本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種功率半導(dǎo)體器件的終端結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

功率器件阻斷高壓的能力主要受限于邊緣元胞pn結(jié)耐壓能力。擴(kuò)散形成的pn結(jié)會(huì)在擴(kuò)散窗口邊緣形成一個(gè)柱面結(jié)，而在矩形擴(kuò)散窗口四角處擴(kuò)散形成了球面結(jié)，導(dǎo)致pn結(jié)的擊穿電壓低于平行平面結(jié)電壓。同時(shí)，由于界面電荷的影響，使得表面半導(dǎo)體表面電場(chǎng)通常高于體內(nèi)電場(chǎng)，使得芯片的雪崩擊穿發(fā)生在表面。結(jié)終端就是為了減小局部電場(chǎng)、提高表面擊穿電壓及可靠性、使器件實(shí)際擊穿電壓更接近平行平面結(jié)理想值而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)。在縱向?qū)щ娖骷兴ǔ７植荚谄骷性磪^(qū)的周邊，是有源區(qū)內(nèi)用于承受外高壓的pn結(jié)的附屬結(jié)構(gòu)。

目前，采用平面工藝制作的功率半導(dǎo)體器件，其結(jié)終端結(jié)構(gòu)主要是在主結(jié)邊緣處(常是彎曲的)設(shè)置一些延伸結(jié)構(gòu)，這些延伸結(jié)構(gòu)起到將主結(jié)耗盡區(qū)向外展寬的作用，從而降低其內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，最終提高擊穿電壓，如場(chǎng)板(fp)、場(chǎng)限環(huán)(flr)、結(jié)終端擴(kuò)展(jte)、橫向變摻雜(vld)等。要實(shí)現(xiàn)高的耐壓，該類(lèi)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過(guò)在終端區(qū)引入一層resurf層，改變半導(dǎo)體表面電場(chǎng)和體內(nèi)電場(chǎng)分布，從而減小終端寬度，提高芯片效率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括金屬化陰極、金屬化陰極上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底、第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)上表面為場(chǎng)氧化層；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)內(nèi)部左上部分為第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)上表面與金屬化陽(yáng)極連接；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)內(nèi)部右上部分是第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s截止環(huán)；位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體截止環(huán)之間的是第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層上方為第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)。

作為優(yōu)選方式，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)在z方向非連續(xù)排列。

作為優(yōu)選方式，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)在z方向連續(xù)排列。

作為優(yōu)選方式，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf區(qū)上方有多個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體區(qū)域，第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)在x方向和z方向上均非連續(xù)排列。

作為優(yōu)選方式，當(dāng)終端結(jié)構(gòu)承受反向電壓時(shí)，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層與位于其上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)相互耗盡。

作為優(yōu)選方式，通過(guò)控制摻雜的方式，使終端結(jié)構(gòu)承受反向電壓時(shí)，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層與位于其上方第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)實(shí)現(xiàn)全耗盡。

作為優(yōu)選方式，第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)在z方向連續(xù)時(shí)，制備第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層時(shí)使用同一光刻版。

作為優(yōu)選方式，第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體。

作為優(yōu)選方式，該發(fā)明第二導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜resurf層通過(guò)第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)離子注入、擴(kuò)散，然后進(jìn)行第一導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)離子注入、擴(kuò)散、雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)玫?，而非高能離子注入得到。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)的制造方法，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體時(shí)，所述方法包括如下步驟：

(1)在n型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底上，外延生長(zhǎng)n型輕摻雜漂移區(qū)；

(2)光刻有源區(qū)，以光刻膠作為阻擋層，進(jìn)行硼離子注入，然后高溫推結(jié)使得硼離子擴(kuò)散到一定結(jié)深，形成p型半導(dǎo)體主結(jié)；

(3)光刻resurf區(qū)，以光刻膠為阻擋層，進(jìn)行硼離子注入，然后通過(guò)高溫推結(jié)使得硼離子擴(kuò)散到一定結(jié)深，并進(jìn)行雜質(zhì)的高溫激活；

