橫向高壓功率器件的結終端結構的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種橫向高壓功率器件的結終端結構，包括直線結終端結構和曲率結終端結構；曲率結終端結構包括漏極N+接觸區、N型漂移區、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、Pwell區、P型區、源極P+接觸區；P型區內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個不相連的子區域61、62….6N；曲率結終端結構中的漏極N+接觸區、N型漂移區、柵極多晶硅、柵氧化層、Pwell區分別與直線結終端結構中的漏極N+接觸區、N型漂移區、柵極多晶硅、柵氧化層、Pwell區相連并形成環形結構，本發明通過對曲率終端結構中的P型區采用多窗口注入進而對N型漂移區濃度進行雜質補償，從而降低N型漂移區的濃度，使得N型漂移區被低濃度的P型襯底完全耗盡，避免器件提前擊穿，從而得到最優化的擊穿電壓。
【專利說明】
橫向高壓功率器件的結終端結構
技術領域
[0001]本發明屬于半導體技術領域，具體的說涉及一種橫向高壓功率器件的結終端結構。
【背景技術】
[0002]高壓功率集成電路的發展離不開可集成的橫向高壓功率半導體器件。橫向高壓功率半導體器件通常為閉合結構，包括圓形、跑道型和叉指狀等結構。對于閉合的跑道型結構和叉指狀結構，在彎道部分和指尖部分會出現小曲率終端，電場線容易在小曲率半徑處發生集中，從而導致器件在小曲率半徑處提前發生雪崩擊穿，這對于橫向高壓功率器件版圖結構提出了新的挑戰。
[0003]公開號為CN102244092A的中國專利公開了一種橫向高壓功率器件的結終端結構，圖1所示為器件的版圖結構，器件終端結構包括漏極N+接觸區、N型漂移區、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、P-well區、源極N+、源極P+。器件結構分為兩部分，包括直線結終端結構和曲率結終端結構。直線結終端結構中，P-we 11區與N型漂移區相連，當漏極施加高電壓時，P-well區與N型漂移區所構成的PN結冶金結面開始耗盡，輕摻雜N型漂移區的耗盡區將主要承擔耐壓，電場峰值出現在P-well區與N型漂移區所構成的PN結冶金結面。為解決高摻雜P-well區與輕摻雜N型漂移區所構成的PN結曲率冶金結面的電力線高度集中，造成器件提前發生雪崩擊穿的問題，該專利采用了如圖1所示的曲率結終端結構，高摻雜P-well區與輕摻雜P型襯底相連，輕摻雜P型襯底與輕摻雜N型漂移區相連，高摻雜P-well區與輕摻雜N型漂移區的距離為LP。當器件漏極加高壓時，器件源極指尖曲率部分輕摻雜P型襯底與輕摻雜N型漂移區相連，代替了高摻雜P-well區與輕摻雜N型漂移區所構成的PN結冶金結面，輕摻雜P型襯底為耗盡區增加附加電荷，既有效降低了由于高摻雜P-well區處的高電場峰值，又與N型漂移區引入新的電場峰值。由于P型襯底和N型漂移區都是輕摻雜，所以在同等偏置電壓條件下，冶金結處電場峰值降低。又由于器件指尖曲率部分高摻雜P-well區與輕摻雜P型襯底的接觸增大了P型曲率終端處的半徑，緩解了電場線的過度集中，避免器件在源極指尖曲率部分的提前擊穿，提高器件指尖曲率部分的擊穿電壓。同時，該專利所提出的結終端結構還應用在縱向超結結構器件中。圖1為器件XY平面的結構示意圖，由于曲率結終端部分漂移區的摻雜濃度相對P型襯底部分較高，P型襯底無法充分耗盡N型漂移區，在交界處引入較高的電場，導致P型襯底和N型漂移區構成的PN結提前擊穿，因此器件的耐壓不是最優化，可靠性也降低。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的，就是針對傳統器件曲率終端結構中N型漂移區無法被低濃度的P型襯底完全耗盡而導致的電荷不平衡與連接處電場曲率效應的缺陷，提出一種橫向高壓功率器件的結終端結構。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]—種橫向高壓功率器件的結終端結構，包括直線結終端結構和曲率結終端結構；
