一種功率半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種功率半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率半導(dǎo)體器件發(fā)展進(jìn)程中，功率器件的耐壓能力是設(shè)計人員需要考慮一個重要參數(shù)。同時，在功率器件邊緣處往往會發(fā)生電場聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致功率器件的耐壓值下降，為此人們通過一些邊緣終端處理技術(shù)優(yōu)化功率器件邊緣處結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高功率器件耐壓值的目的。
[0003]在邊緣終端處理技術(shù)中廣泛使用的有場板技術(shù)和場限環(huán)技術(shù)，場板技術(shù)是通過改變功率器件表面電勢分布使曲面結(jié)的曲率半徑增大，弱化表面電場的集中，達(dá)到提高功率器件的耐壓值的目的。場限環(huán)技術(shù)是通過在功率器件主結(jié)的周圍形成統(tǒng)一摻雜的場環(huán)，增大結(jié)曲率半徑，達(dá)到提高功率器件的耐壓值的目的。但是場板技術(shù)提高功率器件耐壓能力是有限的，場限環(huán)技術(shù)也存在邊緣峰值電場，影響功率器件的耐壓值，同時其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是針對上述問題，提出一種功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，可以有效提高功率半導(dǎo)體器件耐壓值。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種功率半導(dǎo)體器件，包括有源區(qū)I和結(jié)終端區(qū)II ;所述有源區(qū)I包括第一 N型摻雜區(qū)20、第二 N型摻雜區(qū)21、第一 P型摻雜區(qū)31和HK材料有源區(qū)40 ;所述HK材料有源區(qū)40和第二 N型摻雜區(qū)21沿器件橫向方向交替排布構(gòu)成類超結(jié)結(jié)構(gòu)；所述第一 P型摻雜區(qū)31位于類超結(jié)結(jié)構(gòu)的上表面；所述第一 N型摻雜區(qū)20位于類超結(jié)結(jié)構(gòu)的下表面；所述結(jié)終端區(qū)II位于功率半導(dǎo)體器件有源區(qū)I外側(cè)或者外圍，其包括HK材料終端區(qū)41、第一 N型摻雜區(qū)20、第二 N型摻雜區(qū)21和第一 P型摻雜區(qū)31 ;所述第一 P型摻雜區(qū)31位于HK材料終端區(qū)41和第二 N型摻雜區(qū)21上方；所述第一 N型摻雜區(qū)20位于第二 N型摻雜區(qū)21之下；所述有源區(qū)I和結(jié)終端區(qū)II下表面具有第一金屬電極101，第一金屬電極101超出功率器件有源區(qū)I部分寬度稍大于HK材料終端區(qū)41厚度；所述有源區(qū)和終端區(qū)的上表面具有第二金屬電極103。
[0006]本發(fā)明中的HK (High Kappa)材料，是介電常數(shù)大于二氧化硅(K = 3.9)的介電材料的泛稱。功率器件進(jìn)行雜質(zhì)擴(kuò)散的過程中，擴(kuò)散邊緣處會不可避免的形成球面結(jié)或柱面結(jié)，使得摻雜區(qū)邊角處電場聚集，功率器件則容易發(fā)生擊穿現(xiàn)象，導(dǎo)致功率器件的耐壓值下降。本發(fā)明通過在半導(dǎo)體器件邊緣處填充HK材料，構(gòu)成功率器件結(jié)終端。通過與現(xiàn)有結(jié)終端技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計方便，結(jié)構(gòu)簡單，能夠大幅提高功率器件的耐壓能力。
[0007]進(jìn)一步的，所述HK材料有源區(qū)40貫穿第一 N型摻雜區(qū)20與第一金屬電極101連接；所述HK材料終端區(qū)41貫穿第一 N型摻雜區(qū)20與第一金屬電極101連接；所述終端區(qū)與有源區(qū)相連一側(cè)的部分下表面與第一金屬電極101連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述HK材料有源區(qū)40貫穿第一 P型摻雜區(qū)31與第二金屬電極103連接；所述HK材料終端區(qū)41貫穿第一 P型摻雜區(qū)31與第二金屬電極103連接；所述終端區(qū)與有源區(qū)相連一側(cè)的部分上表面與第二金屬電極103連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述結(jié)終端區(qū)遠(yuǎn)離有源區(qū)一端的上層具有第二 P型摻雜區(qū)32 ;所述第二 P型摻雜區(qū)32與第一 P型摻雜區(qū)31分別位于HK材料終端區(qū)41兩側(cè)；所述第二 P型摻雜區(qū)32的下表面與第二 N型摻雜區(qū)21的上表面連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述第二金屬電極103沿器件垂直方向延伸入HK材料終端區(qū)41中。
