橫向高壓功率器件的結終端結構的制作方法

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、P?well區、源極P+接觸區；曲率結終端結構中的N+接觸區、柵極多晶硅、柵氧化層、分別與直線結終端結構中的N+接觸區、柵極多晶硅、柵氧化層相連并形成環形結構，N型漂移區的內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個三角形子區域21、22….2N；漏極N+接觸區包圍三角形子區域21、22….2N，由于本發明的結構曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底交界處的N型摻雜濃度相比傳統結構要降低許多，所以P型襯底能更有效的耗盡N型漂移區，所以器件的耐壓得到更好優化。
【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，具體的說設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。對于傳統叉指狀結構曲 率終端區的襯底濃度很低，而漂移區的濃度相對較高，因此襯底無法充分輔助耗盡漂移區， 運對器件得到高的擊穿電壓和可靠性有一定的影響。
[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護接觸區、N型漂移區、P型襯底、柵極多 晶娃、柵氧化層、P-well區、源極護、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，輕滲雜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。為解決高滲雜P- well區與輕滲雜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，高滲雜P-well區與輕滲 雜P型襯底相連，輕滲雜P型襯底與輕滲雜N型漂移區相連，高滲雜P-well區與輕滲雜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滲雜P型襯底與輕滲雜N 型漂移區相連，代替了高滲雜P-well區與輕滲雜N型漂移區所構成的PN結冶金結面，輕滲雜 P型襯底為耗盡區增加附加電荷，既有效降低了由于高滲雜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型漂移區都是輕滲雜，所W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滲雜P-well區與輕滲雜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腳票 移區的滲雜濃度相對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，就是針對上述傳統器件曲率終端結構部分高滲雜濃度的漂移 區的N型雜質無法充分的被低滲雜濃度的襯底P型雜質充分耗盡而產生的漂移區與襯底交 界處電荷不平衡影響耐壓和可靠性的問題，提出一種橫向高壓功率器件的結終端結構。
[0005] 為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：
[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護接觸區、N型漂移區、P型襯底、柵極多晶娃、柵氧 化層、P-well區、源極P+接觸區；P-well區表面上方是柵氧化層，柵氧化層的表面上方是柵 極多晶娃；曲率結終端結構中的N+接觸區、柵極多晶娃、柵氧化層、分別與直線結終端結構 中的N+接觸區、柵極多晶娃、柵氧化層相連并形成環形結構，N型漂移區分成底部的直線段 和頂部的半圓段，N型漂移區的內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個=角形子區域21、 22….2n;每個=角形子區域的底邊落在N型漂移區的外邊界上，每個=角子區域的頂點位于 N型漂移區靠近P形襯底的內邊界上，每個=角形子區域的底邊長度分別為b、L2…丄N，每個 S角形子區域相交于靠近P型襯底的頂點的兩條邊構成的角分別為01、02-，. 0n，N型漂移區 的外邊界長度為Lout;其中，Ll、L2…丄N的取值均在0至化。Ut微米之間，且
漏極護 接觸區包圍S角形子區域2l、22….2N，ミ角形子區域2l、22….2N內有環形柵極多晶娃和環形 柵氧化層，P-well區與子區域2i、22。，.2n不相連且P-well區與；角形子區域2i的內邊界的 頂點的距離為Lp。
[000引作為優選方式，直線結終端結構為single RE洲RF結構、double RE洲RF結構、 triple RESURF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:漏極護接觸區、N型漂移區2b、p型襯底、 柵極多晶娃、柵氧化層、P-well區、源極N+接觸區、源極P+接觸區；P-well區與N型漂移區孔位 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-well區的兩側是漏極護接觸區，P-well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娃，Ld為器件的漂移區長度。
[0010] 作為優選方式，所述的=角形子區域2i、.2n在N型漂移區的內邊界和外邊界之 間分成M個子段，其中Si、S2-，.Sm分別為各子段的寬度，ri、n…JM-I依次為每個子區域相鄰 子段之間的距離，其中Si、S2….Sm、。、。。' .TM-I的取值均在0到Ld-Lp之間，且
[0011] 作為優選方式，N型漂移區經過退火后形成一個完整的環形N型漂移區2a。
[001^ 作為優選方式，相鄰立角形子區域2i、22-.2n落在N型漂移區外邊界上的底邊之間 設有間隙，間隙分別為dl、d2….dN-l，其中dl、d2….dN-l的長度介于0到L。ut微米之間，
[0013] 作為優選方式，N型漂移區每個S角形子區域的底邊長度b、L2…丄N相同。
[0014] 作為優選方式，每個=角形子區域的離子注入的劑量相同，每個子段的離子注入 劑量相同。
