一種超結功率器件及其制造方法與流程

本發明涉及一種功率器件，具體是一種超結功率器件及其制造方法。

背景技術：

垂直雙擴散場效應晶體管(簡稱VDMOS)是一種發展迅速、應用廣泛的新型功率半導體器件。它在普通垂直雙擴散金屬氧化物半導體基礎上，引入超結(Super junction)結構，使之具有VDMOS輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩定性好、驅動電路簡單的優點。它的兩極分別在器件的兩側，使電流在器件內部垂直流通，增加了電流密度，改善了額定電流，單位面積的導通電阻也較小，是一種用途非常廣泛的功率器件。

場限環技術是目前功率器件中最為普遍采用的分壓結構之一。其工藝簡單，可以與有源區一起擴散形成，無須增加工藝步驟。結終端擴展技術是在主結的周圍制作一圈輕摻雜的P型區域。當主結反偏時，結終端擴展區域會同時被耗盡。此時就相當于在漂移區的耗盡區內部引入了負電荷，這些負電荷將耗盡擴展，并且本身也能吸收一部分電場，從而減小主結邊緣處的電場尖峰，進而提高器件的抗擊穿能力。

目前常用的超結功率器件常用的場限環結構示意如圖1所示，其中1表示硅片，2表示N型外延層，3表示P柱，6表示N型注入結，7表示介質層。這種結構的表面氧化層經常存在一些雜質，導致其表面產生界面電荷，從而會對超結功率器件表面電勢產生很大影響，影響分壓效果，從而使擊穿電壓降低。同時在制造過程中P柱區域表面經過超結功率器件多次熱過程后離子濃度會降低，影響表 面擊穿強度，降低超結功率器件擊穿電壓，影響器件性能。

技術實現要素：

本發明的一個目的是解決提高超結功率器件表面的擊穿電壓。

為此目的，本發明提出了一種在分壓區域內采用寬度不同的P柱以提高超結功率器件的表面離子濃度，從而減小界面電荷對超結功率器件表面電勢的影響，同時提高了超結功率器件表面擊穿電壓的超結功率器件和制造方法。

本發明提供了一種超結功率器件，包括有源區、分壓區域、截止環區域和劃片道區域，所述分壓區域設置于所述有源區的外圍，所述截止環區域設置于所述有源區的外圍，所述劃片道區域設置于所述截止環區域的外圍，

所述分壓區域內形成有多個間距相同的P柱，并且由有源區向所述截止環方向上P柱的寬度逐漸減小。

進一步的，所述有源區也包括多個間距相同的P柱，并且所述有源區內的P柱寬度相同。

進一步的，每一個P柱內的P型離子的濃度相同。

進一步的，所述分壓區域內還形成有淺P型注入結，且所述淺P型注入結與所有所述分壓區域內的P柱相接觸。

進一步的，所述有源區域內還形成有P型主結，所述P型主結與所述淺P型注入結相接觸，深度大于所述淺P型注入結。

進一步的，所述截止環區域內形成有N型注入結，并且所述N型注入結的深度小于所述淺P型注入結。

本發明還提供了一種超結功率器件的制造方法，包括：

在硅片上的分壓區域內形成多個P柱，且分壓區域內的P柱間距相同，且由有源區向所述截止環的方向上P柱的寬度逐漸減小。

進一步的，所述在硅片上的分壓區域內形成多個P柱之后，所述方法還包括：

使用光刻膠作為掩膜，在分壓區域內形成淺P型注入結，且所述淺P型注入結與所有所述分壓區域內的P柱相接觸。

進一步的，所述方法還包括：

在所述有源區域內形成P型主結，所述P型主結與所述淺P型注入結相接觸，深度大于所述淺P型注入結。

進一步的，所述方法還包括：

在所述截止環區域內形成N型注入結，并且所述N型注入結的深度小于所述淺P型注入結。

通過采用本發明所公開的超結功率器件和制造方法，通過在所述分壓區域形成多個間距相同，向所述截止環方向寬度逐漸減小的P柱，提高了分壓區域表面離子濃度，減小了氧化層表面積累的電場對分壓區域的影響；采用結深較淺，濃度較低的淺P型注入結與P柱結合形成結終端擴展結構，淺P型注入結的作用是減小氧化層中的正電荷表面形成的電子積累層形成的電場尖峰同時提高了超結功率器件的表面擊穿強度，減少分壓區域面積，提高器件性能，降低器件制造成本。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中：

圖1是現有技術的超結功率器件的結構示意圖；

圖2示出了本發明的實施例一的超結功率器件的結構示意圖；

圖3(a)～圖3(d)示出了本發明的實施例二的超結功率器件的制造方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。。

