功率晶体管及其结终端结构制造技术

技术编号:12792299 阅读:33 留言:0更新日期:2016-01-28 23:41
本实用新型专利技术涉及一种功率晶体管的结终端结构,包括:衬底;形成于衬底上且由内向外依次设置的过渡场限环、复合场限环结构和截止环;以及分压保护结构;分压保护结构中的栅氧化层形成于各掺杂区表面;场氧化层、第一介质层和第二介质层形成于各掺杂区一侧的衬底上且呈台阶依次向上分布;多晶硅场板部分覆盖栅氧化层且部分覆盖场氧化层;第一接触孔贯穿第一介质层且与多晶硅场板相连;金属场板部分覆盖第一介质层和第二介质层;金属场板与多晶硅场板通过第一接触孔连接。上述结终端结构能够提高功率晶体管的击穿电压且终端面积较小。本实用新型专利技术还涉及一种功率晶体管。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体
,特别是涉及一种功率晶体管及其结终端结构
技术介绍
高压功率晶体管例如VDMOS (Vertical Double-Diffus1n M0SFET〈Metal-0xide_Semiconductor Field-Effect Transistor?,垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管)和 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor Feld-Effect Transistor,绝缘棚.双极型晶体管)的有源区边缘由于离子注入以及扩散时形成的圆柱结和球面结的电场集中效应,使得击穿电压降低较多。传统的功率晶体管多采用场限环与多晶场板结合、场限环与金属场板结合的技术。虽然这些技术可以使高压功率晶体管的常规性能参数达到要求,但是,采用常规的场限环与多晶硅场板(或者金属场板)的组合技术时,器件的高温漏电常常较大。高温反偏后,高压功率晶体管的高温漏电使器件长时间发热受到损伤,进而导致高压功率器件的常温击穿电压会降低几十伏或者几百伏。因此,要实现功率晶体管的高击穿电压通常采用增加场限环的个数的方法,这无疑会增加器件的终端总长,使得终端面积较大,从而增大了生产成本。
技术实现思路
基于此,有必要提供一种能够提高功率晶体管的击穿电压且终端面积较小的结终端结构。一种功率晶体管的结终端结构,形成于所述功率晶体管的有源区外围,所述结终端结构包括:第一导电类型的衬底;形成于所述衬底上且由内向外依次设置的过渡场限环、复合场限环结构和截止环;所述复合场限环结构包括场限环以及位于所述场限环内侧的第一导电类型环;所述过渡场限环和所述场限环均为第二导电类型的掺杂区;所述截止环为第一导电类型的掺杂区;以及分压保护结构;所述分压保护结构包括栅氧化层、场氧化层、第一介质层、第二介质层、多晶硅场板和金属场板;所述栅氧化层形成于各掺杂区表面;所述场氧化层、所述第一介质层和所述第二介质层形成于各掺杂区一侧的衬底上且呈台阶依次向上分布;所述场氧化层的厚度大于所述栅氧化层的厚度;所述多晶硅场板部分覆盖所述栅氧化层且部分覆盖所述场氧化层;所述第一介质层设置有第一接触孔,所述第一接触孔贯穿所述第一介质层且与所述多晶硅场板相连;所述金属场板部分覆盖所述第一介质层和所述第二介质层;所述金属场板与所述多晶硅场板通过所述第一接触孔连接。在其中一个实施例中,所述第一导电类型环的环宽为3微米?12微米,所述第一导电类型环的结深为4微米?8微米。在其中一个实施例中,所述第一导电类型环为低掺杂的第一导电类型环;所述第一导电类型环的掺杂浓度为4X 1013cm 3?4 X 10 14cm 3。在其中一个实施例中,所述栅氧化层的厚度为500埃?1200埃;所述场氧化层的厚度为10000埃?20000埃。在其中一个实施例中,所述第一介质层为硼磷硅玻璃层,所述第二介质层为磷硅玻璃层;所述分压保护结构还包括形成于所述第一介质层和所述第二介质层之间的隔离层;所述隔离层的表面由所述第二介质层完全覆盖。在其中一个实施例中,所述第一介质层的厚度为12000埃?17000埃;所述第二介质层的厚度为38000埃?46000埃;所述隔离层的厚度为1000埃?2000埃。在其中一个实施例中,所述第一介质层和所述第二介质层均为磷硅玻璃层。 在其中一个实施例中,所述第一接触孔设置于所述多晶硅场板上远离位于所述多晶硅场板下方的掺杂区的一端。在其中一个实施例中,所述第一介质层形成于所述栅氧化层、所述场氧化层、所述多晶硅场板表面;所述第一介质层还设置有第二接触孔,所述第二接触孔贯穿所述栅氧化层、所述第一介质层连接至各掺杂区;所述第二接触孔用于实现各掺杂区与位于各掺杂区上方的金属场板之间的连接。一种功率晶体管,包括有源区和结终端结构,所述结终端结构设置于所述有源区的外围并包围所述有源区,所述结终端结构包括:第一导电类型的衬底;形成于所述衬底上且由内向外依次设置的过渡场限环、复合场限环结构和截止环;所述复合场限环结构包括场限环以及位于所述场限环内侧的第一导电类型环;所述过渡场限环和所述场限环均为第二导电类型的掺杂区;所述截止环为第一导电类型的掺杂区;以及分压保护结构;所述分压保护结构包括栅氧化层、场氧化层、第一介质层、第二介质层、多晶硅场板和金属场板;所述栅氧化层形成于各掺杂区表面;所述场氧化层、所述第一介质层和所述第二介质层形成于各掺杂区一侧的衬底上且呈台阶依次向上分布;所述场氧化层的厚度大于所述栅氧化层的厚度;所述多晶硅场板部分覆盖所述栅氧化层且部分覆盖所述场氧化层;所述第一介质层设置有第一接触孔,所述第一接触孔贯穿所述第一介质层且与所述多晶硅场板相连;所述金属场板部分覆盖所述第一介质层和所述第二介质层;所述金属场板与所述多晶硅场板通过所述第一接触孔连接。上述功率晶体管及其结终端结构,场氧化层、第一介质层以及第二介质层呈台阶分布,从而使得多晶硅场板和金属场板通过第一接触孔连接形成三台阶复合场板结构。形成的三台阶复合场板结构可以将结终端结构的电场由半导体内部转移到场氧化层、第一介质层和第二介质层上,使得半导体体内电场减小,从而提高了功率晶体管器件的击穿电压。并且,复合场限环结构中与场限环的导电类型相反的第一导电类型环对场限环进行杂质补偿,从而降低场限环的杂质浓度,使得场限环内的耗尽层能向环内更多地耗尽,这样,相对于场限环内侧没有第一导电类型环的结终端结构而言,击穿电压能进一步提高,同时,耗尽层因向场限环内扩展得较多,耗尽层边界向外扩展得就较少,因此,减小了终端面积,使其能用较小的终端达到更高的击穿电压。【附图说明】图1为一实施例中的功率晶体管中有源区和结终端结构的俯视结构示意图;图2为图1中的功率晶体管中的结终端结构的剖面示意图;图3为图2中的结终端结构中的第一导电类型环的掺杂离子注入剂量与击穿电压之间的关系仿真图;图4为图2中的结终端结构的复合场限环中分别形成N-环和N+环时的击穿电压仿真图;图5为图2中的结终端结构中的第一导电类型环离场限环的距离与击穿电压之间的关系仿真图;图6为图2中的结终端结构中的第一导电类型环的环宽与击穿电压之间的关系仿真图;图7为图2中的结终端结构中的分压保护结构的剖面示意图;图8为图2中的结终端结构的耐压等效示意图;图9为对比例中的结终端结构的剖面示意图;图10为结终端结构的击穿电压的仿真图;图11为功率晶体管的结终端结构的横向表面的表面一维电势分布图;图12为对比例的结终端结构900的表面一维电场分布图;图13为本实施例中的功率晶体管中的结终端结构30的表面一维电场分布图;图14为图12和图13中的表面一维电场的叠加示意图;图15为结终端结构的表面一维漏电分布图;图16为结终端结构的表面一维碰撞电离率分布图。【具体实施方式】...

