具有终端保护结构的半导体功率器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，并包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽在垂直方向上紧邻该氧化层，并延伸入该外延层内，其中，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘。本实用新型专利技术的半导体功率器件，极大地缩短了功率器件终端保护区的长度，并提高了功率器件的耐压能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体设备，更具体地，是一种具有终端保护结构的半导体功率器件。
技术介绍
通常，如图1所示，半导体功率器件包括有源区11 (即元胞区)和终端保护区12。其中，有源区为功率器件的工作区域。以N沟道MOS器件为例，有源区是在硅衬底上形成外延层，并在外延层上进一步形成P阱区。其中，硅衬底为N+区域，工作时底部接高电位，外延层为N-区域。终端保护区用于确保各有源区在划片之后，降低表面电场强度，防止器件的边缘击穿。这是因为，在通常的有源区划片之后，位于芯片边缘的侧面(即划片区)与底部等电位，所以，在最边缘区域，如果不加任何动作，就需在横向承担很高的电压。因此，将芯片的最侧面延长，形成终端保护区，成为业界的常规做法。终端保护区具有多种结构设置。例如，在常用的手段中，终端保护区内可增加一个或多个P阱，形成保护环或分压环。同时，在现有的工艺中，为防止在终端保护区的最边缘部分表面的N-区域反型产生寄生的三极管，还可在终端的最边缘部分注入一个N阱，形成截止环结构。然而，在现有的终端保护结构中，整个终端耐压区的尺寸都比较大，其长度通常远大于有源区外延层的厚度，这会占用不少芯片面积，提升了制造成本。因此，需要一种具有新型终端保护结构的半导体功率器件。
技术实现思路
本技术的目的，在于解决现有的半导体功率器件中因出于耐压能力考虑而导致的终端保护区长度过长的问题，从而提出了一种创新的具有新型终端保护结构的半导体功率器件。本技术的具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，该有源区包括第一类导电类型的衬底层、形成于该衬底层上的第一类导电类型的外延层以及形成于该外延层上的第二类导电类型的阱层，该外延层上方覆盖有氧化层和金属层，该氧化层和金属层延伸到该终端保护区内，所述终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽在垂直方向上紧邻该氧化层，并延伸入该外延层内，其中，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘。优选地，所述沟槽的所述第二边缘未与该有源区相接触。优选地，所述沟槽的所述第二边缘紧贴该有源区。优选地，所述沟槽延伸入所述外延层的深度为所述外延层的整个深度的10%到130%之间。优选地，所述沟槽穿过所述外延层并延伸入所述衬底层内。优选地，所述沟槽的宽度为10微米到70微米之间。优选地，所述绝缘材料为二氧化硅或氮化硅。优选地，所述半导体功率器件为垂直结构的功率管。优选地，所述半导体功率器件为场效应管。优选地，所述半导体功率器件为绝缘栅双极晶体管。优选地，所述半导体功率器件为功率二极管。本技术的半导体功率器件，由于采用的终端保护结构中设置有填充绝缘材料的深槽，将半导体功率器件的侧边和底部进行了电隔离，从而极大地缩短了功率器件终端保护区的长度，并提高了功率器件的耐压能力。附图说明图1为半导体功率器件的俯视图；图2为在一个实施方式中，本技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的首丨J视图;图3为在第二个实施方式中，本技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的剖视图；图4为在第三个实施方式中，本技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的剖视图；图5为在第四个实施方式中，本技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的剖视图；图6为本技术的具有终端保护结构的半导体功率器件的制备流程示意图；图7为图6中步骤S 100的工艺示意图；图8为图6中步骤S200的工艺示意图；图9为图6中步骤S300的工艺示意图；图10为图6中步骤S400的工艺示意图；图11为本技术的半导体功率器件内部的电势分布图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式，对本技术的半导体功率器件的结构、制备流程以及实质性特点进行详细说明。