[0011]進(jìn)一步的，所述第二金屬電極103向HK材料終端區(qū)41上層下凹形成凹槽，該凹槽的橫截面圖形為長方形或其它形狀。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:使用HK材料構(gòu)造功率半導(dǎo)體器件結(jié)終端區(qū)，增加功率器件邊緣處電通量，有效緩解曲率效應(yīng)；同時，本發(fā)明通過引入金屬場板改善功率器件電勢分布不均勻，使得功率器件無需復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計和特殊工藝，能夠在現(xiàn)有工藝條件下方便制作，有效優(yōu)化功率器件的邊緣處電場分布，使功率器件耐壓值得到較大提高，這些特點是傳統(tǒng)結(jié)終端處理技術(shù)所不具備的。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的實施例1的原理示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明的實施例2的原理示意圖；
[0017]圖5是本發(fā)明的實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是本發(fā)明的實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7是本發(fā)明的一種實際應(yīng)用方式示意圖；
[0020]圖8是本發(fā)明的另一種實際應(yīng)用方式示意圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明涉及一種功率器件設(shè)計方法，使用HK材料構(gòu)造功率器件的結(jié)終端，同時在功率器件有源區(qū)內(nèi)利用深溝槽填充技術(shù)制作HK材料區(qū)，達(dá)到增加功率器件耐壓值的目的，所述的具體方法包括以下設(shè)計步驟:
[0022]實施例1
[0023]如圖1所示，本實施例包括功率器件的有源區(qū)I和功率器件的結(jié)終端區(qū)II，制作功率器件有源區(qū)I時，在硅片襯底上制作第一N型摻雜區(qū)20，在其上方制作第二N型摻雜區(qū)21，利用深溝槽填充技術(shù)制作HK材料有源區(qū)40，其中第一 N型摻雜區(qū)20、第二 N型摻雜區(qū)21和HK材料有源區(qū)40沿器件橫向方向交替排布構(gòu)成類超結(jié)結(jié)構(gòu)，在類超結(jié)結(jié)構(gòu)上方構(gòu)造第一 P型摻雜區(qū)31 ;功率器件結(jié)終端區(qū)II在器件有源區(qū)I外側(cè)或者外圍，利用深溝槽填充技術(shù)在第一 P型摻雜區(qū)31下方制作HK材料終端區(qū)41，同時制作第二 N型摻雜區(qū)21位于第一N型摻雜區(qū)20上方，且緊鄰HK材料終端區(qū)41，其中第二 N型摻雜區(qū)21和第一 P型摻雜區(qū)31構(gòu)成截止環(huán)；在硅片底部淀積一層金屬薄膜，形成功率器件第一金屬電極101 ;在硅片頂部淀積一層金屬薄膜，形成功率器件第二金屬電極103。
[0024]本例的工作原理為:
[0025]如圖2所示，A點為功率器件有源區(qū)I中第一 P型摻雜區(qū)31與第二 N型摻雜區(qū)21構(gòu)成PN結(jié)邊緣點，B點為金屬場板101與HK材料終端區(qū)41底部邊緣接觸點。功率器件在承受反向電壓時，A點在金屬場板103作用下，電通量增大，緩解其電場集聚現(xiàn)象，B點在金屬場板101作用下電場聚集，則A點電場線集聚程度低于B點電場線集聚程度，則功率器件電場峰值點由A點轉(zhuǎn)移到B點。結(jié)終端區(qū)II緊鄰功率器件有源區(qū)I，HK材料的介電常數(shù)εΗΚ遠(yuǎn)大于硅的介電常數(shù)esl，由電位移邊界條件eslEsl= ε ffiEHK可知，結(jié)終端區(qū)II中HK材料終端區(qū)41電場強度EHKg小于功率器件有源區(qū)I中電場強度E sl，同時HK材料耐壓能力強于硅，故明顯提高了功率器件耐壓能力。
[0026]實施例2
[0027]如圖3所示，本實施例包括功率器件的有源區(qū)I和功率器件的結(jié)終端區(qū)II，制作功率器件有源區(qū)I的過程中，在一塊第一 N型摻雜區(qū)20襯底硅片上方構(gòu)造第二 N型摻雜區(qū)21，在第二 N型摻雜區(qū)21上方構(gòu)造第一 P型摻雜區(qū)31，利用深溝槽填充技術(shù)構(gòu)造HK材料有源區(qū)40緊挨著第二 N型摻雜區(qū)21和第一 P型摻雜區(qū)31。功率器件結(jié)終端區(qū)II位于功率器件有源區(qū)I外側(cè)或者外圍，利用深溝槽填充技術(shù)構(gòu)造HK材料終端區(qū)41，緊挨著功率器件有源區(qū)I，再制作第二 N型摻雜區(qū)21位于第一 N型摻雜區(qū)20上方，在第二 N型摻雜區(qū)21上方制作第二 P型摻雜區(qū)32，兩者緊鄰HK材料終端區(qū)41，且第二 N型摻雜區(qū)21和第二 P型摻雜區(qū)32構(gòu)成截止環(huán)；在硅片底部淀積一層金屬薄膜，形成功率器件第一金屬電極101 ;在硅片頂部淀積一層金屬薄膜，形成功率器件第二金屬電極103，第二金屬電極103超出功率器件有源區(qū)I部分寬度稍大于HK材料終端區(qū)41厚度。
[0028]本例的工作原理為:
[0029]如圖4所示，A點為功率器件有源區(qū)I中第一 P型摻雜區(qū)31與第二 N型摻雜區(qū)21構(gòu)成PN結(jié)邊緣點，B點為金屬場板103與HK材料終端區(qū)41上表面邊緣接觸點。功率器件在承受反向電壓時，A點因為金屬場板103作用，電通量變大，電場集聚程度低于B點電場集聚程度，則功率器件電場峰值點由A點轉(zhuǎn)移到B點。結(jié)終端區(qū)II緊鄰功率器件有源區(qū)I，HK材料的介電常數(shù)εΗΚ遠(yuǎn)大于硅的介電常數(shù)ε S1，由電位移邊界條件esiEsl= ε ΗΚΕΗΚ可知，結(jié)終端區(qū)II中ΗΚ材料終端區(qū)41電場強度EHKg小于功率器件有源區(qū)I中電場強度E sl0由功率器件擊穿電壓BV = f Edr知，擊穿電壓與電場強度和電場曲率半徑有關(guān)，A點半徑為AD，B點半徑為0B，則B點臨界