金屬電極11電位相接；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3內部還具有第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5；所述第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5與第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3上表面之間設有第一導電類型半導體輕摻雜區(qū)6；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3內部右上方還具有第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)7；所述第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5的一側與第二導電類型半導體主結4相連；所述場板9的左側邊界超過第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5與第二導電類型半導體主結4的交界面；所述第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5與第二導電類型半導體主結4相連，第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5的摻雜類型與第二導電類型半導體主結4相同，第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5的摻雜濃度低于第二導電類型半導體主結4。

下面以第一導電類型半導體為n型、第二導電類型半導體為p型為例，說明實施例1所提供的一種功率器件終端結構的工作原理。

本實施例中，當二極管在反向阻斷狀態(tài)時，p型半導體輕摻雜resurf層5和上表面n型漂移區(qū)相互耗盡，其上多晶硅場板9能夠輔助半導體表面耗盡，形成空間電荷區(qū)，該空間電荷區(qū)由于引入縱向電場分量，不再滿足一維泊松方程，而滿足二維泊松方程：

其中nd為漂移區(qū)摻雜濃度，q為電子電荷量，εs為半導體介電常數(shù)。由于resurf層5和多晶硅場板電場9的引入，使得縱向電場梯度不再為0，因而半導體表面橫向電場梯度變緩，單位長度的電勢差增大，表面電場峰值降低，擊穿點從表面移動至體內，其表面電場分布示意圖如圖2-1、2-2所示。

以實施例1，第一導電類型半導體為n型、第二導電類型半導體為p型為例，本實施例結構可以用以下方法制備得到，工藝步驟為：

1、在n+重摻雜半導體襯底上外延生長摻雜濃度較低的n-的輕摻雜漂移區(qū)，如圖3所示。

2、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成p型半導體材料摻雜區(qū)。通過熱過程使得p型半導體材料摻雜區(qū)達到一定的結深，如圖4所示。

3、光刻截止環(huán)區(qū)，磷原子注入，形成截止環(huán)，如圖5所示。

4、淀積硬掩模，光刻resurf區(qū)，刻蝕硬掩模，通過高能量的硼離子注入形成resurf層5，再通過能量和劑量較低的磷原子注入，補償注入的硼原子，在resurf層之上形成低摻雜n型區(qū)；高溫激活雜質離子。如圖6所示。

5、去掉硬掩膜，淀積厚氧化層，如圖7所示。

6、淀積多晶硅，如圖所8示。

7、光刻，刻蝕多晶硅，淀積介質層，如圖9所示。

8、光刻，刻蝕介質層和場氧化層，金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極電極，如圖10所示。

9、對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬，如圖11所示。

實施例2

如圖12所示，本實施例和實施例1基本相同，區(qū)別在于：多晶硅場板場板9其一端與陽極金屬11相連，另一端與第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)7電位相連。

實施例3

如圖13所示，本實施例和實施例1基本相同，區(qū)別在于：場氧化層8表面為阻性場板9，所述阻性場板9的一端與陽極電位11相連，另一端通過金屬15與第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)7電位相連。場氧化層8、場板9、硼磷硅玻璃10的上表面被金屬15部分覆蓋。

實施例4

如圖14所示，本實施例和實施例1基本相同，區(qū)別在于：場板9位于所述場氧化層8左側，所述場板9為半絕緣多晶硅場板，場板9一端與陽極金屬11相接、另一端與第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)7電位相連，場氧化層8、場板9、硼磷硅玻璃10的上表面被金屬15部分覆蓋。

實施例5

如圖15所示，本實施例和實施例1基本相同，區(qū)別在于：所述第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層5為漸變摻雜，第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層5包括不同摻雜濃度的子段51、52……5n，其中resurf段數(shù)不小于2，子段的濃度從所述第二導電類型半導體主結4向終端外側依次降低。

實施例6

如圖16所示，本實施例和實施例3基本相同，區(qū)別在于：所述第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層5為漸變摻雜，第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層5包括不同摻雜濃度的子段51、52……5n，其中resurf段數(shù)不小于2，子段的濃度從所述第二導電類型半導體主結4向終端外側依次降低。

實施例7

如圖17所示，本實施例和實施例4基本相同，區(qū)別在于：所述第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層5為漸變摻雜，第二類導電類型半導體輕摻雜resurf層5包括不同摻雜濃度的子段51、52……5n，其中resurf段數(shù)不小于2，子段的濃度從所述第二導電類型半導體主結4向終端外側依次降低。

制作器件時還可用碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅等半導體材料代替硅。

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。