本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，涉及一種功率器件分壓結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)：

絕緣柵雙極晶體管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)是新型的大功率器件，它集MOSFET柵極電壓控制特性和雙極型晶體管低導(dǎo)通電阻特性于一身，改善了器件耐壓和導(dǎo)通電阻相互牽制的情況，具有高電壓、大電流、高頻率、功率集成密度高、輸入阻抗大、導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn)。在變頻家電、工業(yè)控制、電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車、新能源、智能電網(wǎng)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用空間，而要確保IGBT高電壓的一個(gè)重要前提條件是優(yōu)良的終端保護(hù)結(jié)構(gòu)，終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用是承擔(dān)器件橫向電場(chǎng)，保證功率半導(dǎo)體器件的耐壓能力。

如圖1所示，場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圈的分壓保護(hù)區(qū)11和外圈的截至環(huán)12。當(dāng)偏壓加在集電極13上時(shí)，隨著所加偏壓的增大，耗盡層沿著主結(jié)14向第一場(chǎng)限環(huán)15的方向延伸。在電壓增大到主結(jié)14的雪崩擊穿電壓之前，主結(jié)的耗盡區(qū)已經(jīng)與第一場(chǎng)限環(huán)15的耗盡區(qū)匯合，耗盡區(qū)曲率增大，主結(jié)與環(huán)結(jié)之間為穿通狀態(tài)，由此削弱了主結(jié)彎曲處的積聚電場(chǎng)，擊穿電壓得到提高。在第一場(chǎng)限環(huán)15發(fā)生雪崩擊穿之前，第二場(chǎng)限環(huán)16穿通，以此類推。然而場(chǎng)限環(huán)終端結(jié)構(gòu)存在以下弊端：傳統(tǒng)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)通過(guò)注入雜質(zhì)，依賴雜質(zhì)在熱過(guò)程中的擴(kuò)散形成一個(gè)個(gè)場(chǎng)限環(huán)。為了阻止相鄰的兩個(gè)場(chǎng)限環(huán)互相擴(kuò)散，場(chǎng)限環(huán)和場(chǎng)限環(huán)的間距必須保持足夠遠(yuǎn)，這使得場(chǎng)限環(huán)的面積較大，增加器件制作成本。

另外，場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)容易受界面不穩(wěn)定性和氧化層界面電荷的影響，進(jìn)而影 響器件的擊穿電壓以及高壓下的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種功率器件分壓結(jié)構(gòu)，用以解決傳統(tǒng)場(chǎng)限環(huán)的面積較大且場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)表面不穩(wěn)定的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

一種功率器件分壓結(jié)構(gòu)的制作方法，包括：在襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成具有第一導(dǎo)電類型的外延層；在所述外延層上設(shè)置第一掩膜層，刻蝕所述第一掩膜層，形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口；進(jìn)行第一次第二導(dǎo)電類型離子注入，在所述第一注入?yún)^(qū)窗口對(duì)應(yīng)的外延層內(nèi)形成輕摻雜區(qū)；設(shè)置第二掩膜層，刻蝕所述第二掩膜層，形成位于所述第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口；進(jìn)行第二次第二導(dǎo)電類型離子注入，在所述第二注入?yún)^(qū)窗口對(duì)應(yīng)的外延層內(nèi)形成重?fù)诫s區(qū)，所述輕摻雜區(qū)與相對(duì)應(yīng)的重?fù)诫s區(qū)構(gòu)成一個(gè)場(chǎng)限環(huán)。

其中，所述場(chǎng)限環(huán)至少有三個(gè)，且相鄰場(chǎng)限環(huán)的間距隨著距離主結(jié)區(qū)距離的增大而增大。

進(jìn)一步地，所述形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口，具體為：在所述外延層上淀積氧化硅層后涂敷一層光刻膠，進(jìn)行顯影刻蝕形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口。

進(jìn)一步地，所述形成位于所述第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口，具體為：在所述外延層和第一掩膜層上淀積第一導(dǎo)電類型的多晶硅層后干法刻蝕形成第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口。

