[發明專利]一種半導體器件多級場板終端結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201310054020.2
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103178104A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 高明超;王耀華;劉江;趙哿;金銳
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;國家電網公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體涉及一種終端結構，尤其涉及一種半導體器件多級場板終端結構及其制造方法。

背景技術

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）同時具有單極性器件和雙極性器件的優點，驅動電路簡單，控制電路功耗和成本低，通態壓降低，器件自身損耗小，在幾十千赫高壓中大電流器件中處于壟斷地位，促進電力電子技術高頻時代的到來。

在IGBT制造工藝過程中，擴散是在光刻掩膜開窗口后進行，p-n結中間近似于平面結，而在邊角處，在Si-SiO2的界面附近，由于氧化層中帶正電荷會吸引電子在Si表面集中導致Si表面N型區表面濃度升高，進而導致耗盡層在表面處相比于內部變窄，p-n結發生彎曲,電場強度比體內高，容易發生擊穿，使得器件實際擊穿電壓只有理想情況的10%-30%；而且平面工藝使表面產生的缺陷和離子沾污降低了表面區域的臨界擊穿電場。因此必須采取一定的終端技術對表面電場進行優化，以達到提高表面擊穿電壓的目的。

已開發的終端結構有表面成形技術、電場限制環(FLR)、場板技術、結表面擴展等，這些結構實際上起到將主結耗盡區向外展寬的作用，最終提高擊穿電壓。其中場板結構因為其可以采用常規工藝實現，終端面積小，對界面電荷不是很敏感等優點，是一種常被采用的結構，其中英飛凌公司四級臺階多級場板終端結構非常成熟，已經市場化多年，而市場上未見過五級臺階多級場板終端結構。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種半導體器件多級場板終端結構，另一目的是提供半導體器件多級場板終端結構的制造方法，該結構終端為五個臺階，終端面積小，對界面電荷不敏感，可以突破國外四臺階多級場板結構專利的封鎖；在場氧化膜中間及隔離氧化膜和SiO₂薄膜之間設置SiO_xN_y層，，在工藝控制上可以作為腐蝕阻擋層，降低對工藝精度的要求，操作簡單，其次由于SiO_xN_y具有良好的致密性，有較強的阻止外部雜質離子侵入的能力，可以提高器件的穩定性和可靠性。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種半導體器件多級場板終端結構，所述多級場板終端結構為階梯結構，用于IGBT和快恢復二極管FRD半導體功率器件中，其改進之處在于，所述多級場板終端結構包括襯底區表面的柵極氧化膜1和場氧化膜層2、沉積在柵極氧化膜1和場氧化膜層2上的多晶硅柵極3、沉積在場氧化膜層2上的隔離氧化膜4以及沉積在隔離氧化膜4上的SiO₂薄膜5；在場氧化膜層2中間及隔離氧化膜4和SiO₂薄膜5之間設置SiO_xN_y（其中x、y依據實際試驗確定）層，所述SiO_xN_y層為腐蝕阻擋層。

優選的，所述柵極氧化膜1和場氧化膜層2均生長在襯底6上，所述襯底6為N-襯底。

優選的，所述場氧化膜層2通過兩次光刻、腐蝕形成兩個臺階，第一次光刻并腐蝕采用熱氧化方式生成的場氧化膜層2，其厚度為0.5-0.8um；第二次光刻并腐蝕采用淀積方式形成的場氧化膜層2，其厚度為0.7-1.0um；在兩種不同生長方式生成的場氧化膜層之間設置SiO_xN_y層。

優選的，所述柵極氧化膜1通過熱氧化方式生長，其厚度為0.09-0.12um。

優選的，所述SiO₂薄膜5采用化學氣相淀積方式生成，厚度為4.0-5um。

優選的，所述SiO_xN_y層均用于阻止外部雜質離子侵入多級場板終端結構，厚度均為0.12um。

本發明基于另一目的提供的一種半導體器件多級場板終端結構的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括下述步驟：

A、清洗襯底6，在有源區和終端連接處設置P型保護環（簡稱P?Ring環），并對P型保護環進行光刻、注入；

B、在襯底6上采用熱氧化方式生成場氧化膜層2，并對場氧化膜層2進行第一次光刻、腐蝕；

C、在第一次光刻、腐蝕場氧化膜層2后依次生成SiO_xN_y層、場氧化層2；

D、對場氧化膜層2進行第二次光刻、腐蝕；

E、在襯底6上生成柵極氧化膜1并對其進行刻蝕；

F、在柵極氧化膜1和場氧化膜層2上生成多晶硅柵極3，并對多晶硅柵極3進行刻蝕；