功率器件及其制造方法技术

本申请公开了一种功率器件及其制造方法。所述功率器件包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一掺杂区；位于所述第一掺杂区的第一区域中的多个第二掺杂区；以及位于所述第一掺杂区的第二区域中的多个第三掺杂区，其中，所述多个第二掺杂区彼此隔开第一预定间距，与所述第一掺杂区形成第一电荷补偿结构，所述第一电荷补偿结构和所述半导体衬底位于电流通道上，所述多个第三掺杂区彼此隔开第二预定间距，与所述第一掺杂区形成第二电荷补偿结构，所述第二电荷补偿结构用于分散所述功率器件连续的表面电场。该功率器件不仅可以稳定器件的耐压，提高可靠性，而且可以降低导通电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率器件，尤其涉及包括电荷补偿结构的功率器件。
技术介绍
功率器件主要用于大功率的电源电路和控制电路中，例如作为开关元件或整流元件。在功率器件中，不同掺杂类型的掺杂区形成PN结，从而实现二极管或晶体管的功能。功率器件在应用中通常需要在高电压下承载大电流。一方面，为了满足高电压应用的需求以及提高器件可靠性和寿命，功率器件需要具有高击穿电压。另一方面，为了降低功率器件自身的功耗和产生的热量，功率器件需要具有低导通电阻。在美国专利US5216275和US4754310公开了电荷补偿类型的功率器件，其中多个P型掺杂区和多个N型掺杂区交替横向排列或垂直堆叠。在功率器件的导通状态，P型掺杂区和N型掺杂区之一提供低阻抗的导电路径。在功率器件的断开状态，彼此相邻的P型掺杂区和N型掺杂区的电荷可以相互耗尽。因而，电荷补偿类型的功率器件可以显著减小导通电阻，从而降低功耗。另一种改进的功率器件包括环区和由环区围绕的元胞区。在元胞区中形成功率器件的P型掺杂区和N型掺杂区，在环区中形成附加的P型掺杂区和N型掺杂区。环区对于功率器件的高压特性和可靠性特性至关重要。当器件关断的时候，环区起到缓解器件边缘表面电场作用，尤其在高温和高压情况下，减小电场对于器件表面氧化层的冲击，降低高温下器件漏电流。通常而言，希望环区的耐压要比元胞区的耐压高一些，由此器件发生击穿的时候，大部分电流能从元胞区流出。元胞区的面积相对环区面积要大很多，有利于提高器件的雪崩能力。期望在功率器件中包含上述两种结构，以同时减小导通电阻和提高耐压特性。然而，在实际应用中，电荷补偿型器件的导通电阻和耐压特性之间是一对矛盾参数。虽然可以通过增加N型掺杂区的杂质浓度，提高电流通道的电流能力，获得较小导通电阻。但是，由于N型掺杂区杂质浓度增加，对补偿匹配度的要求很高，很难重复做到N型掺杂区和P型掺杂区杂质浓度完全相同，两者杂区杂质浓度稍有偏差，耐压就会大幅度的降低，出现耐压不稳定的情况。尤其在环区，更加难做到提高耐压，改善可靠性的目的。在包括电荷补偿和环区的功率器件中，仍然需要进一步改进环区结构，以兼顾导通电阻和击穿电压的要求。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种功率器件及其制造方法，其中，在功率器件的环区中采用附加的电荷补偿结构以以兼顾导通电阻和击穿电压的要求。根据本专利技术的一方面，提供一种功率器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一掺杂区；位于所述第一掺杂区的第一区域中的多个第二掺杂区；以及位于所述第一掺杂区的第二区域中的多个第三掺杂区，其中，所述半导体衬底和所述第一掺杂区分别为第一掺杂类型，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别为第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反，所述多个第二掺杂区彼此隔开第一预定间距，与所述第一掺杂区形成第一电荷补偿结构，所述第一电荷补偿结构和所述半导体衬底位于电流通道上，所述多个第三掺杂区彼此隔开第二预定间距，与所述第一掺杂区形成第二电荷补偿结构，所述第二电荷补偿结构用于分散所述功率器件连续的表面电场。优选地，所述第一电荷补偿结构位于所述功率器件的元胞区中，所述第二电荷补偿结构位于所述功率器件的环区中，所述环区围绕所述元胞区。优选地，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别在所述第一掺杂区中沿纵向方向朝着所述半导体衬底延伸，并且掺杂浓度非线性减小。优选地，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度分别小于所述第一掺杂区的平均掺杂浓度。优选地，所述多个第二掺杂区的平均掺杂浓度大于所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度，从而利用所述平均掺杂浓度的差异减小所述元胞区的导通电阻和提高所述元胞区的击穿电压。