具有性能增强的边缘终端的集成高压功率器件制造技术

可以有效地防止当必须实现集成器件的主结（Ｐ＿ｔｕｂ１，（Ｐ＿ｔｕｂ２，…）的周界高压环扩展注入区（ＲＨＶ）的中断时出现的不稳定性以及相关的缺点。通过非常简单的方法获得这个重要的结果：无论何时必须形成高压环扩展的中断（Ｉ），不是实现为沿着周界注入区的普通垂直方向直穿过它，相反，窄中断限定为倾斜地穿过周界高压环扩展的宽度。在直中断的情况下，倾斜角α通常可以包括在３０度和６０度之间，并且更优选地是４５度或者接近４５度。无疑地，当实现周界高压环扩展区时，通过掩蔽窄中断以免掺杂剂注入来形成窄中断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及集成器件，包括双极结型的或者MOS型的功率晶体管，并且更具体地涉及其用于增强集成器件的高压击穿特性的边缘终端。现有技术论述当集成指定工作在相对高电压的功率器件时，必须确保集成器件的主结的击穿电压足够高，例如，功率双极结晶体管(BJT)的基极-集电极P-N结或者功率MOS的体-漏结。这通过实现合适的边缘终端或者边缘结构来实现，该边缘终端或者边缘结构能够降低通常与半导体芯片的边缘重合的集成结构的周界周围的这些危险结的曲率效应。如熟练的设计者所熟知的，合适的边缘终端可以获得接近完美的性能，更确切地说它可确保器件的击穿电压BV与无限平面平行结的理论BV几乎一致或者接近无限平面平行结的理论BV。根据熟知的方法，边缘终端依靠主结的扩展，这通过以下来实现通过离子注入形成主结的连续环形扩展，通常称为高压环(简称RHV)，该高压环环绕集成器件结构的周界或者作为周界的实质部分。根据常见的制造技术，沿着由集成功率晶体管并且通常还由集成在同一芯片上的控制电路所占据的有源区的周界形成主结的这种扩展，这通过以下来实现通过离子注入技术引入受控剂量的掺杂剂以实现电连接到主结的环状注入扩展区，例如，到集成器件的电流端(集电极或者漏极)，由半导体衬底上生长的外延层(EPI)中的扩散区(例如，P_tub扩散)表示。附图说明图1的局部横截面视图示出集成功率BJT的典型边缘终端。这样，在施加到衬底的电压增加时，主结的高压环RHV扩展区(P_tub)完全耗尽，并且电势在表面沿着高压RHV扩展的整个长度分布，因此降低了主结的边缘曲率效应以及表面处电场的强度。由于通过实现高压环扩展RHV而实施的这种“展宽”机制，器件可以达到接近无限平面平行结的极限情况的击穿电压，即几乎百分之百的性能。在这种沿着功率晶体管的集成结构的全部或者至少部分周界存在主结的高压环扩展RHV的边缘终端结构中，注入高压环RHV区物理上侵占功率晶体管的主扩散(例如，集电极或者漏极)。也就是说，RHV扩展区的注入掩模限定与主扩散部分交迭的注入窗口。事实上，集成电路的版图可包括更多集成功率晶体管及含有信号处理电路的控制区。通常，可能有几个导电类型相同的不同扩散，更确切地说，形成在过高压下可能具有击穿危险的主结，该过高压可以通过半导体衬底施加到主结上，主结彼此并列并通过导电类型相反的通常为轻掺杂区隔离，该轻掺杂区通常是在半导体晶体衬底上形成的外延生长层。这些类型相同的不同主扩散在集成器件工作期间通常可能呈现不同的电压。在这些情况下，中断高压环扩展RHV的连续性是必需的，这通过以下来实现通过在RHV注入掩模中限定在可能呈现不同电压的、类型相同的不同扩散之间的轻掺杂隔离区扩散上方的周界(perimetral)或者环注入区扩散的窄中断I，如图2所示。当然，实现要成为连续的注入高压环扩展区的连续性的这些必需的窄中断的需要可确定边缘终端结构对出现在与集成功率器件的周界至少部分重合的单晶硅芯片的周界部分上方的介电层中电荷存在的灵敏度，从而导致击穿电压的不稳定性(“游动(walk in/walkout)”)。另一方面，注入掺杂剂的高压环扩展的连续性的这种必需的窄中断必须形成所需要的尺寸以便对于在导电类型相同的不同主扩散之间的给定期望电压差，这些主扩散通过导电类型相反的轻掺杂外延区隔离，并且直至可施加到这种主结的既定最大反向电压，这些扩散有效地保持彼此绝缘，更确切地说，有效地防止了经由穿通通过跨接寄生晶体管的沿着这些扩散的注入高压环扩展的任何电流通过。虽然在正常的工作电压期间，注入扩展区RHV的连续性的中断防止了从正在谈论的扩散到相邻扩散的这种电流流动，但从击穿电压特性方面来说，一旦超出施加到主结的某个反向电压并且超出甚至更多以致接近击穿电压，则耗尽区的加宽致使高压环扩展的物理中断相对可忽略，虽然存在窄中断，仍实际上导致电连续。专利技术概述目前已发现克服存在注入高压环扩展的窄中断时可能出现的击穿电压的显著不稳定性的有效方法。根据本专利技术，已发现可有效地防止当必须实现周界高压环扩展的中断时出现的所述不稳定性以及相关的缺点。