【技术保护点】
一种功率晶体管的结终端结构,形成于所述功率晶体管的有源区外围,其特征在于,所述结终端结构包括:第一导电类型的衬底;形成于所述衬底上且由内向外依次设置的过渡场限环、复合场限环结构和截止环;所述复合场限环结构包括场限环以及位于所述场限环内侧的第一导电类型环;所述过渡场限环和所述场限环均为第二导电类型的掺杂区;所述截止环为第一导电类型的掺杂区;以及分压保护结构;所述分压保护结构包括栅氧化层、场氧化层、第一介质层、第二介质层、多晶硅场板和金属场板;所述栅氧化层形成于各掺杂区表面;所述场氧化层、所述第一介质层和所述第二介质层形成于各掺杂区一侧的衬底上且呈台阶依次向上分布;所述场氧化层的厚度大于所述栅氧化层的厚度;所述多晶硅场板部分覆盖所述栅氧化层且部分覆盖所述场氧化层;所述第一介质层设置有第一接触孔,所述第一接触孔贯穿所述第一介质层且与所述多晶硅场板相连;所述金属场板部分覆盖所述第一介质层和所述第二介质层;所述金属场板与所述多晶硅场板通过所述第一接触孔连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:李学会
申请(专利权)人:深圳深爱半导体股份有限公司
类型:新型
国别省市:广东;44

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