[0007]所述曲率結終端結構包括漏極N+接觸區、N型漂移區、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、Pwell區、N型漂移區內部的P型區、源極P+接觸區，N型漂移區和P型區包括底部的方型區域和頂部的半圓區域，P型區內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個不相連的子區域6^62….6n;相鄰子區域之間填充N型漂移區，每個子區域有兩個頂點落在N型漂移區靠近P形襯底的內邊界上，兩個頂點位于N型漂移區的外邊界上，每個子區域位于外邊界的一端小于位于內邊界的一端，子區域位于外邊界的一端的長度分別為cU,^d1,2....Cl1,N，子區域位于內邊界的一端的長度分別為do,^dQ,L — dQ,N-hdQ,N，相鄰兩個子區域位于N型漂移區內側邊界上的一端之間的距離分別為Lo,……Lo,N、Lo,N+1，相鄰兩個子區域位于N型漂移區外側邊界上的一端之間的距離分別為L1,^Lll2……L^Un+uP型區上方是柵氧化層，柵氧化層的表面上方是柵極多晶硅；曲率結終端結構中的漏極N+接觸區、N型漂移區、柵極多晶硅、柵氧化層、Pwell區分別與直線結終端結構中的漏極N+接觸區、N型漂移區、柵極多晶硅、柵氧化層、Pwe 11區相連并形成環形結構，；其中，曲率結終端結構中的漏極N+接觸區包圍N型漂移區，N型漂移區內有環形柵極多晶硅、環形柵氧化層和Pwell區，Ld為器件的漂移區長度。
[0008]作為優選方式，直線結終端結構為single RESURF,double RESURF，tripleRESURF結構其中的一種。
[0009]作為優選方式，所述直線結終端結構，包括:漏極N+接觸區、N型漂移區2b、P型襯底、柵極多晶硅、柵氧化層、P-well區、源極N+接觸區、源極P+接觸區;P-well區與N型漂移區2b位于P型襯底的上層，其中P-well區位于中間，兩邊是N型漂移區2b，且P-well區與N型漂移區2b相連;N型漂移區2b中遠離P-we 11區的兩側是漏極N+接觸區，P-we 11區的表面具有與金屬化源極相連的源極N+接觸區和源極P+接觸區，其中源極P+接觸區位于中間，源極N+接觸區位于源極P+接觸區兩側;源極N+接觸區與N型漂移區2b之間的P-well區表面的上方是柵氧化層，柵氧化層的表面的上方是柵極多晶硅，Ld為器件的漂移區長度，P-well區與N型漂移區2b不相連且兩者的間距為LP。
[0010]作為優選方式，子區域6^62....6n和p-well區共用同一掩膜版或者另加掩膜版進行P型雜質注入形成。
[0011]作為優選方式，曲率結終端結構中的N型漂移區下邊界向中間延伸至與直線結終端結構中的N型漂移區2b上邊界連接。
[0012]作為優選方式，所述的每個子區域6^62....6n在N型漂移區的內邊界和外邊界之間分成1個子段，分別為61,1，61,2，......6n,m。
[0013]作為優選方式，每個子區域的離子注入的劑量相同，且每個子區域中，M個子段6ι, I，6ι, 2，......6 iM的咼子注入的劑量依次遞減ο
[0014]作為優選方式，子區域位于外邊界的一端的長度cU,^d1,2....CU,N相同，子區域位于內邊界的一端的長度do, ^do,2。。。。。。^^、^,N相同，相鄰兩個子區域位于N型漂移區內側邊界上的一端之間的距離Lo^Ia2……Lo,N、Lo,N+1相同，相鄰兩個子區域位于N型漂移區外側邊界上的一端之間的距離Li,1、Li,2......Li,n、Li,n+i相同。
[0015]作為優選方式，曲率結終端結構中子區域的內邊界與N型漂移區內邊界重合，或者子區域6:的內邊界在N型漂移區內邊界的外側。
[0016]作為優選方式，結終端結構推結后在N型漂移區的表面或者體內形成單個或者多個P型慘雜區6a,l、6a,2、6a,3....6a,No
[0017]本發明總的技術方案，在直線終端結構和曲率終端結構相連部分，曲率終端結構中N型漂移區下邊界向中間延伸至與直接終端結構中N型漂移區2b上邊界連接，所述曲率終端結構中P型區內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個不相連的子區域61、62....6n，且均與N型漂移區交疊。相較于傳統結構，將P型區在N型漂移區交疊注入，可以有效的降低N型漂移區與P型襯底的電場峰值，并且可以有效緩解N型漂移區無法被低濃度的P型襯底完全耗盡而導致的電荷不平衡與連接處電場曲率效應的缺陷。在實際工藝中，P型區通過離子注入形成，在退火推結后，P型區會擴散，由于P型區是靠近P形襯底的開口方向越來越大，所以注入的P型雜質濃度從中間到兩端是逐漸降低的，所以，經過補償后的N型漂移區的濃度從中間到兩端是逐漸增加的，因此降低了N型漂移區與P型襯底交界處的濃度，使N型漂移區更好的被P型襯底耗盡，從而改善器件的耐壓。同時，根據P型區子區域的窗口大小的不同，注入的P型雜質濃度也不同，可以在不同的漂移區注入劑量下使得雜質更容易達到平衡;這樣，在直線終端結構和曲率終端結構相連部分，電荷不平衡的問題得以改善，從而得到最優化的擊穿電壓。
