本發(fā)明屬于半導體技術領域，涉及一種功率半導體器件終端結構及其制備方法。

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。在縱向導電器件中結終端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。

因此，本發(fā)明通過在終端區(qū)引入一層resurf層，改變半導體表面電場和體內電場分布，從而減小終端寬度，提高芯片效率。常規(guī)的resurf層通過離子注入制備，由于注入能量的關系，注入深度常常受到限制，因此不一定能得到最優(yōu)的resurf結構。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種功率半導體器件的resurf結構及其制備方法，在挖溝槽后再通過離子注入形成resurf層，采用該結構能夠在較小的面積下獲得較高擊穿電壓，同時降低了制備resurf層的工藝難度。

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終端結構，從下至上依次包括：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)；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)的上表面為場氧化層；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區(qū)；所述第二導電類型半導體主結區(qū)上表面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)內部右上方具有第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)內部上表面具有溝槽，溝槽中設有填充介質，溝槽下方的第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)內部設有第二導電類型半導體輕摻雜resurf層。

作為優(yōu)選方式，所述溝槽中的填充介質為厚氧化層。

作為優(yōu)選方式，溝槽的左右側壁及底部設有溝槽氧化層，溝槽中的填充介質為多晶硅場板。

作為優(yōu)選方式，所述溝槽的左右側壁上設有溝槽側壁氧化層，溝槽中的填充介質為半絕緣多晶硅層，所述半絕緣多晶硅層底部直接與第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)相接觸，所述半絕緣多晶硅層頂部分別與第二導電類型半導體主結區(qū)上方的金屬電極和第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)上方的金屬電極相連接。

作為優(yōu)選方式，第二導電類型半導體輕摻雜resurf層的制作方法為：通過刻蝕工藝在第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)的表面形成溝槽，再在溝槽區(qū)域通過離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜resurf層。

作為優(yōu)選方式，第一導電類型為n型，第二導電類型為p型；或者第一導電類型為p型，第二導電類型為n型。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)上表面生長場氧化層；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)；通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，再通過能量和劑量較低的磷原子注入，補償注入的硼原子，高溫激活雜質離子；

(7)、淀積介質層，填充溝槽，形成填充介質層，并刻蝕掉器件上方的氧化層和填充介質層；

(8)、淀積氧化層，形成場氧化層；

(9)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)上表面生長場氧化層；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)，通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，再通過能量和劑量較低的磷原子注入，補償注入的硼原子，高溫激活雜質離子；

(7)、淀積氧化層，填充溝槽，形成厚氧化層；

(8)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)上表面生長場氧化層；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)，通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，再通過能量和劑量較低的磷原子注入，補償注入的硼原子，高溫激活雜質離子；

(7)、生長氧化層，在溝槽的左右側壁和底部形成溝槽氧化層；

(8)、淀積介質層，填充溝槽，形成多晶硅場板；

(9)、刻蝕掉器件上方的氧化層和多晶硅；

(10)、淀積氧化層，形成場氧化層；

(11)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種上述功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)上表面生長場氧化層；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)，通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，再通過能量和劑量較低的磷原子注入，補償注入的硼原子，高溫激活雜質離子；

(7)、生長氧化層，形成溝槽型氧化層；

(8)、刻蝕溝槽型底部氧化層，形成溝槽側壁氧化層；

(9)、淀積半絕緣多晶硅，填充溝槽，形成半絕緣多晶硅層；

(10)、刻蝕掉器件上方的氧化層和半絕緣多晶硅；

(11)、淀積氧化層，形成場氧化層；

(12)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極和金屬電極；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極。

本發(fā)明的有益效果為：第二導電類型半導體主結區(qū)旁邊的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漂移區(qū)和下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)，改變了平行于半導體表面方向上的電場分布，使電場呈現(xiàn)為近似矩形的分布，使終端的耐壓能盡量達到平行平面結的擊穿電壓，在同等電壓條件下減小終端面積，提高芯片面積效率，降低了生產成本。并且該發(fā)明在第二導電類型半導體輕摻雜resurf層上方具有溝槽，可在挖溝槽后再通過離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，降低對離子注入能量的要求，降低了工藝難度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1所提供的一種功率半導體器件終端結構示意圖；

圖2-1是本發(fā)明實施例1所提供的一種功率半導體器件終端結構在陰極加高電壓示意圖；

圖2-2是本發(fā)明實施例1所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是本發(fā)明實施例1所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是本發(fā)明實施例2所提供的一種功率半導體器件終端結構示意圖；

圖13是本發(fā)明實施例3所提供的一種功率半導體器件終端結構示意圖；

圖14是本發(fā)明實施例4所提供的一種功率半導體器件終端結構示意圖。

其中，1為陰極金屬電極，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區(qū)，5為第二導電類型半導體輕摻雜resurf層，6為第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)，7為陽極金屬電極，81為場氧化層，82為厚氧化層，83為溝槽氧化層，84為溝槽側壁氧化層，9為填充介質，10為多晶硅場板，11為半絕緣多晶硅層，12為金屬電極、13為溝槽。

