功率半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体器件及其制造方法，在外延层的终端区中设置多个沿第一方向贯穿外延层延伸至衬底中的第二电阻场板结构，且多个第二电阻场板结构在第一平面内呈放射状设置，从靠近元胞区的一侧延伸至远离元胞区的一侧，多个紧耦合的第二电阻场板结构形成一个向四周发散的更均匀的三维电场分布，优化了对元胞区空间耗尽区电荷的引导束缚效果，提高了整个功率半导体器件的耐压性能；终端区的第二电阻场板结构与元胞区的第一电阻场板结构均为第二代基于体内电阻场板的超结技术，工艺兼容，制造成本低，且工艺难度低；采用基于深槽刻蚀的现代2.5维立体加工工艺，利于结构小型化设计和高密度化设计，更适应现代集成半导体器件超越摩尔的发展方向。体器件超越摩尔的发展方向。体器件超越摩尔的发展方向。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件及其制造方法


[0001]本专利技术属于半导体器件及集成电路
，尤其是涉及一种功率半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]受基于PN结电荷平衡的超结技术(Superjunction)的启发，有学者发现了体内电阻场板具有类似PN结超结作用，提出了一些基于体内电阻场板的有源器件结构，具有一些相对PN结超结性能优点。自上世纪70年代始，电阻场板就开始被应用于高压功率半导体器件，但主要用于高压功率半导体器件的表面或边缘，很少有用于体内的。
[0003]同时，高压功率半导体器件的有缘元胞结构承受的电压较高，为了提高其耐压能力，有必要在有源元胞结构的外围设置耐压终端结构；但是，如同PN结超结结构一样，在器件结构中，有源元胞结构先于耐压终端结构，现有技术中还没有发现基于体内电阻场板的耐压终端结构。
[0004]因此，如何提出一种基于体内电阻场板的耐压终端结构是目前急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种体内电阻场板终端耐压结构的技术方案，用于解决上述技术问题。
[0006]为了实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的技术方案如下。
[0007]一种功率半导体器件，包括：
[0008]衬底，具有相对设置的正面和背面；
[0009]外延层，设置在所述衬底的正面上，其包括在第一平面内相邻设置的元胞区和终端区，所述终端区包围所述元胞区；
[0010]有源区，设置在所述元胞区中且位于所述外延层的顶部，其内形成有元胞结构；
[0011]多个第一电阻场板结构，设置在所述外延层的元胞区中，沿第一方向贯穿所述外延层延伸至所述衬底中，多个所述第一电阻场板结构沿第二方向在所述第一平面内延伸；
[0012]多个第二电阻场板结构，设置在所述外延层的终端区中，沿所述第一方向贯穿所述外延层延伸至所述衬底中，多个所述第二电阻场板结构在所述第一平面内呈放射状设置，从靠近所述元胞区的一侧延伸至远离所述元胞区的一侧；
[0013]第一电极，设置在所述外延层的元胞区上，且与各个所述第一电阻场板结构欧姆接触；
[0014]第二电极，设置在所述外延层的终端区靠近所述元胞区的一侧上，与各个所述第二电阻场板结构欧姆接触，且所述第二电极包围所述第一电极；
[0015]第三电极，设置在所述外延层的终端区远离所述元胞区的一侧上，与各个所述第二电阻场板结构欧姆接触，且所述第三电极包围所述第二电极；
[0016]第四电极，设置在所述衬底的背面上，且通过所述衬底分别与各个所述第一电阻场板结构及各个所述第二电阻场板结构欧姆接触；
[0017]其中，所述第一平面平行于所述衬底的正面，所述第一方向垂直于所述第一平面。
[0018]可选地，在所述第一平面内，所述终端区拐角处的所述第二电阻场板结构与所述第二方向成45
°
角设置。
[0019]可选地，在所述第一平面内，从所述终端区的拐角处过渡到所述终端区的平边处，至少有一个所述第二电阻场板结构的形状呈Y字形。
[0020]可选地，在所述第一平面内，所述第三电极电接触与所述第二电极电接触之间的最小距离大于等于所述第一电阻场板结构沿着所述第一方向的尺寸。