(4)光刻n型半導(dǎo)體漂移區(qū)，以光刻膠為阻擋層，進(jìn)行磷離子注入，然后熱推阱使得第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)擴(kuò)散到一定結(jié)深；經(jīng)雜質(zhì)補(bǔ)償之后，得到位于p型半導(dǎo)體resurf層上方的n型半導(dǎo)體漂移區(qū)；

(5)光刻截止環(huán)，以光刻膠為阻擋層，進(jìn)行磷離子注入，形成n型重?fù)诫s截止環(huán)；

(6)淀積場(chǎng)氧化層，光刻、刻蝕形成陽(yáng)極接觸孔；

(7)金屬濺射，并反刻金屬，形成金屬化陽(yáng)極，對(duì)硅片背面進(jìn)行減薄，金屬化形成金屬化陰極。

本發(fā)明的有益效果為：常規(guī)的resurf層通過(guò)離子注入制備，由于注入能量的關(guān)系，注入深度常常受到限制，因此不一定能得到最優(yōu)的resurf結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)雜質(zhì)擴(kuò)散以及異型雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)玫絩esurf層，降低了對(duì)離子注入能量的要求，為得到更優(yōu)的resurf終端結(jié)構(gòu)提供了一種解決方案，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)旁邊的第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體輕摻雜resurf層與其上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)相互耗盡，形成空間電荷區(qū)，引入y方向上的電場(chǎng)，改變x方向的電場(chǎng)分布，使x方向的電場(chǎng)三角形分布變?yōu)榻铺菪蔚姆植?。同時(shí)，由于該結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)在z方向非連續(xù)排列，可與第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層在z方向上相互耗盡，引入z方向的電場(chǎng)，從而使半導(dǎo)體表面耗盡得更加完全，電場(chǎng)峰值更低。進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)與第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層達(dá)到恰當(dāng)?shù)碾姾善胶鈺r(shí)，兩者可以實(shí)現(xiàn)完全耗盡，終端區(qū)利用率最大化。這樣，半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)集中得到有效緩解，終端的耐壓能接近平行平面結(jié)的擊穿電壓，終端面積得以減小，芯片面積效率提高。同時(shí)，該發(fā)明提出的第二導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜resurf層通過(guò)兩次異型雜質(zhì)離子注入、擴(kuò)散補(bǔ)償之后得到，可以減小高能離子注入帶來(lái)的損傷，也能在一定程度上降低工藝難度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2和圖3分別為本發(fā)明提供的一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端兩個(gè)不同位置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4(a)和圖4(b)分別為本發(fā)明提供的一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)在陰極加高電位時(shí)耗盡線示意圖和沿aa’的電場(chǎng)分布示意圖；

圖5-圖11為本發(fā)明實(shí)施例1的功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)的制備流程示意圖；

圖12為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為金屬化陰極，2為第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底，3為第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)，4為第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層，5為第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)，6為第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)，7為第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s截止環(huán)，8為金屬化陽(yáng)極，9為場(chǎng)氧化層。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括金屬化陰極1、金屬化陰極1上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底2、第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底2上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)3；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)3上表面為場(chǎng)氧化層9；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)3內(nèi)部左上部分為第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)6；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)6上表面與金屬化陽(yáng)極8連接；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜漂移區(qū)3內(nèi)部右上部分是第一導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s截止環(huán)7；位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體主結(jié)6與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體截止環(huán)7之間的是第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層4；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層4上方為第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5。

所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5在z方向非連續(xù)排列。

通過(guò)控制摻雜的方式，使終端結(jié)構(gòu)承受反向電壓時(shí)，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層4與位于其上方第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5實(shí)現(xiàn)全耗盡。

該發(fā)明第二導(dǎo)電類(lèi)型輕摻雜resurf層4通過(guò)第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)離子注入、擴(kuò)散，然后進(jìn)行第一導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)離子注入、擴(kuò)散、雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)玫?，而非高能離子注入得到。

如圖5-圖11所示，第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體時(shí)，所述功率半導(dǎo)體器件的3d-resurf終端結(jié)構(gòu)的制造方法于包括如下步驟：

(1)在n型重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底2上，外延生長(zhǎng)n型輕摻雜漂移區(qū)3；如圖5所示。

