高可靠性场限环终端结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种半导体器件的终端结构，尤其是一种高可靠性场限环终端结构，属于半导体器件的技术领域。按照本实用新型专利技术提供的技术方案，所述高可靠性场限环终端结构，包括第一导电类型衬底以及设置于所述第一导电类型衬底内的主结，所述主结包括柱面结；在第一导电类型衬底内设置与柱面结适配的第二导电类型柱面结掺杂区，所述第二导电类型柱面结掺杂区在第一导电类型衬底内包覆与柱面结相对应的第二导电类型基区，且第二导电类型柱面结掺杂区的底部位于柱面结的下方。本实用新型专利技术能有效提高终端的击穿电压，与现有工艺与兼容，提高功率器件的可靠性。提高功率器件的可靠性。提高功率器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高可靠性场限环终端结构


[0001]本技术涉及一种半导体器件的终端结构，尤其是一种高可靠性场限环终端结构，属于半导体器件的


技术介绍

[0002]功率器件是一个开关器件，要求导通电阻小，关断阻断电压高。功率器件一般由两大部分组成：包括位于中心的元胞结构以及位于边缘的终端结构；其中，位于边缘的终端结构主要是扩展终端区域的电场分布，降低终端电场集中效应，提高终端区域的耐压。目前，终端结构包括场限环结构(guard ring)或终端扩展结构(JTE)等等，场限环结构终端应用最为广泛，广泛应用于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)器件、MOSFET(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor)器件等的终端结构。
[0003]图1为无场限环时的典型终端结构，具体地，包括主结9，所述主结9的边缘包括形成圆弧状的柱面结5以及呈平面状的平面结6；在耐压状态下，可得到主结9的电势线分布，即为图1中的耐压第一等势线8。由图1中的耐压第一等势线8可知，主结9的电势线分布形状和主结9的形状基本一致：平面结6区域的等势线为水平线，而柱面结5区域的等势线为弧状结构。
[0004]根据半导体基本理论可知，呈弧形电势线分布位置会导致电场集中，因此，柱面结5的电场强度会大于平面结6的电场强度，导致柱面结5的击穿电压会小于平面结6的击穿电压。根据半导体理论初步计算显示，柱面结5一般击穿电压很难达到平面结6击穿电压的50％。由于主结9的平面结6击穿电压和器件元胞结构的击穿电压基本相同，因此，在耐压状态下，主结9边缘的柱面结5会首先发生击穿，导致功率器件的BV(击穿耐压)过低。
[0005]为了防止主结9的柱面结5过早发生击穿，目前主流的方式是在主结9外围增加场限环结构，通过调整场限环宽度以及场限环之间的间距，可以将终端弯曲的电势进行扩展。
[0006]带有场限环结构的终端结构中，由于主结9附近弯曲的等势线被扩展，因此，主结9的柱面结5处电场可以得到显著降低，从而可以提高终端整体击穿电压，理论上场限环终端耐压可以达到平面结6耐压的90％左右。通过增加场限环数量、仔细调整场限环间距和场限环宽度或者金属场板的尺寸，带有场限环的终端耐压可以达到主结击穿电压的90％以上，但是却无法超过平面结6的击穿电压。
[0007]目前，主流的场限环结构(包含有场板结构)作用是扩展主结9的柱面结5处的电势，缓解电场集中，但是由于柱面结5和平面结6是相同结深，因此，这种终端结构最大耐压是无法超过平面结6的，只能通过增加终端宽度以及调整场限环结构来逼近平面结6击穿电压。
[0008]综上，对于传统场限环结构的功率器件，在阻断状态下的击穿位置一般位于主结9的柱面结5处或者场限环
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柱面结的结合部，击穿位置比较集中，导致器件击穿状态下热分布集中，从而EAS(单脉冲雪崩击穿能量)能力以及耐压能力较弱。