其中，所述輕摻雜區(qū)離子注入的注入能量低于深注入?yún)^(qū)離子注入的注入能量。

具體地，形成所述重?fù)诫s區(qū)后，淀積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層。

基于上述功率器件分壓結(jié)構(gòu)的制作方法，本發(fā)明實(shí)施例該提供一種功率器件，包括分壓結(jié)構(gòu)，所述分壓結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的襯底和第一導(dǎo)電類型的外延 層、所述外延層內(nèi)間隔設(shè)置的場(chǎng)限環(huán)，所述場(chǎng)限環(huán)包括第二導(dǎo)電類型的輕摻雜區(qū)和位于所述輕摻雜區(qū)內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)。

進(jìn)一步地，所述場(chǎng)限環(huán)至少有三個(gè)，且相鄰場(chǎng)限環(huán)的間距隨著距離主結(jié)區(qū)距離的增大而增大。

具體地，還包括位于所述外延層上間隔設(shè)置的阻擋層，所述阻擋層包括氧化硅層和第一導(dǎo)電類型的多晶硅層，所述場(chǎng)限環(huán)位于間隔設(shè)置的阻擋層之間。

進(jìn)一步地，還包括設(shè)置于所述阻擋層上的介質(zhì)層。

在本發(fā)明功率器件的分壓結(jié)構(gòu)中，所述分壓結(jié)構(gòu)是由場(chǎng)限環(huán)組成，每個(gè)場(chǎng)限環(huán)包括第二導(dǎo)電類型的輕摻雜區(qū)和位于所述輕摻雜區(qū)內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)，這種結(jié)構(gòu)的效果是一方面輕摻雜區(qū)能夠減少表面電荷對(duì)器件的影響，提高器件可靠性，另一方面，重?fù)诫s區(qū)寬度窄于輕摻雜區(qū)，在達(dá)到同樣的分壓效果的情況下，每個(gè)場(chǎng)限環(huán)的寬度相對(duì)較窄。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)要介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為用于IGBT終端保護(hù)的場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中制作功率器件分壓結(jié)構(gòu)的方法流程示意圖；

圖3a至圖3g為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的功率器件分壓結(jié)構(gòu)的制作流程中各階段的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部份實(shí)施例， 而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例所述的半導(dǎo)體器件包括功率二極管、雙極型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGBT)、金屬氧化物絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS)、晶閘管(SCR)等器件。

半導(dǎo)體的類型由半導(dǎo)體中多數(shù)載流子決定，如果第一導(dǎo)電類型的多數(shù)載流子為空穴，則第一導(dǎo)電類型為P型，重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型為P+型，輕摻雜的第一類型為P-型；如果第一導(dǎo)電類型的多數(shù)載流子為電子，則第一導(dǎo)電類型為N型，重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型為N+型，輕摻雜的第一類型為N-型。若第一導(dǎo)電類型為N型時(shí)，則第二導(dǎo)電類型為P型，反之亦然。

本發(fā)明實(shí)施例一提出了一種功率器件分壓結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3g所示，圖3g為該分壓結(jié)構(gòu)的剖面圖，下面結(jié)合圖3g對(duì)分壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

具體的，以p型溝道為例進(jìn)行說(shuō)明，即第一導(dǎo)電類型為p型，第二導(dǎo)電類型為n型，此時(shí)僅為示例，此發(fā)明同樣適用n型溝道的實(shí)施例。

該分壓結(jié)構(gòu)包括：

依次設(shè)置的襯底101和第一導(dǎo)電類型的外延層102、所述外延層內(nèi)間隔設(shè)置的場(chǎng)限環(huán)，所述場(chǎng)限環(huán)包括第二導(dǎo)電類型的輕摻雜區(qū)104和位于所述輕摻雜區(qū)內(nèi)的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)106。

其中，輕摻雜區(qū)104能夠減少表面電荷對(duì)器件的影響，提高器件可靠性，另一方面，重?fù)诫s區(qū)106寬度窄于輕摻雜區(qū)104，在達(dá)到同樣的分壓效果的情況下，場(chǎng)限環(huán)的寬度相對(duì)較窄，進(jìn)而能夠有效提高場(chǎng)限環(huán)的面積效率，減小分壓區(qū)域面積。分壓區(qū)域面積減小，節(jié)省了芯片面積，在相同面積的硅晶片上可以制作的器件就增多，縮減了芯片成本。

