[發(fā)明專利]一種橫向變摻雜終端結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110963630.9
• 申請(qǐng)日: 2021-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113658996B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任敏;張雪璠;張新;葉昶宇;馬榮耀;鄭芳;蘇醒;趙龍杰;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);無(wú)錫華潤(rùn)華晶微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;G06F30/30
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發(fā)明提供一種橫向變摻雜終端結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，終端結(jié)構(gòu)自表面到底部依次包括鈍化層、輕摻雜第一類導(dǎo)電類型漂移區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，內(nèi)部上方從左到右依次包括中等摻雜第二導(dǎo)電類型主結(jié)區(qū)、中等摻雜第二導(dǎo)電類型過(guò)渡區(qū)、中等摻雜第二導(dǎo)電類型分段線性VLD終端區(qū)和重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型浮空截止環(huán)，中等摻雜第二導(dǎo)電類型分段線性VLD終端區(qū)由雜質(zhì)濃度從主結(jié)到終端末端呈兩段或兩段以上線性遞減的區(qū)域構(gòu)成。采用分段線性VLD區(qū)域的終端區(qū)可以獲得更優(yōu)的VLD終端表面電場(chǎng)，從而可以提升器件耐壓，并降低終端表面氧化層電荷對(duì)VLD終端可靠性的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種橫向變摻雜終端結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件元胞區(qū)由大量的元胞并聯(lián)構(gòu)成，內(nèi)部元胞承擔(dān)耐壓的PN結(jié)可近似為平行平面結(jié)，然而元胞區(qū)面積有限，最外側(cè)靠近芯片邊緣處的那些元胞的耐壓會(huì)因?yàn)殡妶?chǎng)集中的影響而大幅降低。將電場(chǎng)集中點(diǎn)，也就是擊穿點(diǎn)轉(zhuǎn)移到體內(nèi)一方面可以提高耐壓，另一方面也可以提高器件的可靠性。為此需要在邊緣處的元胞外側(cè)做一些用于緩解電場(chǎng)集中的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)工作的基本原理是在特定的位置引入有利于提高耐壓的電荷。這些結(jié)構(gòu)也被稱為平面結(jié)終端。主流的平面結(jié)終端技術(shù)包括等位環(huán)(Equipotential?Ring，ER)、場(chǎng)板(Field?Plate，F(xiàn)P)、場(chǎng)限環(huán)(Field?Limiting?Ring，F(xiàn)LR)、結(jié)終端擴(kuò)展(JunctionTerminal?Extension，JTE)和橫向變摻雜(Variable?Lateral?Doping，VLD)技術(shù)等。VLD終端采用一定的設(shè)計(jì)規(guī)則改變離子注入掩膜版的開(kāi)孔大小，離子注入并推結(jié)后使橫向摻雜濃度由主結(jié)向芯片邊緣逐漸減小，從而減小耗盡區(qū)邊緣處曲率，起到提升耐壓的作用。VLD終端連續(xù)漸變的雜質(zhì)濃度分布有效的提升了終端效率，其終端效率可以達(dá)到95％以上。

但是VLD終端仍具有劣勢(shì)，具體體現(xiàn)為其對(duì)電荷敏感，這里的電荷不僅指的是VLD區(qū)域的雜質(zhì)引入的電荷，還包括陷阱電荷、固定電荷以及可動(dòng)電荷。在工程應(yīng)用中，陷阱電荷、固定電荷與可動(dòng)電荷對(duì)VLD終端的可靠性產(chǎn)生影響，在反向耐壓時(shí)出現(xiàn)擊穿電壓降低的現(xiàn)象，限制了VLD終端的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種橫向變摻雜終端結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)濃度分布設(shè)計(jì)方法，該方法通過(guò)優(yōu)化表面電場(chǎng)的分布，可以在耐壓工藝窗口不減小的條件下一定程度上解決VLD終端因?qū)﹄姾擅舾卸鸬目煽啃詥?wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種橫向變摻雜終端結(jié)構(gòu)，自表面到底部依次包括鈍化層7、輕摻雜第一類導(dǎo)電類型漂移區(qū)4和陽(yáng)極區(qū)，內(nèi)部上方從左到右依次包括中等摻雜第二導(dǎo)電類型主結(jié)區(qū)1、中等摻雜第二導(dǎo)電類型過(guò)渡區(qū)2、中等摻雜第二導(dǎo)電類型分段線性VLD終端區(qū)3和重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型浮空截止環(huán)6；

所述陽(yáng)極區(qū)包括重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底5和重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底5下方的陽(yáng)極金屬9，重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底5和陽(yáng)極金屬9形成歐姆接觸，陽(yáng)極金屬9與外電路相連；主結(jié)金屬引線8在中等摻雜第二導(dǎo)電類型主結(jié)區(qū)1的上方，和中等摻雜第二導(dǎo)電類型主結(jié)區(qū)1形成歐姆接觸；

中等摻雜第二導(dǎo)電類型主結(jié)區(qū)1與輕摻雜第一類導(dǎo)電類型漂移區(qū)4構(gòu)成元胞區(qū)邊緣處的最后一個(gè)承擔(dān)耐壓的PN結(jié)；中等摻雜第二導(dǎo)電類型過(guò)渡區(qū)2與中等摻雜第二導(dǎo)電類型分段線性VLD終端區(qū)3同步形成；

中等摻雜第二導(dǎo)電類型分段線性VLD終端區(qū)3由雜質(zhì)濃度為線性分布的兩段區(qū)域構(gòu)成，其具體設(shè)計(jì)方法為：

(1)首先將中等摻雜第二導(dǎo)電類型分段線性VLD終端區(qū)3設(shè)計(jì)為從主結(jié)到終端末端雜質(zhì)濃度呈一段式線性遞減的區(qū)域，通過(guò)器件仿真獲得其表面電場(chǎng)分布，再選取距離表面電場(chǎng)峰值位置最近的注入窗口作為兩段式雜質(zhì)濃度分布區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；