[0021]可选地，在所述第一平面内，多个所述第一电阻场板结构沿着第三方向按照第一间距等间距设置，相邻两个所述第二电阻场板结构之间的最小距离小于等于所述第一间距，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向。
[0022]可选地，所述功率半导体器件还包括沟道阻断层，所述沟道阻断层设置在所述外延层的终端区中且位于所述外延层的顶部，所述沟道阻断层的掺杂类型与所述外延层相同。
[0023]可选地，所述功率半导体器件还包括RESURF掺杂区，所述RESURF掺杂区设置在所述外延层的终端区中且位于所述外延层的顶部，在所述第一平面内，所述RESURF掺杂区包围所述有源区，所述RESURF掺杂区的内边缘与所述有源区中元胞结构的电位相等，所述RESURF掺杂区的外边缘被所述第三电极包围。
[0024]可选地，所述功率半导体器件还包括耐压环、电阻场板、场板、变掺杂终端结构中的至少一种。
[0025]可选地，所述元胞结构至少包括：二极管元胞结构、MOSFET元胞结构、三极管元胞结构及IGBT元胞结构。
[0026]一种功率半导体器件的制造方法，包括步骤：
[0027]提供衬底，所述衬底具有相对设置的正面和背面，并在所述衬底的正面上形成外延层，所述外延层包括在第一平面内相邻设置的元胞区和终端区，所述终端区包围所述元胞区；
[0028]在所述外延层的元胞区内形成有源区，在所述有源区中形成元胞结构；
[0029]在所述外延层的元胞区内形成多个第一沟槽，在所述外延层的终端区内形成多个第二沟槽，所述第一沟槽沿第一方向穿过所述有源区以及所述外延层进入所述衬底，所述第二沟槽沿所述第一方向穿过所述外延层至所述衬底；
[0030]在所述第一沟槽内形成第一电阻场板结构，在所述第二沟槽内形成第二电阻场板结构；
[0031]在所述外延层上形成相互独立的第一电极、第二电极及第三电极，在所述衬底的背面上形成第四电极，所述第一电极与各个所述第一电阻场板结构欧姆接触，所述第二电极与各个所述第二电阻场板结构欧姆接触，所述第三电极与各个所述第二电阻场板结构欧姆接触，所述第四电极通过所述衬底分别与各个所述第一电阻场板结构及各个所述第二电阻场板结构欧姆接触；
[0032]其中，所述第一平面平行于所述衬底的正面，所述第一方向垂直于所述第一平面，
所述第一沟槽与所述第二沟槽由同一次工艺形成。
[0033]可选地，在提供所述衬底并形成所述外延层之后，在形成所述第一沟槽和所述第二沟槽之前，所述功率半导体器件的制造方法还包括步骤：
[0034]在所述外延层的终端区中形成RESURF掺杂区，在所述第一平面内，所述RESURF掺杂区包围所述有源区，所述RESURF掺杂区的内边缘与所述终端区的内边缘重合，所述RESURF掺杂区的外边缘被所述终端区的外边缘包围；
[0035]在所述外延层的终端区中形成沟道阻断层，所述沟道阻断层与所述终端区的外边缘重合。
[0036]可选地，在所述第一平面内，多个所述第一沟槽沿第二方向在所述第一平面内延伸，且多个所述第一沟槽沿着第三方向按照第一间距等间距设置，多个所述第二沟槽在所述第一平面内呈放射状设置，从靠近所述元胞区的一侧延伸至远离所述元胞区的一侧，且相邻两个所述第二沟槽之间的最小距离小于等于所述第一间距，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向。
[0037]可选地，在所述第一平面内，所述终端区拐角处的所述第二沟槽与所述第二方向成45
°
角设置。
[0038]可选地，在所述第一平面内，从所述终端区的拐角处过渡到所述终端区的平边处，至少有一个所述第二沟槽的形状呈Y字形。