[0018]本發明的有益效果為，本發明通過對曲率終端結構中的P型區采用多窗口(多子區域)注入進而對N型漂移區濃度進行雜質補償，從而降低N型漂移區的濃度，使得N型漂移區被低濃度的P型襯底完全耗盡，避免器件提前擊穿，從而得到最優化的擊穿電壓。
【附圖說明】
[0019]圖1為傳統的橫向高壓功率半導體器件的終端結構示意圖；
[0020]圖2為本發明的橫向高壓功率器件的終端結構沿XY方向剖面示意圖；
[0021]圖3本發明的橫向高壓功率器件的結終端分成M個子段的沿XY方向剖面示意圖；
[0022]圖4本發明的橫向高壓功率半導體器件的結終端推結后3D結構；
[0023]圖5為本發明的器件直線終端結構X方向的剖面示意圖；
[0024]圖6為本發明的器件曲率終端結構Y方向的剖面示意圖；
[0025]I為漏極N+接觸區，2為曲率結終端結構中的N型漂移區，2b為直線結終端結構中的N型漂移區，3為P型襯底，4為柵極多晶硅，5為柵氧化層，6為P-well區，6^62....6n為子區域，7為源極N+接觸區，8為源極P+接觸區。
【具體實施方式】
[0026]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0027]—種橫向高壓功率器件的結終端結構，包括直線結終端結構和曲率結終端結構；
[0028]所述曲率結終端結構包括漏極N+接觸區1、N型漂移區2、P型襯底3、柵極多晶硅4、柵氧化層5、Pwell區6、N型漂移區2內部的P型區、源極P+接觸區8，N型漂移區2和P型區包括底部的方型區域和頂部的半圓區域，P型區內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個不相連的子區域6^6^.6^相鄰子區域之間填充N型漂移區2，每個子區域有兩個頂點落在N型漂移區2靠近P形襯底3的內邊界上，兩個頂點位于N型漂移區2的外邊界上，每個子區域位于外邊界的一端小于位于內邊界的一端，子區域位于外邊界的一端的長度分別為cU,^d1,2....(!^，子區域位于內邊界的一端的長度分別為如^如^…兒^士^相鄰兩個子區域位于N型漂移區內側邊界上的一端之間的距離分別為Lo,^Ia2……LQ,N、LQ,N+1，相鄰兩個子區域位于N型漂移區外側邊界上的一端之間的距離分別為L1,^Lll2……Ι^Ν、Ι^,Ν+1;Ρ型區上方是柵氧化層5，柵氧化層5的表面上方是柵極多晶硅4;曲率結終端結構中的漏極N+接觸區1、Ν型漂移區2、柵極多晶硅4、柵氧化層5、Pwell區6分別與直線結終端結構中的漏極N+接觸區1、Ν型漂移區2、柵極多晶硅4、柵氧化層5、Pwell區6相連并形成環形結構;其中，曲率結終端結構中的漏極N+接觸區I包圍N型漂移區2，N型漂移區2內有環形柵極多晶硅4、環形柵氧化層5和Pwell區6，Ld為器件的漂移區長度。
[0029]所述直線結終端結構，包括:漏極N+接觸區1、N型漂移區2b、P型襯底3、柵極多晶硅
4、柵氧化層5、P-we 11區6、源極N+接觸區7、源極P+接觸區8; P-we 11區6與N型漂移區2b位于P型襯底3的上層，其中P-well區6位于中間，兩邊是N型漂移區2b，且P-well區6與N型漂移區2b相連;N型漂移區2b中遠離P-well區6的兩側是漏極N+接觸區I，P-well區6的表面具有與金屬化源極相連的源極N+接觸區7和源極P+接觸區8，其中源極P+接觸區8位于中間，源極N+接觸區7位于源極P+接觸區8兩側;源極N+接觸區7與N型漂移區2b之間的P-well區6表面的上方是柵氧化層5，柵氧化層5的表面的上方是柵極多晶硅4，Ld為器件的漂移區長度，P-well區6與N型漂移區2b不相連且兩者的間距為LP。優選的，Lp的具體取值范圍在5微米至50微米之間。
[0030]直線結終端結構不僅可以為single RESURF，還可以為double RESURF結構、triple RESURF結構其中的一種。
[0031]子區域6^62....6n和P-well區6共用同一掩膜版或者另加掩膜版進行P型雜質注入形成。
[0032]曲率結終端結構中的N型漂移區2下邊界向中間延伸至與直線結終端結構中的N型漂移區2b上邊界連接。