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，本實施例提供一種功率半導體器件的終端結構，從下至上依次包括：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；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3的上表面為場氧化層81；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區(qū)4；所述第二導電類型半導體主結區(qū)4上表面與陽極金屬電極7電位相接；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3內部右上方具有第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)6；所述第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3內部上表面具有溝槽13，溝槽中設有填充介質9，溝槽13下方的第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3內部設有第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5。

本實施例的一種功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底2上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3，如圖3所示；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3上表面生長場氧化層81，如圖4所示；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)4；通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)4達到一定的結深，如圖5所示；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層81，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)6，如圖6所示；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽13，如圖7所示；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜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，高溫激活雜質離子，如圖8所示；

(7)、淀積介質層，填充溝槽13，形成填充介質層9，并刻蝕掉器件上方的氧化層和填充介質層，如圖9所示；

(8)、淀積氧化層，形成場氧化層81，如圖10所示；

(9)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極7；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極1，如圖11所示。

以實施例1說明本發(fā)明的工作原理：

下面以第一導電類型半導體為n型半導體、第二導電類型為p型為例，說明實施例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型輕摻雜漂移區(qū)3相互耗盡，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，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p型輕摻雜resurf層5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和2-2所示。

實施例2

如圖12所示，本實施例和實施例1基本相同，差別在于：所述溝槽13中的填充介質為厚氧化層82。

本實施例的一種功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底2上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3上表面生長場氧化層81；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)4，通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)4達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層81，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)6；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽13；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜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，高溫激活雜質離子；

(7)、淀積氧化層，填充溝槽13，形成厚氧化層82；

(8)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極7；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極1。

實施例3

如圖13所示，本實施例和實施例1基本相同，差別在于：溝槽13的左右側壁及底部設有溝槽氧化層83，溝槽13中的填充介質為多晶硅場板10。這樣在第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3中引入了多晶硅場板10，產生縱向電場，與第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5一起對位于resurf層5之上的第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3進行耗盡。該結構的優(yōu)點是resurf效果會進一步提高，對表面橫向電場能進一步改善。

本實施例的一種功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底2上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3上表面生長場氧化層81；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)4，通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)4達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層81，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)6；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽13；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜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，高溫激活雜質離子；

(7)、生長氧化層，在溝槽13的左右側壁和底部形成溝槽氧化層83；

(8)、淀積介質層，填充溝槽13，形成多晶硅場板10；

(9)、刻蝕掉器件上方的氧化層和多晶硅；

(10)、淀積氧化層，形成場氧化層81；

(11)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極7；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極1。

實施例4

如圖14所示，本實施例和實施例1基本相同，差別在于：所述溝槽13的左右側壁上設有溝槽側壁氧化層84，溝槽13中的填充介質為半絕緣多晶硅層11，所述半絕緣多晶硅層11底部直接與第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3相接觸，所述半絕緣多晶硅層11頂部分別與第二導電類型半導體主結區(qū)4上方的金屬電極7和第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)6上方的金屬電極12相連接。這樣在第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3中引入了sipos(半絕緣多晶硅)11，產生縱向電場，與第二導電類型半導體輕摻雜resurf層5一起對位于resurf層5之上的第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3進行耗盡。該結構的優(yōu)點是resurf效果會進一步提高，對表面橫向電場能進一步改善。并且sipos應用在終端中還能減少陷阱電荷的積累，避免長期使用后終端耐壓退化，提高器件可靠性。

制作器件時，還可用碳化硅、砷化鎵或鍺硅等半導體材料替代硅。

本實施例的一種功率半導體器件的終端結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)、在第一導電類型重摻雜半導體襯底2上外延生長第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3；

(2)、第一導電類型半導體輕摻雜漂移區(qū)3上表面生長場氧化層81；

(3)、光刻有源區(qū)，并進行硼離子注入，形成第二導電類型半導體主結區(qū)4，通過熱推進過程使得第二導電類型半導體主結區(qū)4達到一定的結深；

(4)、光刻截止環(huán)區(qū)，刻蝕場氧化層81，并進行磷離子注入，形成第一導電類型半導體重摻雜截止環(huán)6；

(5)、光刻溝槽區(qū)域，刻蝕形成溝槽13；

(6)、通過高能量的硼離子注入形成第二導電類型半導體輕摻雜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，高溫激活雜質離子；

(7)、生長氧化層，形成溝槽型氧化層；

(8)、刻蝕溝槽型底部氧化層，形成溝槽側壁氧化層84；

(9)、淀積半絕緣多晶硅，填充溝槽13，形成半絕緣多晶硅層11；

(10)、刻蝕掉器件上方的氧化層和半絕緣多晶硅；

(11)、淀積氧化層，形成場氧化層81；

(12)、金屬濺射，并反刻金屬，形成陽極金屬電極7和金屬電極12；對硅片背面減薄，金屬化形成陰極金屬電極1。

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。