技术实现思路

[0009]本技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高可靠性场限环终端结构，其能有效提高终端的击穿电压，与现有工艺与兼容，提高功率器件的可靠性。
[0010]按照本技术提供的技术方案，所述高可靠性场限环终端结构，包括第一导电类型衬底以及设置于所述第一导电类型衬底内的主结，所述主结包括柱面结；
[0011]在第一导电类型衬底内设置与柱面结适配的第二导电类型柱面结掺杂区，所述第二导电类型柱面结掺杂区在第一导电类型衬底内包覆与柱面结相对应的第二导电类型基区，且第二导电类型柱面结掺杂区的底部位于柱面结的下方。
[0012]所述第二导电类型柱面结掺杂区的掺杂浓度小于第二导电类型基区的掺杂浓度，第二导电类型柱面结掺杂区的横向宽度大于柱面结的横向宽度；
[0013]耐压时，所述第二导电类型柱面结掺杂区处于耗尽状态。
[0014]在第一导电类型衬底的终端区域内设置若干第二导电类型场限环，所述第二导电类型场限环环绕包围主结。
[0015]还包括设置于第一导电类型衬底内的第二导电类型场限环掺杂扩散区组，所述第二导电类型场限环掺杂扩散区组包括若干第二导电类型场限环掺杂扩散区，第二导电类型场限环扩散区组内第二导电类型场限环掺杂扩散区的数量不多于第一导电类型衬底内第二导电类型场限环的数量，其中，一第二导电类型场限环掺杂扩散区与一第二导电类型场限环正对应；
[0016]对任一第二导电类型场限环掺杂扩散区以及与所述第二导电类型场限环掺杂扩散区正对应的第二导电类型场限环，所述第二导电类型场限环位于所述第二导电类型场限环掺杂扩散区内。
[0017]所述第二导电类型场限环掺杂扩散区的掺杂浓度小于第二导电类型场限环的掺杂浓度；
[0018]耐压时，所述第二导电类型场限环掺杂扩散区处于耗尽状态。
[0019]所述第二导电类型场限环掺杂扩散区的结深与第二导电类型柱面结掺杂区在第一导电类型衬底内的结深相一致。
[0020]任一第二导电类型场限环均与一场限环金属场板欧姆接触，所述场限环金属场板位于第一导电类型衬底正面的上方，并支撑在第一导电类型衬底正面上的绝缘介质层上。
[0021]主结内的第二导电类型基区与第一导电类型衬底上方的源极金属欧姆接触。
[0022]在第一导电类型衬底内还设置第一导电类型场截止环，所述第一导电类型场截止环与第一导电类型衬底上方的截止环金属场板欧姆接触。
[0023]还包括设置于第一导电类型衬底背面的背面电极结构。
[0024]本技术的优点：设置与柱面结对应的第二导电类型柱面结掺杂区以及至少一个与第二导电类型场限环对应的第二导电类型场限环掺杂扩散区，第二导电类型柱面结掺杂区包覆与柱面结对应的第二导电类型基区；与第二导电类型场限环掺杂扩散区对应的第二导电类型场限环位于所述第二导电类型场限环掺杂扩散区内，利用第二导电类型柱面结掺杂区扩展柱面结区域的电场，改变电场分布，实现柱面结的更高耐压；利用第二导电类型场限环掺杂扩散区扩散正对应第二导电类型场限环的电场，改变电场分布，实现终端更高耐压，即能有效提高终端的击穿电压，与现有工艺与兼容，提高功率器件的可靠性。
附图说明
[0025]图1为现有无场限环的终端结构。
[0026]图2为本技术终端结构的一种实施示意图。
[0027]图3为本技术终端结构的另一种实施示意图。
[0028]图4为本技术终端结构耐压时的电场分布示意图。
[0029]附图标记说明：1
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N型衬底、2
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背面金属层、3
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截止环金属场板、4
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N+截止环、5
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柱面结、6
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平面结、7
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绝缘介质层、8
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耐压第一等势线、9
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性场限环终端结构，包括第一导电类型衬底以及设置于所述第一导电类型衬底内的主结，所述主结包括柱面结；其特征是：在第一导电类型衬底内设置与柱面结适配的第二导电类型柱面结掺杂区，所述第二导电类型柱面结掺杂区在第一导电类型衬底内包覆与柱面结相对应的第二导电类型基区，且第二导电类型柱面结掺杂区的底部位于柱面结的下方。2.根据权利要求1所述的高可靠性场限环终端结构，其特征是：所述第二导电类型柱面结掺杂区的掺杂浓度小于第二导电类型基区的掺杂浓度，第二导电类型柱面结掺杂区的横向宽度大于柱面结的横向宽度；耐压时，所述第二导电类型柱面结掺杂区处于耗尽状态。3.根据权利要求1所述的高可靠性场限环终端结构，其特征是：在第一导电类型衬底的终端区域内设置若干第二导电类型场限环，所述第二导电类型场限环环绕包围主结。4.根据权利要求3所述的高可靠性场限环终端结构，其特征是：还包括设置于第一导电类型衬底内的第二导电类型场限环掺杂扩散区组，所述第二导电类型场限环掺杂扩散区组包括若干第二导电类型场限环掺杂扩散区，第二导电类型场限环扩散区组内第二导电类型场限环掺杂扩散区的数量不多于第一导电类型衬底内第二导电类型场限环的数量，其中，一第二导电类型场限环掺杂扩散区与一第二导电类型场限环正对应；对任一第二导电类型场限环掺杂扩散区以及与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，吴凯，张广银，任雨，朱阳军，
申请(专利权)人：江苏芯长征微电子集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：