功率器件终端结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及一种功率器件终端结构及其形成方法，所述形成方法包括：在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子，并对所述半导体衬底进行第一退火工艺制程，形成氧化硅隔离区；在所述有源区外的至少两个环形区域内注入掺杂离子，并对所述半导体衬底进行第二退火工艺制程，形成场限环。通过上述方法形成的功率器件终端结构，包括间隔设置的氧化硅隔离区和场限环，相邻的两个场限环之间设有一个所述氧化硅隔离区，该功率器件终端结构通过扩宽耗尽区的方法改善了器件终端的电场分布，提高器件耐压能力；而且氧化硅隔离区不仅可以防止场限环向有源区扩散，还可以防止相邻的场限环之间的互扩散，从而形成了具有更优的隔离性能的功率器件终端结构。

Terminal structure and forming method of power device

【技术实现步骤摘要】
功率器件终端结构及其形成方法
本专利技术涉及晶体管制造
，特别是涉及一种功率器件终端结构及其形成方法。
技术介绍
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)是电压驱动式功率半导体器件,兼有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗和双极结型晶体管的低导通压降两方面的优点，被越来越多地应用于半导体集成电路之中。为了获取更好的器件性能，必须加入用于隔离有源区与非有源区的功率器件终端结构。在器件尺寸为0.3um～3um的IGBT器件中，通常使用LOCOS(LocalOxidationofSilicon，硅局部氧化)工艺形成功率器件终端结构。LOCOS工艺是在晶圆表面沉积氧化硅和氮化硅层，并对氮化硅层进行刻蚀形成沟槽，然后在沟槽区域生长隔离氧化层结构。因为在氧化过程中氮化硅和硅的热膨胀性能不同，所以氧会扩散到氮化硅下面的硅层，并与硅结合形成氧化膜，使氮化膜变成凸起形成鸟嘴结构。鸟嘴结构会占用器件的空间，增大电路的体积，而且在制造过程中，沉积多种膜层会使晶圆因应力产生变形翘曲，破坏器件结构。在更小尺寸的IGBT器件制造过程中，为了解决鸟嘴结构的问题，技术人员通常使用STI(ShallowTrenchIsolation，浅沟槽隔离)工艺来制作功率器件终端结构。但是STI工艺形成的功率器件终端结构中需要设置衬氧化层和氮氧化硅层等膜层，形成的膜层之间、膜层与衬底之间都存在应力，该应力会在有源区形成缺陷或裂缝，从而影响功率器件终端结构的隔离性能甚至导致器件失效。为了解决现有功率器件终端结构占用器件面积大，隔离性能不足的技术问题，亟需提供一种占用器件面积小、隔离性能好的功率器件终端结构。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有功率器件终端结构占用器件面积大，隔离效果不足的技术问题，提供一种占用器件面积小、隔离性能好的功率器件终端结构。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种功率器件终端结构的形成方法，包括：在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子，并对所述半导体衬底进行第一退火工艺制程，形成氧化硅隔离区；在所述有源区外的至少两个环形区域内注入掺杂离子，并对所述半导体衬底进行第二退火工艺制程，形成场限环；其中，所述场限环的导电类型与所述半导体衬底的导电类型相反，所述氧化硅隔离区和场限环间隔设置。在其中一个实施例中，所述在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子的步骤中，包括：在所述半导体衬底的表面形成第一牺牲氧化层；在所述第一牺牲氧化层表面形成图形化的第一硬掩模层；通过所述图形化的第一硬掩模层和第一牺牲氧化层，使用至少两次注入工艺制程向所述半导体衬底注入氧离子；去除剩余的所述第一硬掩模层和第一牺牲氧化层。在其中一个实施例中，所述使用至少两次注入工艺制程向所述半导体衬底注入氧离子的步骤中，每次注入工艺制程使用的氧离子的注入能量和注入深度不同。在其中一个实施例中，300KeV～500KeV注入能量的氧离子注入到距离所述半导体衬底表面2um～3um深度的区域，50KeV～300KeV注入能量的氧离子注入到距离所述半导体衬底表面0um～2um深度的区域。在其中一个实施例中，所述并对所述半导体衬底进行第一退火工艺制程的步骤中，所述退火的温度为1000℃～1300℃。在其中一个实施例中，所述退火的温度为1200℃～1300℃，以形成氧离子分布为矩形分布的氧化硅隔离区。在其中一个实施例中，所述退火的温度为1000℃～1200℃，以形成氧离子分布为高斯分布的氧化硅隔离区。