[0033]所述的每個子區域6^62....6n均在N型漂移區的內邊界和外邊界之間分成M個子段，分別為61,1，61,2，......6n,Mo
[0034]每個子區域的離子注入的劑量相同，且每個子區域中，M個子段6^6^，……61(?的離子注入的劑量依次遞減。
[0035]優選的，子區域位于外邊界的一端的長度cU,^d1,2....CU,N相同，子區域位于內邊界的一端的長度(1(),1、(1(),2。。。。。。(1(),^1、(1()^相同，相鄰兩個子區域位于N型漂移區內側邊界上的一端之間的距離Lo^Ia2……Lo,N、Lo,N+1相同，相鄰兩個子區域位于N型漂移區外側邊界上的一端之間的距離Li,1、Li,2......Li,n、Li,n+i相同。
[0036]優選的，曲率結終端結構中子區域的內邊界與N型漂移區2內邊界重合，或者子區域的內邊界在N型漂移區2內邊界的外側。
[0037]結終端結構推結后在N型漂移區2的表面或者體內形成單個或者多個P型摻雜區6a, 1、6a, 2、6a, 3....6a, N。其寬度和間隔均可通過子區域6l、62、63。。。。。6〃區的寬度及注入劑量來進行調節。
[0038]本發明總的技術方案，在直線終端結構和曲率終端結構相連部分，曲率終端結構中N型漂移區2內邊界向中間延伸至與直接終端結構中N型漂移區2b內邊界連接，所述曲率終端結構中P型區內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個不相連的子區域6^62....6n，且均與N型漂移區2交疊。相較于傳統結構，將P型區在N型漂移區2交疊注入，可以有效的降低N型漂移區2與P型襯底3的電場峰值，并且可以有效緩解N型漂移區2無法被低濃度的P型襯底3完全耗盡而導致的電荷不平衡與連接處電場曲率效應的缺陷。在實際工藝中，P型區通過離子注入形成，在退火推結后，P型區會擴散，由于P型區區是靠近P形襯底的開口方向越來越大，所以注入的P型雜質濃度從中間到兩端是逐漸降低的，所以，經過補償后的N型漂移區2的濃度從中間到兩端是逐漸增加的，因此降低了N型漂移區2與P型襯底3交界處的濃度，使N型漂移區2更好的被P型襯底3耗盡，從而改善器件的耐壓。同時，根據P型區子區域的窗口大小的不同，注入的P型雜質濃度也不同，可以在不同的漂移區注入劑量下使得雜質更容易達到平衡;這樣，在直線終端結構和曲率終端結構相連部分，電荷不平衡的問題得以改善，從而得到最優化的擊穿電壓。
[0039]圖3本發明的橫向高壓功率器件的結終端分成M個子段的沿XY方向剖面示意圖；與圖2不同的是，本例中將圖2中的多個子區域6ι、62….6〃進行分段處理，分別為61,1，61,2，......6n,m，其中，分段的個數Μ(Μ=1、2、3、4.._.)可以根據設計的需要來具體進行修改，且各分段之間的距離可以相同也可以不同。
[0040]圖4為本發明的橫向高壓功率器件的結終端推結后3D結構;其推結后若無完全補償掉P型雜質，則會在N型漂移區2的體內或表面形成單個或多個P型摻雜區6a,^a,2、6a,3....6a,N，其寬度和間隔均可通過子區域。。。。6〃區的寬度及注入劑量來進行調節。
[0041]圖5為本發明的器件直線終端結構X方向的剖面示意圖；
[0042]圖6為本發明的器件曲率終端結構Y方向的剖面示意圖；
[0043]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:包括直線結終端結構和曲率結終端結構； 所述曲率結終端結構包括漏極N+接觸區(I)、N型漂移區(2)、P型襯底(3)、柵極多晶硅(4)、柵氧化層(5)、?《611區(6)4型漂移區(2)內部的？型區、源極?+接觸區(8)，~型漂移區(2)和P型區包括底部的方型區域和頂部的半圓區域，P型區內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個不相連的子區域(61、62….6n);相鄰子區域之間填充N型漂移區(2)，每個子區域有兩個頂點落在N型漂移區(2)靠近P形襯底(3)的內邊界上，兩個頂點位于N型漂移區(2)的外邊界上，每個子區域位于外邊界的一端小于位于內邊界的一端，子區域位于外邊界的一端的長度分別為(11,1、(11,2....di,N，子區域位于內邊界的一端的長度分別為do,1、do,2。。。。。。