(2)光刻有源區(qū)，以光刻膠作為阻擋層，進(jìn)行硼離子注入，然后高溫推結(jié)使得硼離子擴(kuò)散到一定結(jié)深，形成p型半導(dǎo)體主結(jié)6；如圖6所示。

(3)光刻resurf區(qū)，以光刻膠為阻擋層，進(jìn)行硼離子注入，然后通過(guò)高溫推結(jié)使得硼離子擴(kuò)散到一定結(jié)深，并進(jìn)行雜質(zhì)的高溫激活；如圖7所示。

(4)光刻n型半導(dǎo)體漂移區(qū)5，以光刻膠為阻擋層，進(jìn)行磷離子注入，然后熱推阱使得第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)擴(kuò)散到一定結(jié)深；經(jīng)雜質(zhì)補(bǔ)償之后，得到位于p型半導(dǎo)體resurf層4上方的n型半導(dǎo)體漂移區(qū)5；如圖8所示。

(5)光刻截止環(huán)，以光刻膠為阻擋層，進(jìn)行磷離子注入，形成n型重?fù)诫s截止環(huán)7；如圖9所示。

(6)淀積場(chǎng)氧化層9，光刻、刻蝕形成陽(yáng)極接觸孔；如圖10所示。

(7)金屬濺射，并反刻金屬，形成金屬化陽(yáng)極8，對(duì)硅片背面進(jìn)行減薄，金屬化形成金屬化陰極1。如圖11所示。

制作器件時(shí)還可用碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅等半導(dǎo)體材料代替硅。

下面以第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體而第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體為例，說(shuō)明本實(shí)施例所提供的一種3d-resurf終端結(jié)構(gòu)的工作原理。

本實(shí)施例中，當(dāng)金屬化陰極1加高電位時(shí)，第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層4與其上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5相互耗盡，形成空間電荷區(qū)，使得y方向電場(chǎng)不為零；同時(shí)，在z方向上，由于有p/n型半導(dǎo)體交替排列的結(jié)構(gòu)，p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體之間可以相互耗盡，使得z方向上的電場(chǎng)分量也不為零。根據(jù)三維泊松方程：

其中n為漂移區(qū)摻雜濃度，q為電子電荷量，ε為半導(dǎo)體介電常數(shù)。由于y方向電場(chǎng)分量和z方向電場(chǎng)分量的存在，經(jīng)電場(chǎng)調(diào)制作用，其表面電場(chǎng)由三角形分布變?yōu)槿鐖D4所示近似梯形分布，電場(chǎng)峰值降低，擊穿點(diǎn)從表面移動(dòng)至體內(nèi)，從而使得終端區(qū)實(shí)現(xiàn)與平行平面結(jié)相近的耐壓。

實(shí)施例2

如圖12所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5在z方向連續(xù)排列。第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5在z方向連續(xù)時(shí)，制備第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf層4時(shí)使用同一光刻版。

該實(shí)施例的半導(dǎo)體表面在z方向上沒(méi)有電場(chǎng)分量，其效果略差于實(shí)施例1，但該實(shí)施例在制備第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf區(qū)4和第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5時(shí)，可使用同一張光刻版，從而降低制造成本。同時(shí)，本實(shí)施例采用與實(shí)施例1相同的制備工藝，由于擴(kuò)散工藝較好控制，相比于高能離子注入制備resurf區(qū)，本實(shí)施例的第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf區(qū)4與其上方的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5能達(dá)到更好的電荷平衡。對(duì)于耐壓不是特別高的器件，采用該實(shí)施例提出的resurf終端結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)耐壓與成本的折衷。

實(shí)施例3

如圖13所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體resurf區(qū)4上方有多個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體區(qū)域5，第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體漂移區(qū)5在x方向和z方向上均非連續(xù)排列。

該實(shí)施例提出的結(jié)構(gòu)能更好地控制雜質(zhì)總量，實(shí)現(xiàn)電荷平衡，使表面完全耗盡；同時(shí)，該結(jié)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)節(jié)所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體區(qū)域5的分布，在一定程度上改變表面電場(chǎng)峰值的位置，實(shí)現(xiàn)更高耐壓。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)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(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。