[001引作為優選方式，立角形子區域的每個子段的寬度Si、S2-.Sm相同。
[0016] 作為優選方式，直線型終端結構中的N型漂移區孔沿X方向分成多段。
[0017] 本發明的有益效果為：由于N型漂移區2a的滲雜濃度要遠高于P型襯底的滲雜濃 度，N型漂移區每個=角形子區域2i、22-，.2n會把它們之間P型襯底補償掉，最后N型漂移區 每個=角形子區域2i、22-.2n會連在一起形成一個完整的N型漂移區2a，運個結終端結構的 N型漂移區2a滲雜分布是由內向外濃度越來越高的分布，與傳統結終端結構的N型漂移區均 勻的滲雜分布不一樣，因此本發明的結終端結構的曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底 交界處N型雜質的濃度比傳統結終端結構的曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底交界處 N型雜質的濃度要低，所W本發明的結終端結構的曲率結終端部分的N型漂移區能更好的被 P型襯底所耗盡，不會產生電荷不平衡的現象，降低了 N型漂移區和P型襯底交界處的峰值電 場；正常工作時，會通過漏電極給N+接觸區加上高壓，因此同種類型滲雜的N型漂移區也為 高電位，P型襯底通過襯底電極接低電位，所W曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底構成 的PN結反偏，P型襯底會輔助P-well區耗盡N型漂移區，由于本發明的結構曲率結終端部分 的N型漂移區與P型襯底交界處的N型滲雜濃度相比傳統結構要降低許多，所WP型襯底能更 有效的耗盡N型漂移區，所W器件的耐壓得到更好優化。
【附圖說明】
[0018] 圖1為傳統的橫向高壓功率半導體器件的結終端結構的版圖示意圖；
[0019] 圖2為本發明的曲率結終端結構的版圖示意圖；
[0020] 圖3為本發明的曲率結終端結構分成M個子段的版圖示意圖；
[0021] 圖4為本發明的橫向高壓功率器件注入推結后的終端結構3d示意圖；
[0022] 圖5為本發明的橫向高壓功率器件的結終端結構從原點開始的X方向剖面圖；
[0023] 圖6為本發明的橫向高壓功率器件的結終端結構從原點開始的Y方向的剖面圖；
[0024] 1為漏極護接觸區，2為N型漂移區，2a為完整的環形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為柵極多晶娃，5為柵氧化層，6為P-well區，7為源極護接 觸區，8為源極P+接觸區，2i、22-，.2n為S角形子區域。
【具體實施方式】
[0025] W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 所掲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W通過另外不同的具體實 施方式加W實施或應用，本說明書中的各項細節也可W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。
[0026] -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；
[0027] 所述曲率結終端結構包括漏極護接觸區1、N型漂移區2、P型襯底3、柵極多晶娃4、 柵氧化層5、P-well區6、源極P+接觸區8;P-well區6表面上方是柵氧化層5,柵氧化層5的表 面上方是柵極多晶娃4;曲率結終端結構中的N+接觸區1、柵極多晶娃4、柵氧化層5、分別與 直線結終端結構中的護接觸區1、柵極多晶娃4、柵氧化層5相連并形成環形結構，N型漂移區 2分成底部的直線段和頂部的半圓段，N型漂移區2的內外邊界之間的部分沿周向依次分成 多個立角形子區域2n;每個立角形子區域的底邊落在N型漂移區2的外邊界上，每個 =角子區域的頂點位于N型漂移區2靠近P形襯底3的內邊界上，每個=角形子區域的底邊長 度分別為^、L2…丄N，每個=角形子區域相交于靠近P型襯底3的頂點的兩條邊構成的角分 別為目1、目2。'.目N，N型漂移區2的外邊界長度為Lout;其中，Li、L2…丄N的取值均在0至化。Ut微米 之間，月
漏極r接觸區1包圍S角形子區域2l、22….2N，S角形子區域2l、22… .2N內有環形柵極多晶娃4和環形柵氧化層5，P-well區6與子區域2l、22….2N不相連且P- well區6與S角形子區域2l的內邊界的頂點的距離為Lp。
[002引所述直線結終端結構，包括:漏極護接觸區1、N型漂移區2b、P型襯底3、柵極多晶娃 4、柵氧化層5、P-we 11區6、源極護接觸區7、源極巧妾觸區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2沖遠離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;源極護接觸區7與N型漂移區2b之間的P-we 11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娃4，Ld為器件的漂移區長度。
[00巧]直線結終端結構不僅可W為single RE洲RF結構，還可W為double RE洲RF結構、 triple RESURF結構其中的一種。
[0030] N型漂移區2經過退火后形成一個完整的環形N型漂移區2a。
[0031] N型漂移區2每個立角形子區域的底邊長度Li、L2…丄N相同。
[0032] 每個=角形子區域的離子注入的劑量相同，每個子段的離子注入劑量相同。
[0033] 作為另一種變形方式，所述的S角形子區域2i、22-，.2n在N型漂移區的內邊界和外 邊界之間分成M個子段，其中Si、S2-，.Sm分別為各子段的寬度，ri、n…JM-I依次為每個子區 域相鄰子段之間的距離，其中51、52'''.5?、^^2-'^?-1的取值均在0到1<1-1。之間，且
[0034] S角形子區域的每個子段的寬度Si、S2.... Sm相同。
[0035] 作為另一種變形方式，相鄰=角形子區域2i、22-，.2n落在N型漂移區2外邊界上的 底邊之間設有間隙，間隙分別為dl、Cb….dN-l，其中dl、Cb….dN-l的長度介于0到Lnut微米之 間，
[0036] 作為另一種變形方式，直線型終端結構中的N型漂移區2b沿X方向分成多段。
