一种功率器件分压结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种功率器件分压结构及其制作方法，包括：在衬底上通过外延生长形成具有第一导电类型的外延层；在所述外延层上设置第一掩膜层，刻蚀所述第一掩膜层，形成第一阻挡墙和第一注入区窗口；进行第一次第二导电类型离子注入，在所述第一注入区窗口对应的外延层内形成轻掺杂区；设置第二掩膜层，刻蚀所述第二掩膜层，形成位于所述第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口；进行第二次第二导电类型离子注入，在所述第二注入区窗口对应的外延层内形成重掺杂区，所述轻掺杂区与相对应的重掺杂区构成一个场限环。用以解决传统场限环的面积较大且场限环结构表面不稳定的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造
，更具体的说，涉及一种功率器件分压结构及其制作方法。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor)是新型的大功率器件，它集MOSFET栅极电压控制特性和双极型晶体管低导通电阻特性于一身，改善了器件耐压和导通电阻相互牵制的情况，具有高电压、大电流、高频率、功率集成密度高、输入阻抗大、导通电阻小、开关损耗低等优点。在变频家电、工业控制、电动及混合动力汽车、新能源、智能电网等诸多领域获得了广泛的应用空间，而要确保IGBT高电压的一个重要前提条件是优良的终端保护结构，终端保护结构的主要作用是承担器件横向电场，保证功率半导体器件的耐压能力。如图1所示，场限环结构包括内圈的分压保护区11和外圈的截至环12。当偏压加在集电极13上时，随着所加偏压的增大，耗尽层沿着主结14向第一场限环15的方向延伸。在电压增大到主结14的雪崩击穿电压之前，主结的耗尽区已经与第一场限环15的耗尽区汇合，耗尽区曲率增大，主结与环结之间为穿通状态，由此削弱了主结弯曲处的积聚电场，击穿电压得到提高。在第一场限环15发生雪崩击穿之前，第二场限环16穿通，以此类推。然而场限环终端结构存在以下弊端：传统场限环结构通过注入杂质，依赖杂质在热过程中的扩散形成一个个场限环。为了阻止相邻的两个场限环互相扩散，场限环和场限环的间距必须保持足够远，这使得场限环的面积较大，增加器件制作成本。另外，场限环结构容易受界面不稳定性和氧化层界面电荷的影响，进而影响器件的击穿电压以及高压下的可靠性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种功率器件分压结构，用以解决传统场限环的面积较大且场限环结构表面不稳定的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种功率器件分压结构的制作方法，包括：在衬底上通过外延生长形成具有第一导电类型的外延层；在所述外延层上设置第一掩膜层，刻蚀所述第一掩膜层，形成第一阻挡墙和第一注入区窗口；进行第一次第二导电类型离子注入，在所述第一注入区窗口对应的外延层内形成轻掺杂区；设置第二掩膜层，刻蚀所述第二掩膜层，形成位于所述第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口；进行第二次第二导电类型离子注入，在所述第二注入区窗口对应的外延层内形成重掺杂区，所述轻掺杂区与相对应的重掺杂区构成一个场限环。其中，所述场限环至少有三个，且相邻场限环的间距随着距离主结区距离的增大而增大。进一步地，所述形成第一阻挡墙和第一注入区窗口，具体为：在所述外延层上淀积氧化硅层后涂敷一层光刻胶，进行显影刻蚀形成第一阻挡墙和第一注入区窗口。进一步地，所述形成位于所述第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口，具体为：在所述外延层和第一掩膜层上淀积第一导电类型的多晶硅层后干法刻蚀形成第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口。其中，所述轻掺杂区离子注入的注入能量低于深注入区离子注入的注入能量。具体地，形成所述重掺杂区后，淀积介质材料形成介质层。基于上述功率器件分压结构的制作方法，本专利技术实施例该提供一种功率器件，包括分压结构，所述分压结构包括依次设置的衬底和第一导电类型的外延层、所述外延层内间隔设置的场限环，所述场限环包括第二导电类型的轻掺杂区和位于所述轻掺杂区内的第二导电类型的重掺杂区。进一步地，所述场限环至少有三个，且相邻场限环的间距随着距离主结区距离的增大而增大。具体地，还包括位于所述外延层上间隔设置的阻挡层，所述阻挡层包括氧化硅层和第一导电类型的多晶硅层，所述场限环位于间隔设置的阻挡层之间。进一步地，还包括设置于所述阻挡层上的介质层。在本专利技术功率器件的分压结构中，所述分压结构是由场限环组成，每个场限环包括第二导电类型的轻掺杂区和位于所述轻掺杂区内的第二导电类型的重掺杂区，这种结构的效果是一方面轻掺杂区能够减少表面电荷对器件的影响，提高器件可靠性，另一方面，重掺杂区宽度窄于轻掺杂区，在达到同样的分压效果的情况下，每个场限环的宽度相对较窄。