較佳地，所述場(chǎng)限環(huán)至少有三個(gè)，且相鄰場(chǎng)限環(huán)的間距隨著距離主結(jié)區(qū)距離的增大而增大，這樣做的效果是可以在具有同樣的分壓區(qū)域面積下進(jìn)一步增大分壓效果。

較佳地，還包括位于所述外延層102上間隔設(shè)置的阻擋層，所述阻擋層包 括氧化硅層和第一導(dǎo)電類型的多晶硅層，所述場(chǎng)限環(huán)位于間隔設(shè)置的阻擋層之間，多晶硅層起到了場(chǎng)板的作用，可以在具有同樣的分壓區(qū)域面積下進(jìn)一步增大分壓效果。

較佳地，還包括設(shè)置于所述阻擋層上的介質(zhì)層108，可以有效消除表面積累的電場(chǎng)對(duì)分壓結(jié)構(gòu)的影響，最大化場(chǎng)限環(huán)分壓的作用，提高器件性能。

本實(shí)施例中的場(chǎng)限環(huán)作用原理是，當(dāng)主結(jié)上的反偏電壓上升使半導(dǎo)體器件的邊緣電場(chǎng)增強(qiáng)，當(dāng)邊緣電場(chǎng)達(dá)到臨界電場(chǎng)時(shí)，器件的主結(jié)便會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，然而，加上場(chǎng)限環(huán)之后，當(dāng)器件主結(jié)尚未發(fā)生雪崩電壓擊穿的時(shí)候，主結(jié)耗盡區(qū)就已經(jīng)擴(kuò)展到場(chǎng)限環(huán)的環(huán)結(jié)所在位置，即使PN結(jié)的耗盡區(qū)與場(chǎng)限環(huán)穿通，于是主結(jié)和場(chǎng)限環(huán)的環(huán)結(jié)的耗盡層相互銜接，在場(chǎng)限環(huán)附近便感應(yīng)產(chǎn)生了場(chǎng)限環(huán)的環(huán)結(jié)電場(chǎng)，由于場(chǎng)限環(huán)的環(huán)結(jié)電場(chǎng)與主結(jié)電場(chǎng)方向相同，兩個(gè)電場(chǎng)相互迭加來(lái)形成壓降，相當(dāng)于就削弱了主結(jié)所承受的電勢(shì)差；當(dāng)外加電壓繼續(xù)上升，則由場(chǎng)限環(huán)來(lái)承擔(dān)，主結(jié)電場(chǎng)的增加就會(huì)得到控制。

換句話說(shuō)，場(chǎng)限環(huán)的作用就相當(dāng)于在平面型功率器件的邊緣增加了一個(gè)電壓的分壓器，可使外加電壓分配在更長(zhǎng)的距離內(nèi)，從而阻止了由于外加電壓過(guò)高而導(dǎo)致器件主結(jié)的擊穿。

以上為本發(fā)明實(shí)施例的分壓結(jié)構(gòu)，為了更好的理解本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例二對(duì)其制作方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖2，該方法包括以下步驟：

步驟S201：在襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成具有第一導(dǎo)電類型的外延層；

步驟S202：在所述外延層上設(shè)置第一掩膜層，刻蝕所述第一掩膜層，形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口；

步驟S203：進(jìn)行第一次第二導(dǎo)電類型離子注入，在所述第一注入?yún)^(qū)窗口對(duì)應(yīng)的外延層內(nèi)形成輕摻雜區(qū)；

步驟S204：設(shè)置第二掩膜層，刻蝕所述第二掩膜層，形成位于所述第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口；

步驟S205：進(jìn)行第二次第二導(dǎo)電類型離子注入，在所述第二注入?yún)^(qū)窗口對(duì) 應(yīng)的外延層內(nèi)形成重?fù)诫s區(qū)，所述輕摻雜區(qū)與相對(duì)應(yīng)的重?fù)诫s區(qū)構(gòu)成一個(gè)場(chǎng)限環(huán)。

進(jìn)一步地，在步驟S202中，所述形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口，具體為：在所述外延層上淀積氧化硅層后涂敷一層光刻膠，進(jìn)行顯影刻蝕形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口。

