高压垂直功率部件制造技术

本公开的实施例涉及高压垂直功率部件。一种垂直功率部件，包括第一导电类型的硅衬底，在衬底的下表面上有第二导电类型的阱。第一阱在部件外围处与绝缘多孔硅圆环接界。多孔硅环的上表面仅与第一导电类型的衬底接触。绝缘多孔硅圆环向下穿入衬底中至大于阱的厚度的深度。

High voltage vertical power components

【技术实现步骤摘要】
高压垂直功率部件本申请是申请日为2014年10月16日、申请号为201410553425.5、专利技术名称为“高压垂直功率部件”的专利技术专利申请的分案申请。优先权要求本申请要求2013年10月17日提交的法国专利申请No.1360094的优先权，该申请的内容在此通过引用在法律允许的最大范围内被并入本文。
本公开内容涉及一种能够耐受高电压(高于500V)的垂直半导体功率部件，并且更具体而言涉及该部件的外围的结构。
技术介绍
图1至图4显示了具有垂直结构的三端双向可控硅型(triac-type)高电压功率部件的截面图。这些不同示意图中的三端双向可控硅的区别在于它们的外围。总体而言，附图显示由轻掺杂的N型衬底1(N-)形成的三端双向可控硅。衬底1的上表面和下表面包含P型掺杂层或阱3和阱4。上部层3包含重掺杂的N型区域5(N+)，并且下部层4在俯视图中与由区域5占据的区域基本上互补的区域中包含重掺杂的N型区域6(N+)。主要电极A1和A2分别被设置在衬底1的上表面和下表面上。根据这些情形，电极A2在衬底1的下表面的全部或者部分上扩展。该结构还包含在其上表面侧上的其上有栅极电极的栅极区域(未示出)。图1显示了台面技术的三端双向可控硅。P型层3和4分别分布在轻掺杂衬底1(N-)的整个上表面和整个下表面之上扩展。环形沟槽被形成在三端双向可控硅的上表面的外围处，并且比层3更深地穿入衬底1。类似地，沟槽也被形成在三端双向可控硅的下表面的外围处，并且比层4更深地穿入衬底1。这些沟槽被填充有钝化玻璃9，从而形成玻璃钝化层。P型层3和4与衬底1之间的PN结浮现于玻璃层9上。主电极A1和A2被分别设置在三端双向可控硅的上表面和下表面上。图2显示了平坦技术的三端双向可控硅。在轻掺杂N型硅衬底1(N-)中分别在衬底1的上表面侧和下表面侧上形成P型阱3和阱4。三端双向可控硅的上部外围和下部外围因此对应于衬底1。在阱3和阱4上分别设置主电极A1和A2。绝缘层11被设置在三端双向可控硅的上表面和下表面的未被电极A1和A2覆盖的部分上。在衬底1中在三端双向可控硅的上表面的外围和下表面的外围处分别形成重掺杂N型沟道停止环13和14(N+)。图3显示了“平面阱”技术的三端双向可控硅。图3中的部件与图2中的部件的区别在于：图3中的部件由P型扩散壁15所包围。三端双向可控硅的下表面完全被主电极A2覆盖，并且P型层4在衬底1的整个下表面之上延伸直至壁15。P型阱3在三端双向可控硅的上表面上延伸且在扩散壁15前停止。沟道停止环13被设置在衬底1中在阱3和壁15之间。环形电极17可以覆盖沟道停止环13。图4显示了“平面阱”技术的三端双向可控硅的变体，诸如关于2012年5月30日提交的法国专利申请No.1254987(通过引用并入)的图2描述的那样。图4所示的三端双向可控硅与图3所示的三端双向可控硅的不同之处在于：在其下表面侧上，包围部件的扩散外围壁15的下部部分已变为形成绝缘环19的绝缘的多孔硅。多孔硅绝缘环19比层4的厚度更深地向下穿入到衬底1中。图1至图4中的每个三端双向可控硅都有各种优势和不利之处。