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：衬底，具有相对设置的正面和背面；外延层，设置在所述衬底的正面上，其包括在第一平面内相邻设置的元胞区和终端区，所述终端区包围所述元胞区；有源区，设置在所述元胞区中且位于所述外延层的顶部，其内形成有元胞结构；多个第一电阻场板结构，设置在所述外延层的元胞区中，沿第一方向贯穿所述外延层延伸至所述衬底中，多个所述第一电阻场板结构沿第二方向在所述第一平面内延伸；多个第二电阻场板结构，设置在所述外延层的终端区中，沿所述第一方向贯穿所述外延层延伸至所述衬底中，多个所述第二电阻场板结构在所述第一平面内呈放射状设置，从靠近所述元胞区的一侧延伸至远离所述元胞区的一侧；第一电极，设置在所述外延层的元胞区上，且与各个所述第一电阻场板结构欧姆接触；第二电极，设置在所述外延层的终端区靠近所述元胞区的一侧上，与各个所述第二电阻场板结构欧姆接触，且所述第二电极包围所述第一电极；第三电极，设置在所述外延层的终端区远离所述元胞区的一侧上，与各个所述第二电阻场板结构欧姆接触，且所述第三电极包围所述第二电极；第四电极，设置在所述衬底的背面上，且通过所述衬底分别与各个所述第一电阻场板结构及各个所述第二电阻场板结构欧姆接触；其中，所述第一平面平行于所述衬底的正面，所述第一方向垂直于所述第一平面。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，在所述第一平面内，所述终端区拐角处的所述第二电阻场板结构与所述第二方向成45
°
角设置。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，在所述第一平面内，从所述终端区的拐角处过渡到所述终端区的平边处，至少有一个所述第二电阻场板结构的形状呈Y字形。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，在所述第一平面内，所述第三电极电接触与所述第二电极电接触之间的最小距离大于等于所述第一电阻场板结构沿着所述第一方向的尺寸。5.根据权利要求1或2所述的功率半导体器件，其特征在于，在所述第一平面内，多个所述第一电阻场板结构沿着第三方向按照第一间距等间距设置，相邻两个所述第二电阻场板结构之间的最小距离小于等于所述第一间距，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向。6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件还包括沟道阻断层，所述沟道阻断层设置在所述外延层的终端区中且位于所述外延层的顶部，所述沟道阻断层的掺杂类型与所述外延层相同。7.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件还包括RESURF掺杂区，所述RESURF掺杂区设置在所述外延层的终端区中且位于所述外延层的顶部，在所述第一平面内，所述RESURF掺杂区包围所述有源区，所述RESURF掺杂区的内边缘与所述有源区中元胞结构的电位相等，所述RESURF掺杂区的外边缘被所述第三电极包围。8.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件还包括耐压环、电阻场板、场板、变掺杂终端结构中的至少一种。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，所述元胞结构至少
包括：二极管元胞结构、MOSFET元胞结构、三极管元胞结构及IGBT元胞结构。10.一种功率半导体器件的制造方法，其特征在于，包括步骤：提供衬底，所述衬底具有相对设置的正面和背面，并在所述衬底的正面上形成外延层，所述外延层包括在第一平面内相邻设置的元胞区和终端区，所述终端区包围所述元胞区；在所述外延层的元胞区内形成有源区，在所述有源区中形成元胞结构；在所述外延层的元胞区内形成多个第一沟槽，在所述外延层的终端区内形成多个第二沟槽，所述第一沟槽沿第一方向穿过所述有源区以及所述外延层进入所述衬底，所述第二沟槽沿所述第一方向穿过所述外延层至所述衬底；在所述第一沟槽内形成第一电阻场板结构，在所述第二沟槽内形成第二电阻场板结构；在所述外延层上形成相互独立的第一电极、第二电极及第三电极，在所述衬底的背面上形成第四电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭开洲，肖添，张嘉浩，杨永晖，蒋和全，李儒章，张培健，钟怡，王鹏，王育新，付晓君，唐昭焕，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：