進(jìn)一步地，在步驟S204中，所述形成位于所述第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口，具體為：在所述外延層和第一掩膜層上淀積第一導(dǎo)電類型的多晶硅層后干法刻蝕形成第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口，多晶硅層不僅起到了阻擋作用從而進(jìn)行重?fù)诫s區(qū)注入，同時(shí)起到了場(chǎng)板的作用，可以在具有同樣的分壓區(qū)域面積下進(jìn)一步增大分壓效果。

其中，所述場(chǎng)限環(huán)至少有三個(gè)，且相鄰場(chǎng)限環(huán)的間距隨著距離主結(jié)區(qū)距離的增大而增大，且每個(gè)場(chǎng)限環(huán)中的輕摻雜區(qū)離子注入的注入能量低于深注入?yún)^(qū)離子注入的注入能量，輕摻雜區(qū)能夠減少表面電荷對(duì)器件的影響，提高器件可靠性，另一方面，重?fù)诫s區(qū)寬度窄于輕摻雜區(qū)，在達(dá)到同樣的分壓效果的情況下，場(chǎng)限環(huán)的寬度相對(duì)較窄，進(jìn)而能夠有效提高場(chǎng)限環(huán)的面積效率，減小分壓區(qū)域面積。分壓區(qū)域面積減小，節(jié)省了芯片面積，在相同面積的硅晶片上可以制作的器件就增多，縮減了芯片成本。

進(jìn)一步地，在步驟S205之后，淀積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層，可以有效消除表面積累的電場(chǎng)對(duì)分壓結(jié)構(gòu)的影響，最大化JTE結(jié)構(gòu)分壓的作用，提高器件性能。

具體地，以p型溝道為例通過(guò)以下制作步驟圖對(duì)分壓結(jié)構(gòu)的制作流程進(jìn)行說(shuō)明。

如圖3a所示，首先，提供襯底101，在襯底101上通過(guò)用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學(xué)氣相沉積)工藝形成N型外延層，之后再通過(guò)CVD工藝形成第一掩膜層103，所述第一掩膜層103可以是氧化硅層，涂敷光刻膠，光刻膠通過(guò)第一掩膜版曝光，顯影后干法刻蝕去除部分掩膜層，形成第一阻擋墻和第一注入?yún)^(qū)窗口。

如圖3b所示，進(jìn)行第一次離子注入，該離子可以為正五價(jià)的雜質(zhì)離子，如p⁵⁺，在所述第一注入?yún)^(qū)窗口對(duì)應(yīng)的外延層內(nèi)形成P-輕摻雜區(qū)。

如圖3c和3d所示，在表面淀積第二掩膜層105，所述第二掩膜層105可以是N型多晶硅層，通過(guò)干法刻蝕形成位于所述第一注入?yún)^(qū)窗口內(nèi)的第二阻擋墻和第二注入?yún)^(qū)窗口。

如圖3e所示，進(jìn)行第二次離子注入，該離子可以為正五價(jià)的雜質(zhì)離子，如p⁵⁺，在所述第二注入?yún)^(qū)窗口對(duì)應(yīng)的外延層102內(nèi)形成P+重?fù)诫s區(qū)106，所述P-輕摻雜區(qū)104與相對(duì)應(yīng)的P+重?fù)诫s區(qū)106構(gòu)成一個(gè)場(chǎng)限環(huán)。

如圖3f所示，涂敷光刻膠，光刻膠通過(guò)第二掩膜版曝光，在所述外延層102內(nèi)的第二區(qū)域通過(guò)離子注入形成N+截止環(huán)107，且所述N+截止環(huán)107與主結(jié)區(qū)相對(duì)設(shè)置，這樣做的效果是防止半導(dǎo)體器件表面發(fā)生反型以及能夠收集半導(dǎo)體器件表面的沾污離子，使器件更加穩(wěn)定。

如圖3g所示，形成所述重?fù)诫s區(qū)106后，淀積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層108，所述介質(zhì)材料可以鈍化物，一般是氧化硅，主要作用是防氧化，可以有效消除表面積累的電場(chǎng)對(duì)分壓結(jié)構(gòu)的影響，最大化場(chǎng)限環(huán)分壓的作用，提高器件性能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。