通过非常简单的方法获得这个重要结果无论何时必须形成高压环扩展的中断，不是实现为沿着周界注入区的普通垂直方向直穿过它，相反，窄中断限定为倾斜地穿过周界高压环扩展的宽度。在直中断的情况下，倾斜角通常可以包括在30度和60度之间，并且更优选地是45度或者接近45度。无疑地，当实现周界高压环扩展区时，通过掩蔽窄中断以免掺杂剂注入来形成窄中断。已经证明，通过在需要的地方实现穿过高压环注入区宽度的倾斜窄中断，而不是如通常依照现有技术所做的直穿过的垂直中断，形成条件，通过形成的条件，对应于中断，等势线位于区中，该区的平均掺杂剂浓度可认为实际上比直穿过、垂直中断的情况更接近高压环扩散的掺杂剂浓度得多，在直穿过、垂直中断的情况中，等势线位于相对低的掺杂剂浓度区中(典型地在外延区EPI中)。通过这样做，由于上述原因，尽管在高压环扩展的连续性中存在物理中断，会经由未中断的高压环扩展的存在来确定的电学条件得到更精确地再现。本专利技术在所附权利要求书中限定。附图简述图1示出如上所述包括集成功率晶体管结构的器件的典型边缘终端的局部横截面。图2是根据已知技术的主扩散的注入高压环扩展区的物理中断的详细设计视图，该物理中断用于防止电流从集成器件的类型相同的一个扩散流到另一个并列的主扩散。图3是根据本专利技术在注入高压环扩展区中形成的物理中断的详细设计视图。本专利技术实施例说明参照图3，为了防止电流从集成器件的一个主扩散P_tub1流到另一个类型相同的并列的主扩散P_tub2，集成器件的边缘终端结构的注入高压环扩展RHV的窄中断I。通过将图2的现有技术设计和图3的新颖设计进行比较可看出，窄中断I限定为基本倾斜于高压环扩展RHV的纵向。与图2中所表示的通常实践相似，对应于在两个主扩散P_tub1和P_tub2之间的间隔外延层区EPI实现注入周界RHV区的中断I，主扩散中的一个可能属于或者构成功率晶体管的外延集电极或者漏极区，并且另一个属于控制电路区，在工作期间，两个主扩散可能处于不同电势。在这些情况下，必须通过实际确定穿过周界高压扩散RHV宽度的窄EPI沟道的存在，中断与两个不同的扩散P_tub1和P_tub2并合在一起的周界高压环扩展RHV。当然，窄中断I必须足够宽以确保在器件的正常运行状态期间不同的扩散P_tub1和P_tub2，上至不同扩散之间的额定最大电压差以及上至某个反向电压，保持电绝缘，从而防止电流经由寄生PNP晶体管的穿通从一个主扩散穿过RHV区流到另一个主扩散，该寄生PNP晶体管形成于所示例子的情况中。相反，在击穿状态下，如已注意到的，一旦超出某个最大允许反向电压，耗尽区的加宽实际上使得掺杂高压环扩展RHV的表现好像沿着掺杂高压环扩展RHV没有中断一样。在图3所示的示范实施例中，限定中断I的倾斜角α为约45°。容易注意到，通过将图2的RHV扩展的窄中断I的现有技术设计与根据图3的本专利技术所制造的功能相似的中断I的设计进行比较，在击穿状态下，在中断I的现有技术设计的情况下，等势线在环形高压环掺杂扩展RHV的并列端之间的间隔EPI沟道中延伸至周界RHV扩展区的整个宽度，在本专利技术的中断设计的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成器件，包括至少一个功率晶体管，所述集成器件的扩散构成所述晶体管的主结和电流端，边缘终端，包括与所述主结扩散部分交迭并且沿着所述集成器件的至少一部分周界延伸的高压环扩展注入区，以及至少另一还与所述高压环扩展注入区部分交迭的与所述主结扩散类型相同的扩散，而且其中，必须在所述注入扩展区的掺杂剂浓度的较低掺杂剂浓度区上方中断所述周界高压环扩展注入区的连续性，其特征在于所述周界高压环扩展注入区的连续性的窄中断并不限定为与所述周界环扩展垂直，而是倾斜的，用于在击穿电压状态 下保持包括所述高压环扩展在内的所述边缘终端的性能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-9-14 04425681.61.一种集成器件，包括至少一个功率晶体管，所述集成器件的扩散构成所述晶体管的主结和电流端，边缘终端，包括与所述主结扩散部分交迭并且沿着所述集成器件的至少一部分周界延伸的高压环扩展注入区，以及至少另一还与所述高压环扩展注入区部分交迭的与所述主结扩散类型相同的扩散，而且其中，必须在所述注入扩展区的掺杂剂浓度的较低掺杂剂浓度区上方中断所述周界高压环扩展注入区的连续性，其特征在于所述周界高压环扩展注入区的连续性的窄中断并不限定为与所述周界环扩展垂直，而是倾斜的，用于在击穿电压状态下保持包括所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：DG帕蒂，G塞坦尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]