do,N-^ckN，相鄰兩個子區域位于N型漂移區內側邊界上的一端之間的距離分別為Lo, ^Loj2……Lo,n、Lo,n+1，相鄰兩個子區域位于N型漂移區外側邊界上的一端之間的距離分別為Lij^Lij2……區(6)上方是柵氧化層(5)，柵氧化層(5)的表面上方是柵極多晶硅(4);曲率結終端結構中的漏極N+接觸區(1)、N型漂移區(2)、柵極多晶硅(4)、柵氧化層(5)、Pwell區(6)分別與直線結終端結構中的漏極N+接觸區(1)、N型漂移區(2)、柵極多晶硅⑷、柵氧化層(5)、Pwell區(6)相連并形成環形結構，其中，曲率結終端結構中的漏極N+接觸區(I)包圍N型漂移區(2)，N型漂移區(2)內有環形柵極多晶硅(4)、環形柵氧化層(5)和Pwell區(6)，Ld為器件的漂移區長度。2.根據權利要求1所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:直線結終端結構為single RESURF^double RESURF,triple RESURF結構其中的一種。3.根據權利要求1的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:所述直線結終端結構包括:漏極N+接觸區(1)、N型漂移區(2b)、P型襯底(3)、柵極多晶硅(4)、柵氧化層(5)、P-well區(6)、源極N+接觸區(7)、源極P+接觸區(8) ;P-well區(6)與N型漂移區(2b)位于P型襯底(3)的上層，其中P-well區(6)位于中間，兩邊是N型漂移區(2b)，且P-well區(6)與N型漂移區(2b)相連;N型漂移區(2b)中遠離P-well區(6)的兩側是漏極N+接觸區(l)，P-well區(6)的表面具有與金屬化源極相連的源極N+接觸區(7)和源極P+接觸區(8)，其中源極P+接觸區(8)位于中間，源極N+接觸區(7)位于源極P+接觸區(8)兩側;源極N+接觸區(7)與N型漂移區(2b)之間的P-well區(6)表面的上方是柵氧化層(5)，柵氧化層(5)的表面的上方是柵極多晶硅(4)，Ld為器件的漂移區長度，P-well區(6)與N型漂移區(2b)不相連且兩者的間距為LP。4.根據權利要求3的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:子區域(6^6^...6N)和P-well區(6)共用同一掩膜版或者另加掩膜版進行P型雜質注入形成。5.根據權利要求3所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:曲率結終端結構中的N型漂移區(2)下邊界向中間延伸至與直線結終端結構中的N型漂移區(2b)上邊界連接。6.根據權利要求1所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:所述的每個子區域(6ι、62….6n)在N型漂移區的內邊界和外邊界之間分成M個子段，分別為(6i,I，6ι,2，......6ν,μ) ο7.根據權利要求6所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:每個子區域的離子注入的劑量相同，且每個子區域中，1個子段(61,1，61,2，......6im)的離子注入的劑量依次遞減。8.根據權利要求3所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:子區域位于外邊界的一端的長度di,1、di,2….di,N相同，子區域位于內邊界的一端的長度do,1、dO,2。。。。。。do,N相同，相鄰兩個子區域位于N型漂移區內側邊界上的一端之間的距離L(U、U2……L0,N、Lo,N+1相同，相鄰兩個子區域位于N型漂移區外側邊界上的一端之間的距離L1,……Li,n、Li,n+i相同。9.根據權利要求1所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:曲率結終端結構中子區域(60的內邊界與N型漂移區(2)內邊界重合，或者子區域(60的內邊界在N型漂移區(2)內邊界的外側。10.根據權利要求1所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:結終端結構推結后在N型漂移區(2)的表面或者體內形成單個或者多個P型摻雜區(6a,^ea,2、6a,3....6a,N) ο
【文檔編號】H01L29/06GK106098753SQ201610725572
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月25日
【發明人】喬明, 肖倩倩, 余洋, 詹珍雅, 張波
【申請人】電子科技大學