在其中一个实施例中，所述在所述有源区外的至少两个环形区域内注入掺杂离子的步骤中，包括：在所述半导体衬底的表面形成第二牺牲氧化层；在所述第二牺牲氧化层表面形成图形化的第二硬掩模层；通过所述图形化的第二硬掩模层和第二牺牲氧化层，使用注入工艺制程向所述有源区外的环形区域内注入掺杂离子；去除剩余的所述第二硬掩模层和第二牺牲氧化层。在其中一个实施例中，所述并对所述半导体衬底进行第二退火工艺制程的步骤中，所述退火温度为1000℃。本专利技术的技术方案还提出了一种如前述形成方法形成的功率器件终端结构，设于半导体衬底内，所述功率器件终端结构设有：场限环，围绕有源区环形设有至少两个所述场限环，所述场限环的导电类型与所述半导体衬底的导电类型相反；氧化硅隔离区，所述氧化硅隔离区设于相邻的所述场限环之间。上述功率器件终端结构的形成方法，包括：在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子，并对所述半导体衬底进行第一退火工艺制程，形成氧化硅隔离区；在所述有源区外的至少两个环形区域内注入掺杂离子，并对所述半导体衬底进行第二退火工艺制程，形成场限环。通过上述方法形成的功率器件终端结构，包括间隔设置的氧化硅隔离区和场限环，相邻的两个场限环之间设有一个所述氧化硅隔离区，该功率器件终端结构通过扩宽耗尽区的方法改善了器件终端的电场分布，提高器件耐压能力；而且氧化硅隔离区不仅可以防止场限环向有源区扩散，还可以防止相邻的场限环之间的互扩散，从而形成了具有更优的隔离性能的功率器件终端结构。附图说明图1为一实施例中的功率器件终端结构的形成方法的流程图；图2为一示例中的功率器件终端结构的形成方法的流程图；图3为一实施例中的步骤S100后的器件结构示意图；图4为一实施例中的步骤S200的流程图；图5～图9为一实施例中的步骤S200各子步骤后的器件结构示意图；图10为图9实施例中的氧化硅隔离区内的氧离子分布示意图；图11为一实施例中的步骤S300的流程图；图12～图15为一实施例中的步骤S300各子步骤后的器件结构示意图；图16为一实施例中的功率器件终端结构的俯视示意图；图17为传统的功率器件终端结构的示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。图1为一实施例中的功率器件终端结构的形成方法的流程图，如图1所示，所述形成方法包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件终端结构的形成方法，包括：/n在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子，并对所述半导体衬底进行第一退火工艺制程，形成氧化硅隔离区；/n在所述有源区外的至少两个环形区域内注入掺杂离子，并对所述半导体衬底进行第二退火工艺制程，形成场限环；/n其中，所述场限环的导电类型与所述半导体衬底的导电类型相反，所述氧化硅隔离区和场限环间隔设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率器件终端结构的形成方法，包括：
在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子，并对所述半导体衬底进行第一退火工艺制程，形成氧化硅隔离区；
在所述有源区外的至少两个环形区域内注入掺杂离子，并对所述半导体衬底进行第二退火工艺制程，形成场限环；
其中，所述场限环的导电类型与所述半导体衬底的导电类型相反，所述氧化硅隔离区和场限环间隔设置。


2.根据权利要求1所述的功率器件终端结构的形成方法，其特征在于，所述在有源区外的至少一个环形区域内注入氧离子的步骤中，包括：
在所述半导体衬底的表面形成第一牺牲氧化层；
在所述第一牺牲氧化层表面形成图形化的第一硬掩模层；
通过所述图形化的第一硬掩模层和第一牺牲氧化层，使用至少两次注入工艺制程向所述半导体衬底注入氧离子；
去除剩余的所述第一硬掩模层和第一牺牲氧化层。


3.根据权利要求2所述的功率器件终端结构的形成方法，其特征在于，所述使用至少两次注入工艺制程向所述半导体衬底注入氧离子的步骤中，每次注入工艺制程使用的氧离子的注入能量和注入深度不同。


4.根据权利要求3所述的功率器件终端结构的形成方法，其特征在于，300KeV～500KeV注入能量的氧离子注入到距离所述半导体衬底表面2um～3um深度的区域，50KeV～300KeV注入能量的氧离子注入到距离所述半导体衬底表面0um～2um深度的区域。


5.根据权利要求2所述的功率器件终端结构的形成方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪旭东，王聪，宋飞，梁昕，王珏，陈政，
申请(专利权)人：中芯集成电路制造绍兴有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33