总体而言，本技术的半导体功率器件，在终端保护区内设置有一个沟槽，该沟槽由器件氧化层所在的一面(即顶部)自外延层开设，并向下延伸，优选地可延伸至衬底层。另一方面，在宽度方向上，该沟槽的一个侧边与划片边缘相重合，即对晶片进行划片时，在纵向上穿过该沟槽进行切割，该沟槽的另一个侧边靠近或紧贴有源区，并且该沟槽内填充满绝缘材料。由此实现功率器件侧边和底部的电隔离，从而无需像现有技术那样，对终端保护区的尺寸进行过长设计，这减少了器件的尺寸，同时也提升了耐压能力。具体地，如图2-5所示，本技术的半导体功率器件，包括有源区以及围绕该有源区设置的终端保护区(图中仅示出了一个切片侧的剖示图)，常规地，终端保护区具有一个划片边缘21，在半导体晶片制备完成后，纵向上切过该划片边缘21进行划片处理，形成半导体器件。并且，有源区包括第一类导电类型的衬底层1、形成于该衬底层I上的第一类导电类型的外延层2以及形成于该外延层2上的第二类导电类型的阱区6，该外延层2上方覆盖有氧化层4和金属层5。对于上表面为P阱的器件而言，该第一类导电类型的衬底层I为N类型的衬底层，该第一类导电类型的外延层2为N类型的外延层，该阱区6为P阱区。容易理解，相对应地，对于上表面为N阱的器件而言，该第一类导电类型的衬底层I为P类型的衬底层，该第一类导电类型的外延层2为P类型的外延层，该阱区6为N阱区。特别地，继续结合附图2-5，终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽3，沟槽3在垂直方向上紧邻该氧化层4,并延伸入外延层2内，其中,沟槽3在宽度方向上包括一个与划片边缘21相重叠的第一边缘31以及与第一边缘31相对的第二边缘32。更具体地，第二边缘32朝向有源区，并向有源区延伸，第二边缘32在横向距离上距有源区的距离可以为一定距离，即未与该有源区相接触。优选地，第二边缘32可延伸至紧贴有源区，即与阱区6相接触。在图2-5所示的实施方式中，图2、3示出了第二边缘32未与有源区相接触的实施方式，而图4、5示出了第二边缘32紧贴有源区设置的实施方式。另一方面，在纵向上，沟槽3延伸入外延层2的深度为外延层2的整个深度的10%至IJ 130%之间。因此，沟槽3可以仅延伸入外延层2，但是未进入衬底层I内。但是，优选地，在本技术的一个实施方式中，沟槽3穿过外延层2并延伸入衬底层I内。如图2、4所示，示出了沟槽3未延伸入衬底层I内的情形，如图3、5所示,示出了沟槽3延伸入衬底层I内的情形。在图2-5所示的各实施方式中，能最佳地达到本技术目的的优选方式为图5所示的情形，即沟槽3的第二边缘32紧贴有源区，并且沟槽3在深度方向上延伸入衬底层I。具体地，沟槽3在宽度方向上第二边缘32紧贴有源区是为了使终端长度最小；竖直方向上需要穿通整个外延层2伸入到衬底层I是因为:外延层2作为承担器件耐压的漂移区，虽然整个终端保护区在芯片断面中，最重要的部分是贴近芯片上表面的几个微米深的区域，但是如果把整个外延层挖槽挖穿，就是把整个芯片外延层的侧面完全的与芯片底部的高压进行隔离，这样可以最好地达到本技术的目的。例如，在本技术的一个最优的实施方式中，沟槽3紧贴有源区设置，其宽度可设置为15微米左右，并且在深度方向上延伸入外延层2的深度为外延层2的整个深度的110%。继续结合图2-5，在具体的参数设置方面，沟槽3的宽度为10微米到70微米之间。如上所述，优选地，沟槽的宽度为15微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有终端保护结构的半导体功率器件，包括有源区以及环绕该有源区设置的终端保护区，该终端保护区具有划片边缘，该有源区包括第一类导电类型的衬底层、形成于该衬底层上的第一类导电类型的外延层以及形成于该外延层上的第二类导电类型的阱层，该外延层上方覆盖有氧化层和金属层，该氧化层和金属层延伸到该终端保护区内，其特征在于，所述终端保护区包括一个填充满绝缘材料的沟槽，该沟槽在垂直方向上紧邻该氧化层，并延伸入该外延层内，其中，该沟槽在宽度方向上包括一个与该划片边缘相重叠的第一边缘以及与该第一边缘相对的第二边缘。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林敏之，陈伟，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：