[0037] 結終端結構的半導體材料為娃或碳化娃。
[0038] 由于N型漂移區2a的滲雜濃度要遠高于P型襯底的滲雜濃度，N型漂移區每個S角 形子區域2i、22-，.2n會把它們之間P型襯底補償掉，最后N型漂移區每個=角形子區域21、 22….2n會連在一起形成一個完整的N型漂移區2a，運個結終端結構的N型漂移區2a滲雜分布 是由內向外濃度越來越高的分布，與傳統結終端結構的N型漂移區均勻的滲雜分布不一樣， 因此本發明的結終端結構的曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底交界處N型雜質的濃度 比傳統結終端結構的曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底交界處N型雜質的濃度要低， 所W本發明的結終端結構的曲率結終端部分的N型漂移區能更好的被P型襯底所耗盡，不會 產生電荷不平衡的現象，降低了 N型漂移區和P型襯底交界處的峰值電場;正常工作時，會通 過漏電極給N+接觸區加上高壓，因此同種類型滲雜的N型漂移區也為高電位，P型襯底通過 襯底電極接低電位，所W曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯底構成的PN結反偏，P型襯底 會輔助P-well區6耗盡N型漂移區，由于本發明的結構曲率結終端部分的N型漂移區與P型襯 底交界處的N型滲雜濃度相比傳統結構要降低許多，所WP型襯底能更有效的耗盡N型漂移 區，所W器件的耐壓得到更好優化。
[0039] 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±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掲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護接觸區α)、Ν型漂移區（2)、P型襯底(3)、柵極多晶娃 (4)、柵氧化層(5)、P-well區（6)、源極P+接觸區（8);P-well區（6)表面上方是柵氧化層(5)， 柵氧化層(5)的表面上方是柵極多晶娃(4);曲率結終端結構中的N+接觸區（1)、柵極多晶娃 (4) 、柵氧化層(5)、分別與直線結終端結構中的N+接觸區（1)、柵極多晶娃(4)、柵氧化層巧） 相連并形成環形結構，N型漂移區（2)分成底部的直線段和頂部的半圓段，N型漂移區（2)的 內外邊界之間的部分沿周向依次分成多個Ξ角形子區域(2i、22….2n);每個Ξ角形子區域 的底邊落在N型漂移區（2)的外邊界上，每個Ξ角子區域的頂點位于N型漂移區（2)靠近P形 襯底(3)的內邊界上，每個Ξ角形子區域的底邊長度分別為^、L2···丄N，每個Ξ角形子區域 相交于靠近P型襯底(3)的頂點的兩條邊構成的角分別為Θι、θ2···. Θν，Ν型漂移區（2)的外邊 界長度為Lout;其中，Li、L2···丄Ν的取值均在0至化。ut微米之間，且我Lvi; 漏極護接觸區 1包圍Ξ角形子區域(2l、22….2N)，ミ角形子區域(2l、22….2N)內有環形柵極多晶娃(4)和環 形柵氧化層(5)，P-well區（6)與子區域(2i、22….2n)不相連且P-well區（6)與Ξ角形子區域 (21)的內邊界的頂點的距離為Lp。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結構、double RESURF結構、triple RESURF結構其中的一種。3. 根據權利要求2所述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)、柵極多晶娃(4)、柵氧化層 (5) 、P-well區（6)、源極護接觸區（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（孔）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 極多晶娃(4)，Ld為器件的漂移區長度。4. 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Ξ角形 子區域(2ι、22···.2ν)在N型漂移區的內邊界和外邊界之間分成Μ個子段，其中Si、S2….Sm分別 為各子段的寬度，η、η···.ΓΜ-ι依次為每個子區域相鄰子段之間的距離，其中Si、S2-.SM、ri、 Γ2.... rM-i的取值均在0至化d-Lp之間，且I：送、成令完叛3 .>、;=1者1^:。5. 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:N型漂移區（2) 經過退火后形成一個完整的環形N型漂移區（2a)。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:相鄰Ξ角形子 區域（2ι、22···.2ν)落在N型漂移區（2)外邊界上的底邊之間設有間隙，間隙分別為di、d2… .dN-i，其中山、cb....dN-i的長度介于0至化。ut微米之間，繫U1?奪Σ'襄1$馬-'.Lw,,,,7. 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:N型漂移區（2) 每個Ξ角形子區域的底邊長度b、L2···丄N相同。8. 根據權利要求4所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:每個Ξ角形子 區域的離子注入的劑量相同，每個子段的離子注入劑量相同。9. 根據權利要求4所述的橫向高壓功率器件的結終端結構，其特征在于:Ξ角形子區域 的每個子段的寬度Si、S2-.Sm相同。10. 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:直線型終端 結構中的N型漂移區（孔)沿X方向分成多段。
【文檔編號】H01L29/06GK106098755SQ201610728886
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月25日
【發明人】喬明, 李成州, 于亮亮, 肖倩倩, 張波
【申請人】電子科技大學