[發明專利]一種功率器件終端環的制造方法及其結構

有效

• 申請號: 201110457031.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102522335A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 聞永祥;顧悅吉;劉琛;劉慧勇
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/311;H01L29/739
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于功率半導體器件制造領域，尤其涉及一種功率器件終端環的制造方法及其結構。

背景技術

隨著集成電路的發展，作為第三代電力電子產品的現代高壓功率半導體器件絕緣柵雙極晶體管(Insulated?gate?bipolar?transistor，IGBT)由于結合了絕緣柵MOS晶體管與雙極型晶體管的高電流密度特性、且導通電阻的大幅度降低為IGBT合理有效地提升耐壓帶來了可操作空間。耐壓是IGBT的一個重要參數，而要確保IGBT能獲得較高耐壓的一個重要前提條件就是所述IGBT器件必須具備一種優良的終端保護結構，所以其高壓終端保護結構的研究一直受到人們的重視。現有的終端保護結構的形成，設計上有多種方法，一般包括傳統的場限環(FLR)技術、場限環加場板(FP)技術、場板技術、結終端擴展技術、場板和場環組合技術等。

無論那種設計方法，為了提高其耐壓能力，均需要根據器件整體設計要求，對器件的終端保護結構進行設計，達到所要求的耐壓標準，確定終端保護結構的一些基本參數，例如，環間距、環寬度、場氧厚度、襯底濃度等，而且都需要在場氧化層上開出按設計要求的環窗口個數和環大小，再進行離子注入和退火工藝，從而在硅襯底中形成終端環，并且，形成的終端環的形狀對器件耐壓也有著很大的影響。

傳統的場氧化層開窗口工藝，參見圖1A，在場氧化層104上用光刻膠105做掩膜，所述光刻膠105內形成有終端環光刻窗口，然后如圖1B所示，在無光刻膠105遮蓋的區域只用氫氟酸(HF)濕法蝕刻方法來蝕刻場氧化層104。在IGBT終端環形成的制造工藝過程中，由于氫氟酸濕法蝕刻工藝是各向同性腐蝕，垂直方向和橫向同時進行蝕刻，造成實際蝕刻后的終端環窗口尺寸(CD)變大，并且濕法蝕刻速率容易隨環境和蝕刻液濃度的波動而發生波動，蝕刻工藝本身不容易控制，導致被蝕刻的終端環窗口尺寸波動在10％以上，蝕刻后的場氧化層104的側壁107和硅襯底103表面的夾角θ在40°～50°之間，場氧化層104內的終端環窗口的形貌也會有較大的波動，參見圖1B。這兩個因素疊加后，在后續工藝中進行硼離子注入時，如果注入能量比較高，則由于硼離子射穿場氧化層104的厚度比較厚，使硼離子從終端環窗口邊緣的場氧化層104進入硅襯底表面，從而使實際終端環窗口尺寸超過設計要求，降低終端環的效率，導致器件擊穿電壓降低或可靠性降低。

傳統的場氧化層開窗口工藝，參見圖2A，也可以在場氧化層204上用光刻膠205做掩膜，然后如圖2B所示，在無光刻膠區域只用干法蝕刻(此處所述干法蝕刻可以為干法反應離子蝕刻或等離子蝕刻)來蝕刻場氧化層204，形成終端環窗口。在IGBT終端環形成的制造工藝過程中，干法蝕刻容易存在不穩定性而導致器件耐壓失效或高溫負偏壓(High?temperature?reverse?bias?test，HTRB)可靠性失效；如果用干法蝕刻來進行蝕刻，雖然各向異性的終端環窗口的側壁207形狀可以很好地符合設計要求，如圖2B所示，但由于用反應離子蝕刻場氧化層204時，容易對硅襯底203進行少量的蝕刻，在蝕刻去除一定的硅襯底過程中，硅襯底會暴露在等離子體中，受到蝕刻劑產生的化學反應和加速離子形成的物理離子轟擊，在轟擊硅襯底的過程中，蝕刻離子(例如C(碳)離子或者F(氟)離子或者C離子與F離子組合)得到加速，得到足夠的能量，就能夠穿越硅襯底勢壘壁障，與硅襯底表面的硅結合形成硅-碳(Si-C)鍵或者硅-氟(Si-F)鍵或者Si-C鍵與Si-F鍵同時存在，形成一層損傷層，所述損傷層陷阱俘獲載流子，使硅襯底表面實際參加導電的載流子數減少，最終導致退火工藝后形成的終端環表面濃度不能滿足設計的要求，使器件耐壓下降或可靠性降低。

為了解決上述問題，需要利用具有終端環的終端保護結構形成具有導通電阻小、耐壓承受能力大的功率器件，促使高壓功率半導體器件的廣泛應用。另一方面，在實際的實施過程中仍然存在問題，亟待引進能有效改善上述缺陷的新方法，以解決現有的形成具有終端環的終端保護結構中上述基本參數容易因為制造工藝的波動而帶來的器件參數的波動最主要的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種功率器件終端環的制造方法，以降低傳統制造工藝中在場氧化層中只用濕法蝕刻或干法蝕刻所形成的終端環的不穩定性，提高產品的可靠性，具有很強的工藝魯棒性，適合大批量生產。

為解決上述問題，本發明提出的一種功率器件終端環的制造方法，包括如下步驟：

提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成功率器件的硅襯底，在所述功率器件的硅襯底上生長場氧化層；