[發明專利]一種超結功率器件終端結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201810989306.2
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109119460A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 任敏;何文靜;宋炳炎;李澤宏;高巍;張金平;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種超結功率器件終端結構及其制備方法，屬于半導體功率器件技術領域。本發明通過在超結終端結構的外延層表面設置與外延層摻雜類型相反且直接與主結區相連的表面摻雜區，借此將主結邊緣處的表面電場峰值引入終端結構體內，使得終端結構表面電場減小并趨于平坦化分布，也改善了工藝偏差對表面電場的影響，提高器件的擊穿電壓；同時，通過在超結終端結構邊緣區域設置與外延層摻雜類型相反的非均勻摻雜柱區，借此改善了靠近截止環的終端摻雜柱區的不完全耗盡現象，提高了器件的耐壓能力和可靠性。另外，該終端結構的制備工藝與元胞區兼容，且簡單可控，有利于實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，具體涉及一種超結功率器件終端結構及其制備方法。

背景技術

功率半導體器件又稱為電力電子器件，其結合微電子和電力電子技術構成了電力電子變換裝置的核心。超結器件是中高壓領域的重要功率器件，該結構的提出突破了單極型功率器件擊穿電壓與導通電阻之間2.5次方的“硅極限”關系，并由此成為了功率器件發展史的一個重大里程碑。超結功率器件是通過在漂移區中引入交替排列的p柱和n柱，且p柱和n柱遵循電荷平衡的基本原理，由此來顯著改善傳統功率器件中擊穿電壓與導通電阻之間的矛盾關系。在阻斷狀態下，超結器件中p柱和n柱相互完全耗盡，漂移區縱向電場在橫向電場的調制下趨于均勻分布。理論上超結器件的擊穿電壓(耐壓能力)僅僅依賴于漂移區的厚度，而與漂移區摻雜濃度無關。因此可以適當提高漂移區的摻雜濃度從而有效降低器件的導通電阻。

由于pn結邊緣的曲率效應會造成電場的局部集中，且工藝過程中器件表面可能引入氧化層電荷，而上述兩者均會使器件實際的擊穿電壓低于理想平面pn結的擊穿電壓。因此，器件的終端結構設計一直是提高器件擊穿電壓和可靠性的關鍵技術。傳統的高壓終端結構包括場限環技術、場板技術、磨角終端技術等，其中，場限環技術通過減小主結處的表面電場來提高器件的擊穿電壓，制備工藝與元胞制作相兼容，不需要增加多余的工藝步驟，但是場限環結構的終端面積較大。于是結終端延伸(JTE)和橫向變摻雜(VLD)等終端結構被相繼提出，通過在終端區形成可控的漸變雜質分布區域，實現占用較小終端面積的同時獲得較高的耐壓能力。

然而，由于超結器件具有特殊的元胞結構和制造工藝，上述傳統的高壓功率器件終端結構無法適用于超結器件。目前應用較廣泛的超結器件終端結構是與其元胞結構一樣的，即采用多個等間距的p柱和n柱交替排列、相互耗盡來承受耐壓。在處于阻斷狀態時，這種常規的超結終端表面會出現鋸齒形的電場峰值，且任意一個峰值均可能因終端區摻雜柱的寬度、間距、濃度等工藝偏差而顯著增大，導致器件終端表面發生擊穿而損毀。當大量雪崩擊穿電流流經器件表面時，也會對半導體/氧化層界面產生影響，不利于超結功率器件的穩定性和長期可靠性。另外，超結器件終端區的設計與元胞區不同，在考慮縱向電場的同時還需要考慮其橫向電場。隨著P柱遠離元胞區，超結終端區域的橫向電場將呈現不均勻分布的現象，表現為越遠離元胞區的P柱與N柱之間的反向偏壓將越小，P柱也就越不容易被耗盡，這將使超結器件的耐壓水平大大降低。

發明內容

鑒于上文所述，本發明針對現有傳統超結器件終端表面電場分布不均勻且受工藝偏差影響大以及終端邊緣不完全耗盡致使擊穿電壓降低的問題，提供一種超結功率器件結終端結構，通過在超結終端結構的表面和體內分別設置與主結相連的且具有相同導電類型的表面輕摻雜區以及非均勻分布的體內摻雜柱區，改善終端表面電場分布及邊緣區域不完全耗盡現象，由此提高器件的耐壓能力以及降低工藝偏差對器件可靠性的影響。本發明還提供了該終端結構的制備方法，制備工藝與元胞區兼容，且操作簡單可控。

本發明的技術方案如下：