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为用于IGBT终端保护的场限环结构的示意图；图2为本专利技术实施例中制作功率器件分压结构的方法流程示意图；图3a至图3g为本专利技术实施例公开的功率器件分压结构的制作流程中各阶段的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例所述的半导体器件包括功率二极管、双极型绝缘栅场效应晶体管(IGBT)、金属氧化物绝缘栅场效应晶体管(MOS)、晶闸管(SCR)等器件。半导体的类型由半导体中多数载流子决定，如果第一导电类型的多数载流子为空穴，则第一导电类型为P型，重掺杂的第一导电类型为P+型，轻掺杂的第一类型为P-型；如果第一导电类型的多数载流子为电子，则第一导电类型为N型，重掺杂的第一导电类型为N+型，轻掺杂的第一类型为N-型。若第一导电类型为N型时，则第二导电类型为P型，反之亦然。本专利技术实施例一提出了一种功率器件分压结构，其结构如图3g所示，图3g为该分压结构的剖面图，下面结合图3g对分压结构进行详细说明。具体的，以p型沟道为例进行说明，即第一导电类型为p型，第二导电类型为n型，此时仅为示例，此专利技术同样适用n型沟道的实施例。该分压结构包括：依次设置的衬底101和第一导电类型的外延层102、所述外延层内间隔设置的场限环，所述场限环包括第二导电类型的轻掺杂区104和位于所述轻掺杂区内的第二导电类型的重掺杂区106。其中，轻掺杂区104能够减少表面电荷对器件的影响，提高器件可靠性，另一方面，重掺杂区106宽度窄于轻掺杂区104，在达到同样的分压效果的情况下，场限环的宽度相对较窄，进而能够有效提高场限环的面积效率，减小分压区域面积。分压区域面积减小，节省了芯片面积，在相同面积的硅晶片上可以制作的器件就增多，缩减了芯片成本。较佳地，所述场限环至少有三个，且相邻场限环的间距随着距离主结区距离的增大而增大，这样做的效果是可以在具有同样的分压区域面积下进一步增大分压效果。较佳地，还包括位于所述外延层102上间隔设置的阻挡层，所述阻挡层包括氧化硅层和第一导电类型的多晶硅层，所述场限环位于间隔设置的阻挡层之间，多晶硅层起到了场板的作用，可以在具有同样的分压区域面积下进一步增大分压效果。较佳地，还包括设置于所述阻挡层上的介质层108，可以有效消除表面积累的电场对分压结构的影响，最大化场限环分压的作用，提高器件性能。本实施例中的场限环作用原理是，当主结上的反偏电压上升使半导体器件的边缘电场增强，当边缘电场达到临界电场时，器件的主结便会出现击穿现象，然而，加上场限环之后，当器件主结尚未发生雪崩电压击穿的时候，主结耗尽区就已本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件分压结构的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上通过外延生长形成具有第一导电类型的外延层；在所述外延层上设置第一掩膜层，刻蚀所述第一掩膜层，形成第一阻挡墙和第一注入区窗口；进行第一次第二导电类型离子注入，在所述第一注入区窗口对应的外延层内形成轻掺杂区；设置第二掩膜层，刻蚀所述第二掩膜层，形成位于所述第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口；进行第二次第二导电类型离子注入，在所述第二注入区窗口对应的外延层内形成重掺杂区，所述轻掺杂区与相对应的重掺杂区构成一个场限环。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件分压结构的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上通过外延生长形成具有第一导电类型的外延层；在所述外延层上设置第一掩膜层，刻蚀所述第一掩膜层，形成第一阻挡墙和第一注入区窗口；进行第一次第二导电类型离子注入，在所述第一注入区窗口对应的外延层内形成轻掺杂区；设置第二掩膜层，刻蚀所述第二掩膜层，形成位于所述第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口；进行第二次第二导电类型离子注入，在所述第二注入区窗口对应的外延层内形成重掺杂区，所述轻掺杂区与相对应的重掺杂区构成一个场限环。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述场限环至少有三个，且相邻场限环的间距随着距离主结区距离的增大而增大。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成第一阻挡墙和第一注入区窗口，具体为：在所述外延层上淀积氧化硅层后涂敷一层光刻胶，进行显影刻蚀形成第一阻挡墙和第一注入区窗口。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成位于所述第一注入区窗口内的第二阻挡墙和第二注入区窗口，具体为：在所述外延层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李理，马万里，赵圣哲，
申请(专利权)人：北大方正集团有限公司，深圳方正微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11