功率器件和电子设备制造技术

一种功率器件，包括：衬底；第一导电类型的外延层，设置于所述衬底之上，所述外延层包括元胞区和终端区；多个第二导电类型的第一体区，设置于所述外延层的元胞区中；多个第二导电类型的第二体区，设置于所述外延层的终端区中；其中，所述多个第二体区之间的多个间隔区为第二导电类型，所述多个第二导电类型的第二体区与多个第二导电类型的间隔区构成掺杂浓度分布可调整的整体耐压环。

Power Devices and Electronic Equipment

【技术实现步骤摘要】
功率器件和电子设备
本技术涉及半导体领域，具体地，涉及一种功率器件及其制造方法。
技术介绍
功率半导体器件的元胞区(有源区)是由多个重复排列的元胞构成的，在耗尽的状态下，元胞区的电场在耐压层中分布是处处相等的，因此元胞区中不会发生因电场集中导致的击穿。但是在元胞区的边界处，器件通常会受到结曲率效应的影响而导致电场在结附近聚集，使器件极易发生击穿，所以需要特殊的终端结构来改善结曲率效应对器件耐压的影响。目前，传统的高压功率器件中有许多的终端技术来改善器件终端的耐压：例如，场限环，场板技术、JTE(junctionterminalextension)等。但是传统的终端结构依然存在高耐压和耐压稳定性问题。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种具有改进性能的功率器件及其制造方法以及包括这种功率器件的电子设备。根据本公开的一个方面，本公开提供了一种功率器件，包括：衬底；第一导电类型的外延层，设置于所述衬底之上，所述外延层包括元胞区和终端区；多个第二导电类型的第一体区，设置于所述外延层的元胞区中；多个第二导电类型的第二体区，设置于所述外延层的终端区中；其中，所述多个第二体区之间的多个间隔区为第二导电类型，所述多个第二导电类型的第二体区与多个第二导电类型的间隔区构成掺杂浓度分布可调整的整体耐压环。其中，相邻的第二体区的注入窗口之间的间距小于所述第二体区的结深。其中，相邻的第二体区的注入窗口之间的间距是相等的。其中，相邻的第二体区的注入窗口之间的间距是变化的。其中，所述第二体区的掺杂浓度高于所述间隔区的掺杂浓度。其中，所述第二体区的掺杂浓度低于所述第一体区的掺杂浓度。其中，所述第二体区的结深大于所述第一体区的结深。其中，还包括形成在所述第一体区中的第一导电类型的源区和形成在所述衬底中的第一导电类型的漏区。根据本公开的另一个方面，本公开提供了一种制造功率器件的方法，其中，包括：在衬底上外延生长外延层，所述外延层包括元胞区和终端区；在外延层上方进行离子注入以形成多个第二体区；对多个第二体区热推阱以形成整体耐压环；在外延层上生长场氧化层，然后进行掩模刻蚀以去除元胞区上方的场氧化层；进行离子注入和热推阱以形成多个第一体区。其中，所述方法还包括：在外延层的元胞区上方生长栅氧化层，然后沉积和刻蚀多晶硅以形成多晶硅栅极；在所述第一体区内形成源区，将所述各个第一体区和源区用金属层连接，以形成源极；对所述衬底底部进行背面减薄和背面金属层制作，以形成漏极。其中，在进行离子注入以形成多个第二体区时，将相邻的第二体区的注入窗口之间的间距设置为小于所述第二体区的结深。根据本公开的另一个方面，本公开提供了一种电子设备，包括至少部分地由如上所述的方案中任意一项所述的功率器件形成的集成电路。由此本公开的功率器件形成具有形成整体耐压环的多个第二体区和位于其间的多个间隔区的终端结构，采用多个体区注入的终端耐压结构，通过设置多个体区的注入窗口的注入剂量和间距，经过高温推阱和横向扩散可以实现浓度梯度交替的整体耐压环，在高压条件下提供多个表面电场峰值，从而提高耐压性以及耐压稳定性。例如，间距沿着横向耐压方向递增变化，则在整体耐压环中形成掺杂浓度递减的分布，从而提高了器件的耐压效果，改善了器件的耐压稳定性，此外，本公开还提供了一种制造具有多个保护环的功率器件的方法。该方法与目前主流功率器件工艺平台都兼容，无需增加额外的生产成本，易于实现。