[發明專利]超級結器件終端保護結構

有效

• 申請號: 201210552715.9
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103050539A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李東升
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及半導體器件設計領域，特別是指一種超級結器件終端保護結構。

背景技術

超級結功率器件是一種發展迅速、應用廣泛的新型功率半導體器件。它是在雙擴散金屬氧化物半導體（DMOS）的基礎上，通過引入超級結（Super?Junction）結構，除了具備DMOS輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、熱穩定好、驅動電路簡單、易于集成等特點外，還克服了DMOS的導通電阻隨著擊穿電壓成2.5次方關系增加的缺點。目前超級結DMOS已廣泛應用于面向個人電腦、筆記本電腦、上網本、手機、照明（高壓氣體放電燈）產品以及電視機（液晶或等離子電視機）和游戲機等消費電子產品的電源或適配器。

目前超級結功率器件的制備工藝主要分成兩大類，一種是利用多次外延和注入的方式在N型外延襯底上形成P柱；另外一種是在深溝槽刻蝕加P柱填充的方式形成。超級結器件的結構分為元胞區及終端保護區，終端保護區位于元胞區之外，將元胞區環繞包圍。如圖1所示，是傳統的超級結器件終端區結構示意圖，外延層2中劃分為元胞區11以及終端區12，多個P型溝槽環3間隔排列在外延2中，P型溝槽環3與N型外延2形成P、N層的交替排列，終端區12的外延2表面具有金屬場板13，金屬場板13下的P型溝槽環3的頂側具有P型體環5，且金屬場板13起始端下的P型體環5是跨接在兩P型溝槽環3之間，金屬場板13覆蓋范圍之外的P型溝槽環3的頂部具有多個浮空多晶硅場板。

該結構的存在的問題是：在非浮空的金屬場板13外邊緣處，也就是場板向隔離結構外圍延伸的場板末端下方的硅表面具有較高的峰值電場，容易發生表面電場擊穿，影響器件的性能或可靠性。

圖2所示的是另外一種終端保護結構，與圖1相比，其區別之處是在溝槽3的內外側增加了多個P型體環5，該P型體環5能在一定程度上提高器件的擊穿電壓，但對于降低金屬場板13延伸末端下方的表面峰值電場，改善的能力仍然有限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種超級結器件終端保護結構，以提高器件的耐壓及可靠性。

為解決上述問題，本發明提供一種超級結器件終端保護結構，是位于N型外延2中的終端區12，環繞包圍超級結器件的元胞區11，所述終端結構從遠離元胞區11方向依次排列P型體環5、多個P型溝槽環3以及場終止環6；所述P型溝槽環是間隔排列且溝槽內填充P型硅形成；多個間隔的P型溝槽環與N型外延之間形成P、N型的交替排列；所述的P型體環是位于P型溝槽環頂側的外延中；終端P型溝槽環上的外延表面具有非浮空的金屬場板，以及浮空的多晶硅場板；場終止環位于終端區最外圍一圈；元胞區和終端區的交界過渡區處的P型體環至少覆蓋一個P型溝槽環；

所述的非浮空的金屬場板的延伸末端下方的P型溝槽環3a、3b的寬度大于其他的P型溝槽環3，且P型溝槽環3a、3b之間具有P型體環5跨接。

進一步地，所述金屬場板13的延伸末端位于P型溝槽環3a近元胞區11邊緣和P型溝槽環3b的遠元胞區11邊緣的區間之內。

進一步地，所述的金屬場板13下的P型溝槽環3a、3b的寬度比其他P型溝槽環大5～15%。

進一步地，所述金屬場板13延伸末端之外的其他P型溝槽環3的頂側有P型體環5，或者不設置P型體環5。

進一步地，當所述金屬場板13延伸末端之外的其他P型溝槽環3的頂側有P型體環5時，P型體環5跨接在兩P型溝槽環3之間形成整體，或者各自獨立位于P型溝槽環3頂側。

進一步地，所述金屬場板13延伸末端之外的其他P型溝槽環3的頂部有浮空多晶硅場板8及14，或者沒有浮空多晶硅場板8及14。

進一步地，所述終端區12的P型體環5是通過過渡區P型體環5形成工藝形成，或者是單獨進行P型雜質注入、推進形成。

進一步地，所述P型體環5的窗口大小由推進時間決定，注入雜質的劑量為1x10¹³～1x10¹⁵CM^-2。

本發明所述的超級結器件終端保護結構，在金屬場板延伸末端下設置跨接兩P型溝槽環的P型體環，或者同時增寬所跨接的兩P型溝槽環3的寬度5～15%（所述的P型體環跨接和增寬P型溝槽環的寬度兩種措施可同時組合使用，也可分開僅使用其中一種），以此優化金屬場板末端邊緣下的電場分布，降低表面峰值電場，優化橫向電勢分布，增強器件的耐壓性及可靠性。

附圖說明

圖1是傳統超級結器件終端保護區結構示意圖；

圖2是另一傳統超級結器件終端保護區結構示意圖；