基于介质定位的浮空场限环功率器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了基于介质定位的浮空场限环功率器件及制备方法，包括器件主体、高K介质槽区和P型浮空场限环；器件主体包括N型掺杂的半导体漂移区；高K介质槽区等间距布设在半导体漂移区的顶部中心，且包括凹槽和填充在凹槽内的高K介质；位于高K介质槽区之间的有源层形成为半导体岛区；半导体岛区通过P型掺杂形成P型浮空场限环，且P型浮空场限环的结深大于高K介质槽区的深度。凹槽为条状槽、网状槽或矩形槽等。本发明专利技术的P型浮空场限环基于介质凹槽进行定位，能减少掩膜等工艺步骤，凹槽内淀积的高K介质能有效调制表面电场并避免表面电荷对P型浮空场限环的影响，从而提高击穿电压，同时提高漂移区浓度，降低器件导通电阻。降低器件导通电阻。降低器件导通电阻。

【技术实现步骤摘要】
基于介质定位的浮空场限环功率器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体功率器件
，特别是一种基于介质定位的浮空场限环功率器件及制备方法。

技术介绍

[0002]功率器件是电力控制的核心器件，提高功率器件的击穿电压往往需要低的漂移区浓度，而降低比导通电阻需要高的漂移区浓度。因此，如何获得击穿电压和导通电阻之间的折衷关系，是功率器件设计的目标与难点之一。
[0003]场限环终端技术是功率器件中常用的结终端结构，通过变形终端结构的场限环，能够起到分压的作用，从而达到了提高击穿电压的目的。
[0004]传统浮空场限环的结构与场氧SiO2接触，容易受到表面电荷以及界面陷阱电荷的影响，特别是浅平面结的场限环结构，会因为表面电场的影响导致器件击穿电压下降，甚至于器件失效。而且，传统浮空场限环结终端结构的在耐压性能方面对浮空场限环的间距很敏感，工艺制备导致的场限环间距的变化会使浮空场限环位置偏离预期位置，且在边缘处引起局部高的峰值电场，使得器件提前发生击穿，从而影响器件耐压性能和可靠性的提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于介质定位的浮空场限环功率器件及制备方法，该基于介质定位的浮空场限环功率器件及制备方法通过高介电常数的介质来定位P型浮空场限环位置及作为栅场介质，实现基于介质定位的浮空场限环功率器件的新结构。这种基于介质定位的浮空场限环功率器件不仅能够通过高介电常数介质来定位浮空场限环的位置的大小，同时改善表面电荷效应，有效调制电场分布并实现提高击穿电压的目的。此外，高介电常数和P型场限环能够共同调制并提高漂移区的掺杂浓度，实现降低器件导通电阻的目的。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于介质定位的浮空场限环功率器件，包括器件主体、高K介质槽区和P型浮空场限环。
[0008]器件主体包括N型掺杂的半导体漂移区。
[0009]高K介质槽区等间距布设在半导体漂移区的顶部中心；高K介质槽区包括凹槽和填充在凹槽内的高K介质。
[0010]位于高K介质槽区之间的有源层形成为半导体岛区；半导体岛区通过P型掺杂形成P型浮空场限环，且P型浮空场限环的结深大于高K介质槽区的深度。
[0011]凹槽为沿半导体漂移区长度方向等间距布设的M个条状槽，M个条状槽之间形成M
‑
1个半导体岛区；其中，M≥3。
[0012]凹槽为网状槽，且网状槽的网孔数量不少于6个，半导体岛区位于网状槽的网孔位置。
[0013]凹槽为呈分布式的矩形槽，且矩形槽的数量不少于6个，每个矩形槽的长度方向均沿半导体漂移区的宽度方向。
[0014]凹槽内填充的高K介质的介电常数大于20。
[0015]高K介质槽区的深度为0.5～1微米；P型浮空场限环的结深比高K介质槽区的深度深0.1～1微米。
[0016]器件主体还包括有源层和布设在有源层顶部的场介质层。
[0017]半导体漂移区位于有源层内；场介质层为与高K介质槽区介质相同的高K介质。
[0018]器件主体还包括衬底、埋层、栅极金属、源极金属和漏极金属。
[0019]衬底、埋层和有源层均呈矩形，且从下至上依次布设。
[0020]有源层包括半导体阱区、半导体漏区和位于两者之间的所述半导体漂移区。
[0021]半导体阱区包括半导体源区和半导体接触区，半导体接触区位于半导体源区外侧。
[0022]源极金属布设在半导体源区和半导体接触区顶部，栅极金属布设在半导体源区和半导体漂移区之间的半导体阱区正上方的场介质层顶部；漏极金属布设在半导体漏区顶部。
[0023]一种基于介质定位的浮空场限环功率器件的制备方法，包括如下步骤：
[0024]步骤1、选择衬底，并依次在衬底顶部布设埋层和有源层。
[0025]步骤2、刻蚀凹槽：在有源层的顶部中心刻蚀等间距且等深度的凹槽，凹槽间凸起的有源层形成为半导体岛区。
[0026]步骤3、填充凹槽：采用介质淀积工艺，在每个凹槽中均淀积填满高K介质并平坦化，形成高K介质槽区。
[0027]步骤4、制作浮空场限环：采用离子注入，以光刻胶为掩膜，在每个半导体岛区顶部均进行P型掺杂，快速退火修复损伤，从而形成P型浮空场限环。