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是根据本公开的实施例的具有整体耐压环终端结构的功率器件的示意图；图2至图8是制造根据本公开的实施例的具有整体耐压环终端结构的功率器件的各个阶段的横截面框图；图9是制造根据本公开的实施例的具有整体耐压环终端结构的功率器件的流程图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。根据本公开实施例的功率器件可以包括在衬底上形成的元胞区和终端区。元胞区作为器件的有源区包括栅极、第一体区、位于所述第一体区内的源区、以及漏区。终端区包括多个第二体区以及位于相邻的第二体区之间的间隔区。衬底为第一导电类型，例如N型。第一体区、第二体区和间隔区为第二导电类型，例如P型。其中，第一体区的掺杂浓度低于第一体区，间隔区的掺杂浓度低于第二体区。第二体区的结深大于第一体区的结深。各个第二体区的注入窗口之间的间距(即，间隔区的宽度)可以被设置为小于第二体区的结深。由此利用离子注入后的热推阱工艺(例如，热退火工艺)，使得在最终形成的器件结构中间隔区的导电类型与第二体区的导电类型相同(例如，二者都可以为第二导电类型)且掺杂浓度低于第二体区的掺杂浓度。图1示出了根据本公开的实施例的具有整体耐压环终端结构的功率器件100的示意图。如图1所示，功率器件可以包括在衬底1上形成的外延层2，外延层可以被划分为元胞区3和终端区4，在元胞区3中形成多个第一体区5，在终端区中形成多个第二体区6。各个相邻的两个第二体区6之间分别形成间隔区7，间隔区7的宽度(即，相邻的两个体区之间的间距)小于第二体区6的结深。各个间隔区7的宽度可以是相同的，也可以是变化的，即，各个相邻的两个第二体区6之间的间距可以是等间距的，也可以是变间距的。衬底1和外延层2为第一导电类型。第一体区5、第二体区6和间隔区7均为第二导电类型，且掺杂浓度呈递减分布，即，第一体区5的掺杂浓度大于第二体区6的掺杂浓度，第二体区6的掺杂浓度大于间隔区7的掺杂浓度。由此，位于终端区4中的第二体区6和间隔区7形成具有缓变结的整体耐压环。包含多个第二体区和间隔区的该整体耐压环结构相对于传统的单道耐压环结构提高了耐压效率。这是因为传统的单道耐压环结构的掺杂浓度沿着耐压方向是均匀分布，在承受高压时，耐压环全部耗尽，表面电场分布是仅在两头出现峰值，与外延层之间形成突变结，耐压的效率不高。包含多个第二体区和间隔区的该整体耐压环结构相对于传统的具有多个第二体区(即，相邻的第二体区之间间隔有外延层2的部分)的多道环结构，可以在保证耐压效率的前提下，节省芯片面积。这是因为传统的多道环结构，推阱之后仍然是多道环，而且是悬浮电位环，在承受高压时，它的耐压环是半耗尽状态，且每个电位环感应不同的电压，会在表面电场引入多个峰值。但由于在相邻的环(例如，第二体区)之间的间隔区需要是较宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件，包括：衬底；第一导电类型的外延层，设置于所述衬底之上，所述外延层包括元胞区和终端区；多个第二导电类型的第一体区，设置于所述外延层的元胞区中；多个第二导电类型的第二体区，设置于所述外延层的终端区中；其中，所述多个第二体区之间的多个间隔区为第二导电类型，所述多个第二导电类型的第二体区与多个第二导电类型的间隔区构成掺杂浓度分布可调整的整体耐压环。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件，包括：衬底；第一导电类型的外延层，设置于所述衬底之上，所述外延层包括元胞区和终端区；多个第二导电类型的第一体区，设置于所述外延层的元胞区中；多个第二导电类型的第二体区，设置于所述外延层的终端区中；其中，所述多个第二体区之间的多个间隔区为第二导电类型，所述多个第二导电类型的第二体区与多个第二导电类型的间隔区构成掺杂浓度分布可调整的整体耐压环。2.如权利要求1所述的功率器件，其中，相邻的第二体区的注入窗口之间的间距小于所述第二体区的结深。3.如权利要求1所述的功率器件，其中，相邻的第二体区的注入窗口之间的间距是相等的。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文高，杨东林，刘侠，
申请(专利权)人：上海昱率科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31