具有终端保护结构的半导体功率器件制造技术

本发明专利技术公开了一种具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，并包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽自该衬底层的底部穿过该衬底层，延伸入该外延层，并且，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘，该第二边缘延伸入该有源区内的衬底层以及外延层。本发明专利技术的半导体功率器件，缩短了功率器件终端保护区的长度，并提高了功率器件的耐压能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体设备，更具体地，是一种具有终端保护结构的半导体功率器件。
技术介绍
通常，如图1所示，半导体功率器件包括有源区11 (即元胞区)和终端保护区12。其中，有源区为功率器件的工作区域。以N沟道MOS器件为例，有源区是在硅衬底上形成外延层，并在外延层上进一步形成P阱区。其中，硅衬底为N+区域，工作时底部接高电位，外延层为N-区域。终端保护区用于确保各有源区在划片之后，降低表面电场强度，防止器件的边缘击穿。这是因为，在通常的有源区划片之后，位于芯片边缘的侧面(即划片区)与底部等电位，所以，在最边缘区域，如果不加任何动作，就需在横向承担很高的电压。因此，将芯片的最侧面延长，形成终端保护区，成为业界的常规做法。终端保护区具有多种结构设置。例如，在常用的手段中，终端保护区内可增加一个或多个P阱，形成保护环或分压环。同时，在现有的工艺中，为防止在终端保护区的最边缘部分表面的N-区域反型产生寄生的三极管，还可在终端的最边缘部分注入一个N阱，形成截止环结构。然而，在现有的终端保护结构中，整个终端耐压区的尺寸都比较大，其长度通常远大于有源区外延层的厚度，这会占用不少芯片面积，提升了制造成本。因此，需要一种具有新型终端保护结构的半导体功率器件
技术实现思路
本专利技术的目的，在于解决现有的半导体功率器件中因出于耐压能力考虑而导致的终端保护区长度过长的问题，从而提出了一种创新的具有新型终端保护结构的半导体功率器件。本专利技术的具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，该有源区包括第一类导电类型的衬底层、形成于该衬底层上的第一类导电类型的外延层以及形成于该外延层上的第二类导电类型的阱区，该外延层上方覆盖有氧化层和金属层，特别地，所述终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽自该衬底层的底部穿过该衬底层，延伸入该外延层，并且，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘，该第二边缘延伸入该有源区内的衬底层以及外延层。优选地，所述沟槽延伸入所述外延层的深度为所述整个外延层深度的10%到90%之间。优选地，所述沟槽的第二边缘延伸入该有源区内的衬底层以及外延层的宽度不大于该沟槽的整个宽度的50%。优选地，所述绝缘材料为二氧化硅或氮化硅。优选地，所述半导体功率器件为垂直结构的功率管。优选地，所述半导体功率器件为场效应管。优选地，所述半导体功率器件为绝缘栅双极晶体管。优选地，所述半导体功率器件为功率二极管。本专利技术的半导体功率器件，由于采用的终端保护结构中设置有填充绝缘材料的深槽，将半导体功率器件的侧边和底部进行了电隔离，从而极大地缩短了功率器件终端保护区的长度，并提高了功率器件的耐压能力。附图说明图1为半导体功率器件的俯视图；图2为本专利技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的剖面结构示意图；图3为本专利技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的制备流程示意图；图4为图3中步骤SlOO中的工艺结构示意图；图5为图3中步骤S200和S300的工艺结构示意图；图6为本专利技术的半导体功率器件内部的电势分布图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术的半导体功率器件的结构、制备流程以及实质性特点进行详细说明。总体而言，本专利技术的半导体功率器件，在终端保护区内设置有一个沟槽，该沟槽由器件衬底层所在的一面(即底面)开设，并延伸至外延层，在宽度方向上，该沟槽的一个侧边与划片边缘相重合，即对晶片进行划片时，在纵向上穿过该沟槽进行切割，该沟槽的另一个侧边延伸入半导体功率器件的有源区内，并且该沟槽内填充满绝缘材料。由此实现功率器件侧边和底部的电隔离，从而无需像现有技术那样，对终端保护区的尺寸进行过长设计，这减少了器件的尺寸，同时也提升了耐压能力。具体地，如图2所示，本专利技术的半导体功率器件，包括有源区以及围绕该有源区设置的终端保护区(图中仅示出了一个切片侧的剖示图)，常规地，终端保护区具有一个划片边缘21，在半导体晶片制备完成后，纵向上切过该划片边缘21进行划片处理，形成半导体器件。