[發明專利]一種中高壓溝槽型功率器件的終端結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201310086262.X
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103839978B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 喻巧群;朱陽軍;盧爍今;田曉麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所;上海聯星電子有限公司;江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明屬于半導體功率器件制備技術領域，特別涉及一種中高壓溝槽型功率器件的終端結構及其制作方法。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管IGBT是新型的大功率器件，它集MOSFET柵極電壓控制特性和雙極型晶體管低導通電阻特性于一身，改善了器件耐壓和導通電阻相互牽制的情況，具有高電壓、大電流、高頻率、功率集成密度高、輸入阻抗大、導通電阻小、開關損耗低等優點。在變頻家電、工業控制、電動及混合動力汽車、新能源、智能電網等諸多領域獲得了廣泛的應用空間。

高壓器件設計的一個難點是合理的終端設計以保證耐壓。目前已經有很多種方法用于終端設計，比如場限環結構FLR、場板終端FP、FLR結合FP、結終端延伸結構JTE等等。通過優化，終端的設計耐壓能夠接近理想狀態值。但是，即便是精心設計，終端區域鈍化層和界面電荷的存在還是能極大降低器件的耐壓能力。針對這個問題，結終端延伸結構JTE通過增加濃度來增強抗正電荷影響的能力，但這會導致器件能承受的最大耐壓會降低。優化的場限環結構FLR結合場板終端FP技術能改善抗正電荷影響能力，但會導致終端面積的增加。另外還有表面覆蓋高阻層的方法，雖然這對抗界面電荷影響有效，但增加了漏電流還有關斷時間。而且，電荷的正負極性和量級并不能確定，所以問題的關鍵是提高終端設計的魯棒性。

傳統的場限環結構如圖1所示：包括內圈的分壓保護區103和外圈的截止保護環107。當偏壓加在集電極101上并且所加偏壓逐漸增大時，耗盡層沿著主結104向第一場限環105的方向擴展。在電壓增大到主結104的雪崩擊穿電壓之前，主結的耗盡區已經與第一場限環105的耗盡區匯合，耗盡區曲率增大，主結與環結之間為穿通狀態，由此削弱了主結彎曲處的積聚電場，擊穿電壓得到提高。在第一場限環105發生雪崩擊穿之前，第二場限環106穿通，以此類推。在場限環的上方為覆蓋終端的介質層。場限環終端結構存在以下弊端：

傳統場限環結構通過注入雜質，依賴雜質在熱過程中的擴散形成一個個場限環。為了阻止相鄰的兩個場限環互相擴散，場限環和場限環的間距必須保持足夠遠，這使得場限環的面積較大，增加成本。

場限環終端結構容易受界面不穩定性和氧化層界面電荷的影響，進而影響器件的擊穿電壓以及高壓下的可靠性。另外，重摻雜的精度控制也是個問題。

現有技術提供了一種溝槽型終端結構，如圖2所示，通過在終端區域刻槽的方式實現。在距離主結0.5-100um的半導體表面，通過濕法刻蝕，反應離子刻蝕等方法形成縱向深度0.1-10um的溝槽14；溝槽表面通過化學氣相淀積等方法，淀積一層導電層16，導電層16與電極17是隔離的，該導電層可以為摻雜類型與襯底相反的半導體材料，也可以為Al或者其它類型的金屬。這種終端結構，可使得器件承受耐壓時耗盡層向外延伸，具體見圖中的虛線。相比傳統場限環結構，溝槽型終端結構極大地縮小了面積；另外由于減少了雜質注入，槽型尺寸易精確控制，所以提高了精度控制；所需熱過程較少，避免了熱過程后摻雜濃度分布的改變，但是沒有對表面電荷的影響進行解決或者削弱，該終端結構的器件魯棒性比較弱。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種中高壓溝槽型功率器件的終端結構及其制作方法，解決了現有技術中的功率器件的終端結構的器件魯棒性比較弱的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種中高壓溝槽型功率器件的終端結構，在功率器件的終端區域至少有一個溝槽，所述溝槽的兩側均有表面結，靠近有源區的一側為n型注入結，遠離有源區的一側為p型注入結，所述溝槽內有填充物。

進一步地，所述表面結的濃度均大于所述功率器件的漂移區濃度。

進一步地，所述表面結的結深小于所述溝槽的槽深。

進一步地，所述表面結的結深均為0.4-4um。

進一步地，所述溝槽的深度范圍為2-15um，所述溝槽的寬度范圍為0.5-5um。

進一步地，所述填充物為鈍化物或者導電物質。

進一步地，所述鈍化物為氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅中的任意一種。

進一步地，所述導電物質為多晶硅。

一種中高壓溝槽型功率器件的終端結構的制作方法，包括如下步驟：

通過掩膜版，在n型襯底的終端區通過濕法刻蝕或反應離子刻蝕形成至少一個溝槽，通過掩膜版，通過離子注入的方法或者擴散的方法在所述溝槽中靠近有源區的一側形成n型注入結，在所述溝槽中另一側形成p型注入結；通過淀積的方法，在所述溝槽內和所述n型襯底的上表面覆蓋鈍化物。