[0028]步骤5、制作阱区、源漏区域：采用离子注入工艺，并进行高温推进扩散，从而在有源层内形成半导体阱区、半导体接触区、半导体源区和半导体漏区；其中，半导体阱区和半导体漏区位于半导体漂移区两侧；半导体接触区和半导体源区位于半导体阱区顶部，且半导体接触区位于半导体源区外侧；在高温推进扩散过程中，步骤3填充的高K介质能防止高温工艺导致的P型浮空场限环横向扩散。
[0029]步骤6、制作场介质层：采用介质淀积工艺在有源层顶部再淀积一层与步骤3中高K介质同质的高K介质，作为场介质层并平坦化。
[0030]步骤7、刻蚀源漏接触孔：在场介质层中刻蚀源漏接触孔，源漏接触孔包括源接触孔和漏接触孔；其中，源接触孔与半导体接触区和半导体源区相接触，漏接触孔与半导体漏区接触。
[0031]步骤8、制备金属电极：在源接触孔内沉积源极金属，在漏接触孔内沉积漏极金属；在半导体源区和半导体漂移区之间的半导体阱区正上方的场介质层顶面沉积栅极金属；其中，栅极金属正下方的场介质形成为栅介质层。
[0032]步骤2中的凹槽为条状槽、网状槽或矩形槽。
[0033]本专利技术具有如下有益效果：
[0034]1、本专利技术通过形成高K介质槽区，可以任意控制P型浮空场限环的位置，避免工艺
过程中P型浮空场限环的位置偏移；同时高介电常数介质的调制作用可以形成特定的表面电场分布，并降低表面电荷效应对场限环的不良影响，从而提高器件击穿电压。
[0035]2、高K介质槽区的高介电常数和P型浮空场限环，能够共同调制并提高半导体漂移区的掺杂浓度，实现降低器件导通电阻的目的。
[0036]3、本专利技术的工艺制备仅需刻蚀和淀积工艺即可形成定位介质区，栅介质也采用同质介质，工艺可行性高。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例1中基于介质定位的浮空场限环功率器件的结构示意图。
[0038]图2为本专利技术实施例1中步骤1制成完成的结构示意图。
[0039]图3为本专利技术实施例1中步骤2凹槽刻蚀完成后的结构示意图。
[0040]图4为本专利技术实施例1中步骤3在凹槽内淀积高K介质后的结构示意图。
[0041]图5为本专利技术实施例1中步骤5制成完成的结构示意图。
[0042]图6为本专利技术实施例1中步骤6场介质层制作完成后的结构示意图。
[0043]图7为本专利技术实施例1和传统功率器件性能的对比图。
[0044]图8为本专利技术实施例2中步骤2凹槽刻蚀完成后的结构示意图。
[0045]图9为本专利技术实施例2中步骤3在凹槽内淀积高K介质后的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：包括器件主体、高K介质槽区和P型浮空场限环；器件主体包括N型掺杂的半导体漂移区；高K介质槽区等间距布设在半导体漂移区的顶部中心；高K介质槽区包括凹槽和填充在凹槽内的高K介质；位于高K介质槽区之间的有源层形成为半导体岛区；半导体岛区通过P型掺杂形成P型浮空场限环，且P型浮空场限环的结深大于高K介质槽区的深度。2.根据权利要求1所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：凹槽为沿半导体漂移区长度方向等间距布设的M个条状槽，M个条状槽之间形成M
‑
1个半导体岛区；其中，M≥3。3.根据权利要求1所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：凹槽为网状槽，且网状槽的网孔数量不少于6个，半导体岛区位于网状槽的网孔位置。4.根据权利要求1所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：凹槽为呈分布式的矩形槽，且矩形槽的数量不少于6个，每个矩形槽的长度方向均沿半导体漂移区的宽度方向。5.根据权利要求1所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：凹槽内填充的高K介质的介电常数大于20。6.根据权利要求1所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：高K介质槽区的深度为0.5～1微米；P型浮空场限环的结深比高K介质槽区的深度深0.1～1微米。7.根据权利要求1所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：器件主体还包括有源层和布设在有源层顶部的场介质层；半导体漂移区位于有源层内；场介质层为与高K介质槽区介质相同的高K介质。8.根据权利要求8所述的基于介质定位的浮空场限环功率器件，其特征在于：器件主体还包括衬底、埋层、栅极金属、源极金属和漏极金属；衬底、埋层和有源层均呈矩形，且从下至上依次布设；有源层包括半导体阱区、半导体漏区和位于两者之间的所述半导体漂移区；半导体阱区包括半导体源区和半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳飞，林琰琰，李昂，胡子伟，姚清，郭宇锋，蔡志匡，李曼，杨可萌，张珺，陈静，张茂林，
申请(专利权)人：南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：