并且，有源区包括第一类导电类型的衬底层1、形成于该衬底层I上的第一类导电类型的外延层2以及形成于该外延层2上的第二类导电类型的阱区6，该外延层2上方覆盖有氧化层4和金属层5。对于上表面为P讲的器件而言，该第一类导电类型的衬底层I为N类型的衬底层，该第一类导电类型的外延层2为N类型的外延层，该阱区6为P阱区。容易理解，相对应地，对于上表面为N阱的器件而言，该第一类导电类型的衬底层I为P类型的衬底层，该第一类导电类型的外延层2为P类型的外延层，该阱区6为N阱区。特别地，在本专利技术的半导体功率器件中，终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽3，该沟槽3自衬底层I的底部穿过该衬底层1，延伸入外延层2，并且，沟槽3在宽度方向上包括一个与该划片边缘21相重叠的第一边缘31以及该第一边缘31相对的第二边缘32，第二边缘32延伸入有源区内的衬底层I以及外延层2。对于沟槽3的尺寸设计而言，在长度方向上，优选地，沟槽3延伸入外延层2的深度为整个外延层2深度的10%到90%之间。 更优选地，沟槽3延伸入外延层2的深度为整个外延层2深度的50°/Γ70%，例如，沟槽3延伸入外延层2的深度为整个外延层2深度的70%左右。在宽度方向上，优选地，沟槽3的第二边缘32延伸入有源区内的衬底层I以及外延层2的宽度不大于沟槽3的整个宽度的50%。例如，在一个优选的实施方式中，沟槽3的第二边缘32延伸入有源区内的衬底层I以及外延层2的宽度(即图2中Wl)为5微米。如上所述，在沟槽3内填充满有绝缘材料，该绝缘材料可以为二氧化硅、氮化硅或其他合适的绝缘物。本专利技术的半导体功率器件可以是任何垂直结构的功率管。例如，该半导体功率器件可以是场效应管、绝缘栅双极晶体管、功率二极管、功率三极管等。如图3所示，为该半导体功率器件制备的流程示意图。以下，另结合图1、图4以及图5，对本专利技术的半导体功率器件的制备流程进行详细说明。结合图4，在步骤SlOO中，首先在芯片正面形成有源区，并且相邻的有源区之间的保持一定距离L，该距离优选地为至少70微米。L长度的区域内即为两个相邻器件的终端保护区。形成有源区的工艺可采用常规工艺，以完成P阱或N阱6、氧化层4以及金属层5的生成。结合图5，在步骤S200中，上下翻转芯片，减薄处理后，从芯片的两个有源区之间硅片正对的背面开挖沟槽3，容易理解，该沟槽3的宽度为切片后形成的相邻两个功率器件内沟槽宽度的和。该宽度优选地为从70微米到150%L之间，并且在宽度方向上，沟槽3的左右两侧均应当延伸入有源区的衬底层和外延层，在深度方向上，沟槽3应当延伸入外延层内，如上所述，沟槽3延伸入外延层的深度为整个外延层2深度的10%到90%之间。继续结合图5，在步骤S300中，在沟槽3内填充绝缘材料。如上所述，该绝缘材料可以为氧化硅、氮化硅或其他合适的绝缘物。最后，在步骤S400中，对芯 片进行切片处理，形成最终的器件结构。结合图5，在进行切片处理时，优选地在沟槽3的正中位置进行切片。当然，考虑到误差因素，也可偏离沟槽3的正中位置一定距离，进行切片。在步骤S400完成后，最终形成如图2所示的器件结构。如图6所示，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，该有源区包括第一类导电类型的衬底层、形成于该衬底层上的第一类导电类型的外延层以及形成于该外延层上的第二类导电类型的阱区，该外延层上方覆盖有氧化层和金属层，其特征在于，所述终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽自该衬底层的底部穿过该衬底层，延伸入该外延层，并且，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘，该第二边缘延伸入该有源区内的衬底层以及外延层。

【技术特征摘要】
1.一种具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，该有源区包括第一类导电类型的衬底层、形成于该衬底层上的第一类导电类型的外延层以及形成于该外延层上的第二类导电类型的阱区，该外延层上方覆盖有氧化层和金属层，其特征在于， 所述终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽自该衬底层的底部穿过该衬底层，延伸入该外延层，并且，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘，该第二边缘延伸入该有源区内的衬底层以及外延层。2.根据权利要求1所述的具有终端保护结构的半导体功率器件，其特征在于，所述沟槽延伸入所述外延层的深度为所述整个外延层深度的10%到90%之间。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：林敏之，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：发明
国别省市：