优选地，所述多个第二掺杂区的平均掺杂浓度比所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度大10％或更多。优选地，所述多个第二掺杂区分别包括第一子区域和第二子区域，所述第一子区域的平均掺杂浓度小于所述第一掺杂区的掺杂浓度，所述第二子区域的平均掺杂浓度等于所述第一掺杂区的掺杂浓度。优选地，所述第一子区域的平均掺杂浓度比所述第一掺杂区的平均掺杂浓度小20％或更多。优选地，所述多个第二掺杂区具有第一横向尺寸，所述多个第三掺杂区具有第二横向尺寸，并且所述第一横向尺寸大于所述第二横向尺寸。优选地，所述第一横向尺寸与所述第一预定间距的比值等于所述第二横向尺寸与所述第二预定间距的比值。优选地，所述第一横向尺寸与所述第一预定间距之和等于所述第二横向尺寸与所述第二预定间距之和的整数倍。优选地，所述多个第二掺杂区在离子注入时采用第一离子注入剂量，所述多个第三掺杂区在离子注入时采用第二离子注入剂量，所述第一离子注入剂量和所述第二离子注入剂量的范围为2E12～2E13cm-2。优选地，所述第一离子注入剂量与所述第二离子注入剂量相同。优选地，所述第一离子注入剂量比所述第二离子注入剂量高20％或更多。优选地，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别形成在深槽中，所述深槽在所述第一掺杂区中沿纵向方向朝着所述半导体衬底延伸，并且横向尺寸减小。优选地，所述深槽采用蚀刻形成，并且采用不同的蚀刻角度获得横向尺寸减小的形状。优选地，所述深槽的下部在蚀刻时采用的蚀刻角度为85°～87°，上部在蚀刻时采用的蚀刻角度为88°～89°。优选地，所述元胞区还包括：多个第四掺杂区，分别位于所述多个第二掺杂区上方；以及多个第五掺杂区，分别位于所述多个第四掺杂区中。优选地，所述元胞区还包括：多个第六掺杂区，分别位于所述多个第四掺杂区中，并且作为所述多个第四掺杂区的引出端。优选地，所述元胞区还包括：多个栅叠层，分别包括栅极介质和栅极导体，至少一部分位于所述多个第五掺杂区和所述第一掺杂区之间，其中，所述多个第四掺杂区和所述多个第五掺杂区分别为第二掺杂类型和第一掺杂类型，所述功率器件为MOSFET，所述半导体衬底、所述多个第四掺杂区、所述多个第五掺杂区分别作为所述MOSFET的漏区、阱区和源区，所述多个第四掺杂区位于所述多个第五掺杂区和所述第一掺杂区之间形成沟道。优选地，所述多个第四掺杂区和所述多个第五掺杂区分别为第二掺杂类型，其中，所述功率器件为二极管，所述多个第四掺杂区、所述半导体衬底分别作为所述二极管的阳极和阴极。优选地，所述环区还包括：第七掺杂区，所述第七掺杂区为第二掺杂类型，所述第七掺杂区位于所述第一掺杂区中；以及第八掺杂区，所述第八掺杂区为第二掺杂类型，所述第八掺杂区位于所述第一掺杂区中，并且与所述多个第三掺杂区和所述第七掺杂区隔开，其中，所述第七掺杂区横向延伸至所述元胞区中的所述多个第四掺杂区中的至少一个掺杂区，形成主结，并且从所述第一掺杂区的表面从表面纵向延伸至预定深度，与所述多个第三掺杂区中的至少一些掺杂区接触，使得所述多个第三掺杂区中的至少一些掺杂区与所述多个第二掺杂区中的至少一些掺杂区经由所述主结相连接，所述第八掺杂区限定所述功率器件的周边且作为截止环。优选地，还包括：层间介质层；第一电极，所述第一电极穿过所述层间介质层与所述多个第五掺杂区电连接；第二电极，所述第二电极穿过所述层间介质层与所述第八掺杂区电连接；以及第三电极，所述第三电极与所述半导体衬底电连接。优选地，所述第一掺杂类型为N型和P型之一，所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一掺杂区；位于所述第一掺杂区的第一区域中的多个第二掺杂区；以及位于所述第一掺杂区的第二区域中的多个第三掺杂区，其中，所述半导体衬底和所述第一掺杂区分别为第一掺杂类型，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别为第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反，所述多个第二掺杂区彼此隔开第一预定间距，与所述第一掺杂区形成第一电荷补偿结构，所述第一电荷补偿结构和所述半导体衬底位于电流通道上，所述多个第三掺杂区彼此隔开第二预定间距，与所述第一掺杂区形成第二电荷补偿结构，所述第二电荷补偿结构用于分散所述功率器件连续的表面电场。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一掺杂区；位于所述第一掺杂区的第一区域中的多个第二掺杂区；以及位于所述第一掺杂区的第二区域中的多个第三掺杂区，其中，所述半导体衬底和所述第一掺杂区分别为第一掺杂类型，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别为第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反，所述多个第二掺杂区彼此隔开第一预定间距，与所述第一掺杂区形成第一电荷补偿结构，所述第一电荷补偿结构和所述半导体衬底位于电流通道上，所述多个第三掺杂区彼此隔开第二预定间距，与所述第一掺杂区形成第二电荷补偿结构，所述第二电荷补偿结构用于分散所述功率器件连续的表面电场。