实际中，在图1所示的台面结构中，刻蚀沟槽的步骤、使用钝化玻璃9填充沟槽的步骤以及切割钝化玻璃9的步骤难于实施。在图2所示的平坦结构中，不利之处在于部件组装步骤。实际上，如果电极A2期望被焊接至平板，则侧向焊料浸锡(wicking)可以将电极A2电连接至衬底1，从而使对应的PN结短路。因此需要将部件组装在焊盘上，这使得组装更为复杂。在图3所示的“平坦阱”结构中，壁15将N-型衬底1与三端双向可控硅组件上三端双向可控硅的侧向表面上的可能的焊料浸锡隔离。然而，图3和图4的结构需要通过从衬底1上表面和下表面扩散掺杂剂元素形成侧向壁15。不利之处在于该步骤时间长，对于厚度为200至300微米的衬底和硼掺杂而言通常约为250小时。此外，需要在三端双向可控硅外围提供额外的空间来形成侧向的壁15，侧向壁15跨约为衬底1的厚度的宽度延伸。防护距离(即，部件边缘和部件的有用部分的边缘之间的必要距离)取决于所涉及的外围类型。例如，对于大约为800V的击穿电压而言：-图1的结构的防护距离e1大约为300微米，-图2的结构的防护距离e2大约为200微米，-图3和图4的结构的防护距离e3大约为400微米。
技术实现思路
期望能够有一种垂直功率部件，其具有可以积累现有结构的优势同时避免其不利之处的外围。更具体地，期望形成一种结构，其：-能够避免部件的组件上的侧向焊料浸锡导致的短路；-能够具有最小的可能防护距离；以及-制造简单。因此，一个实施例提供一种垂直功率部件，其包括第一导电类型的硅衬底；在衬底的下表面的侧部上的第二导电类型的第一阱，该阱在部件外围处与第一绝缘多孔硅环接界，该绝缘环的上表面只与第一导电类型的衬底接触；第一绝缘环比第一阱的厚度更深地向下穿入衬底中。根据一个实施例，该部件进一步包括：在衬底的上表面侧上的第二导电类型的第二阱，该阱在部件外围处与第二绝缘多孔硅环接界，该绝缘环的下表面只与第一导电类型的衬底接触；第二绝缘环比第二阱的厚度更深地向下穿入至衬底中。根据一个实施例，多孔硅被氧化。根据一个实施例，第一导电类型为N型。根据一个实施例，该部件形成三端双向可控硅。另一实施例提供一种制造垂直功率部件的方法，该方法包括如下步骤：在N型掺杂衬底中分别在衬底的下表面和上表面上形成第一P型掺杂的阱和第二P型掺杂的阱；将衬底下表面陷入第一电解液浴中，以及在衬底的上表面和电解液浴之间循环第一电流以在衬底下表面侧上形成多孔硅。根据一个实施例，该方法还包括如下步骤：将衬底上表面陷入第二电解液浴，以及在衬底的下表面和电解液浴之间循环第二电流以在衬底的上表面侧上形成多孔硅。根据一个实施例，该方法还包括退火步骤来氧化多孔硅。根据一个实施例，该方法还包括分别在第一阱和第二阱中形成第一N型掺杂区域和第二N型掺杂区域。根据一个实施例，该方法还包括在第二阱中制作N型掺杂的栅极。根据一个实施例，该方法还包括在衬底的上表面侧上形成沟道停止环。附图说明上述特性和优势以及其他的特性和优势将在下文具体实施例的非限制性描述中结合所附附图进行详细描述，其中：之前描述的图1示意性显示了“台面”技术的三端双向可控硅的截面图。之前描述的图2示意性显示了“平坦”技术的三端双向可控硅的截面图。之前描述的图3和图4示意性显示了“平面阱”技术的两个三端双向可控硅的截面图。图5示意性显示了三端双向可控硅的实施例的截面图。图6A至图6C是示出制造图5的三端双向可控硅的方法的简化截面图。图7是三端双向可控硅的备选实施例的简化截面图。为了清楚起见，相同部件在各种示意图中以相同的附图标记指示，以及此外如半导体部件的表示中常用的那样，各个附图并不按比例绘制。...