實施例一：

如圖1所示，本實施例的超結功率器件，包括有源區、分壓區 域、截止環區域和劃片道區域，所述分壓區域設置于所述有源區的外圍，所述截止環區域設置于所述有源區的外圍，所述劃片道區域設置于所述截止環區域的外圍，

所述分壓區域包括多個間距相同的P柱3，并且由有源區向所述截止環方向上P柱3的寬度逐漸減小。

所述超結功率器件的分壓區域采用寬度不同的P柱3來減小功率器件的表面電場強度，使單位面積內的P型離子濃度發生變化，從而提高了分壓區域表面離子濃度，減小了氧化層表面積累的電場對分壓區域的影響。

在本實施例中，所述有源區也包括多個間距相同的P柱3，并且所述有源區內的P柱3寬度相同；并且每一個P柱3內的P型離子的濃度相同。現有技術中利用利用掩膜板，多次注入P型離子，每次注入P型離子都需要改變圖形，以獲得不同離子濃度的P柱3，整個制造過程比較繁瑣。本發明P柱3的離子濃度相同，因此只需經過一次注入P型離子，簡化了制造過程，降低了成本。

在本實施例中，所述分壓區域內形成有淺P型注入結5，且所述淺P型注入結與所有所述分壓區域內的P柱3相接觸。

在本實施例中，采用結深較淺，濃度較低的淺P型注入結與P柱結合形成結終端擴展結構，淺P型注入結起到了補償注入的作用，減小了氧化層中的正電荷表面形成的電子積累層形成的電場尖峰，同時提高了超結功率器件的表面擊穿強度，減少分壓區域面積，提高器件性能，降低器件制造成本。

在本實施中，所述有源區域內形成有P型主結4，所述P型主結4與所述淺P型注入結5相接觸，深度大于所述淺P型注入結5。

所述P型主結4與所述淺P型注入結5共同構成耗盡區，所述淺P型注入結5離子濃度低于所述P型主結4的離子濃度，但是所述淺P型注入結5的面積較大，為保證耗盡區較高的擊穿電壓，需要使所 述P型主結4的深度大于所述淺P型注入結5的深度。

在本實施中，所述截止環區域內形成有N型注入結6，并且所述N型注入結6的深度小于所述淺P型注入結5。

綜上所述，本發明的超結功率器件的分壓區域采用寬度不同的P柱3來提高了分壓區域表面離子濃度，減小了氧化層表面積累的電場對分壓區域的影響；采用結深較淺，濃度較低的淺P型注入結5與P柱3結合形成結終端擴展結構，淺P型注入結5的作用是減小氧化層中的正電荷表面形成的電子積累層形成的電場尖峰同時提高了超結功率器件的表面擊穿強度，減少分壓區域面積，提高器件性能，降低器件制造成本。

實施例二：

本發明還提供一種超結功率器件的制造方法，包括以下步驟：

步驟一，如圖3(a)所示，提供一塊基板，所述基板包括硅片1和N型外延層2，在所述N型外延層的表面的有源區和分壓區域內形成P柱，其中有源區內的P柱3寬度相等，分壓區域內的P柱3寬度由所述有源區向所述截止環區域方向寬度逐漸減小；所述P柱3的離子濃度相同。

本發明的制造方法在分壓區域內采用寬度不同的P柱3來減小功率器件的表面電場強度，使單位面積內的P型離子濃度發生變化，從而提高了分壓區域表面離子濃度，減小了氧化層表面積累的電場對分壓區域的影響。

步驟二，如圖3(b)所示，使用光刻膠作為掩膜，在所述有源區域內注入P型離子，形成P型主結4；并且所述P型主結4與所述有源區域內最外側的P柱相接觸。

步驟三，如圖3(c)所示，使用光刻膠作為掩膜，在所述分壓區域內注入P型離子，形成淺P型注入結5，并且所述淺P型注入結5與所述分壓區域內的所有P柱3相接觸。

步驟四，如圖3(d)所示，使用光刻膠作為掩膜，在所述截止環區域內進行N型離子注入，形成N型截止環6，并且使所述N型截止環6的深度小于所述淺P型注入結5的深度。

步驟五，在所述基板表面形成如圖2所示的介質層7。

綜上所述，本發明通過在所述分壓區域形成多個間距相同，向所述截止環方向寬度逐漸減小的P柱3，提高了分壓區域表面離子濃度，減小了氧化層表面積累的電場對分壓區域的影響；采用結深較淺，濃度較低的淺P型注入結5與P柱3結合形成結終端擴展結構，淺P型注入結5的作用是減小氧化層中的正電荷表面形成的電子積累層形成的電場尖峰同時提高了超結功率器件的表面擊穿強度，減少分壓區域面積，提高器件性能，降低器件制造成本。

雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的范圍之內。