2.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述第一电荷补偿结构位于所述功率器件的元胞区中，所述第二电荷补偿结构位于所述功率器件的环区中，所述环区围绕所述元胞区。3.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别在所述第一掺杂区中沿纵向方向朝着所述半导体衬底延伸，并且掺杂浓度非线性减小。4.根据权利要求3所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度分别小于所述第一掺杂区的平均掺杂浓度。5.根据权利要求4所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区的平均掺杂浓度大于所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度，从而利用所述平均掺杂浓度的差异减小所述元胞区的导通电阻和提高所述元胞区的击穿电压。6.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区的平均掺杂浓度比所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度大10％或更多。7.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区分别包括第一子区域和第二子区域，所述第一子区域的平均掺杂浓度小于所述第一掺杂区的掺杂浓度，所述第二子区域的平均掺杂浓度等于所述第一掺杂区的掺杂浓度。8.根据权利要求7所述的功率器件，其中，所述第一子区域的平均掺杂浓度比所述第一掺杂区的平均掺杂浓度小20％或更多。9.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区具有第一横向尺寸，所述多个第三掺杂区具有第二横向尺寸，并且所述第一横向尺寸大于所述第二横向尺寸。10.根据权利要求9所述的功率器件，其中，所述第一横向尺寸与所述第一预定间距的比值等于所述第二横向尺寸与所述第二预定间距的比值。11.根据权利要求9所述的功率器件，其中，所述第一横向尺寸与所述第一预定间距之和等于所述第二横向尺寸与所述第二预定间距之和的整数倍。12.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区在离子注入时采用第一离子注入剂量，所述多个第三掺杂区在离子注入时采用第二离子注入剂量，所述第一离子注入剂量和所述第二离子注入剂量的范围为2E12～2E13cm-2。13.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述第一离子注入剂量与所述第二离子注入剂量相同。14.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述第一离子注入剂量比所述第二离子注入剂量高20％或更多。15.根据权利要求5所述的功率器件，其中，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别形成在深槽中，所述深槽在所述第一掺杂区中沿纵向方向朝着所述半导体衬底延伸，并且横向尺寸减小。16.根据权利要求15所述的功率器件，其中，所述深槽采用蚀刻形成，并且采用不同的蚀刻角度获得横向尺寸减小的形状。17.根据权利要求16所述的功率器件，其中，所述深槽的下部在蚀刻时采用的蚀刻角度为85°～87°，上部在蚀刻时采用的蚀刻角度为88°～89°。18.根据权利要求2所述的功率器件，其中，所述元胞区还包括：多个第四掺杂区，分别位于所述多个第二掺杂区上方；以及多个第五掺杂区，分别位于所述多个第四掺杂区中。19.根据权利要求18所述的功率器件，其中，所述元胞区还包括：多个第六掺杂区，分别位于所述多个第四掺杂区中，并且作为所述多个第四掺杂区的引出端。20.根据权利要求18所述的功率器件，其中，所述元胞区还包括：多个栅叠层，分别包括栅极介质和栅极导体，至少一部分位于所述多个第五掺杂区和所述第一掺杂区之间，其中，所述多个第四掺杂区和所述多个第五掺杂区分别为第二掺杂类型和第一掺杂类型，所述功率器件为MOSFET，所述半导体衬底、所述多个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张邵华，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33