【技术保护点】
1.一种垂直功率部件，包括：/n第一导电类型的硅衬底；/n第二导电类型的第一阱，在所述硅衬底的下表面上，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；/n在所述硅衬底中的第一绝缘多孔硅环，在所述垂直功率部件的外围边界处，所述第一绝缘多孔硅环与所述第一阱和所述硅衬底之间的第一PN结接触；/n其中所述第一绝缘多孔硅环穿入所述硅衬底中至大于所述第一阱的厚度的深度。/n

【技术特征摘要】
20131017 FR 13600941.一种垂直功率部件，包括：
第一导电类型的硅衬底；
第二导电类型的第一阱，在所述硅衬底的下表面上，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；
在所述硅衬底中的第一绝缘多孔硅环，在所述垂直功率部件的外围边界处，所述第一绝缘多孔硅环与所述第一阱和所述硅衬底之间的第一PN结接触；
其中所述第一绝缘多孔硅环穿入所述硅衬底中至大于所述第一阱的厚度的深度。


2.根据权利要求1所述的垂直功率部件，还包括：
所述第二导电类型的第二阱，在所述硅衬底的、与所述下表面相对的上表面上；
在所述硅衬底中的第二绝缘多孔硅环，在所述部件的所述外围边界处，所述第二绝缘多孔硅环与所述第二阱和所述硅衬底之间的第二PN结接触；
其中所述第二绝缘多孔硅环穿入所述硅衬底中至大于所述第二阱的厚度的深度。


3.根据权利要求2所述的垂直功率部件，其中所述第二绝缘多孔硅环的下表面仅与所述硅衬底接触。


4.根据权利要求2所述的垂直功率部件，其中所述第二绝缘多孔硅环的侧表面在所述第二PN结处与所述硅衬底和所述第二阱两者接触。


5.根据权利要求1所述的垂直功率部件，其中所述第一绝缘多孔硅环被氧化。


6.根据权利要求1所述的垂直功率部件，其中所述第一导电类型为N型，并且所述第二导电类型为P型。


7.根据权利要求1所述的垂直功率部件，形成三端双向可控硅。


8.根据权利要求1所述的垂直功率部件，其中所述第一绝缘多孔硅环的侧表面在所述第一PN结处与所述硅衬底和所述第一阱两者接触。


9.根据权利要求1所述的垂直功率部件，其中所述第一绝缘多孔硅环的上表面仅与所述硅衬底接触。


10.一种垂直功率部件，包括：
硅衬底，由第一导电类型掺杂，并且具有上表面和与所述上表面相对的下表面；
第一阱，在所述硅衬底的所述下表面中，所述第一阱由第二导电类型掺杂，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；
第二阱，在所述硅衬底的所述上表面中，所述第二阱由所述第二导电类型掺杂；
所述第一导电类型的第一重掺杂区域，在所述第一阱中；
所述第一导电类型的第二重掺杂区域，在所述第二阱中；
环区域，由所述第一导电类型重掺杂，所述环区域围绕所述第二阱，但是与所述第二阱间隔开；以及
多孔硅绝缘环，围绕PN结并且与所述PN结接触，所述PN结存在于所述第一阱与所述硅衬底接触处；
其中所述部件不具有所述第二导电类型的周围扩散外围壁。


11.根据权利要求10所述的垂直功率部件，其中所述多孔硅绝缘环的厚度比所述第一阱的厚度厚。


12.根据权利要求10所述的垂直功率部件，还包括：
在所述下表面上的第一电极，与所述第一阱和所述第一重掺杂区域接触；以及
在所述上表面上的第二电极，与所述第二阱和所述第二重掺杂区域接触。


13.一种垂直功率部件，包括：
硅衬底，由第一导电类型掺杂，并且具有上表面和与所述上表面相对的下表面；
第一阱，在所述衬底的所述下表面中，所述第一阱由第二导电类型掺杂，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；
第二阱，在所述衬底的所述上表面中，所述第二阱由所述第二导电类型掺杂；
第一绝缘多孔硅环，围绕所述第一阱并且与第一PN结接触，所述第一PN结存在于所述硅衬底与所述第一阱彼此接触处；以及
第二绝缘多孔硅环，围绕所述第二阱并且与第二PN结接触，所述第二PN结由所述硅衬底与所述第二阱彼此接触形成。


14.根据权利要求13所述的垂直功率部件，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·梅纳德，G·戈蒂埃，
申请(专利权)人：意法半导体图尔公司，法国国立图尔大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR