功率半導(dǎo)體器件及其制作方法
【專利摘要】一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法，功率半導(dǎo)體器件包括：第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底，其上具有器件區(qū)域，在所述器件區(qū)域邊緣形成有第二摻雜類型的主結(jié)區(qū)域和若干場(chǎng)限環(huán)，所述第一摻雜類型和第二摻雜類型相反；其中，所述主結(jié)區(qū)域和與所述主結(jié)區(qū)域相鄰的第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底中形成有第一摻雜區(qū)，所述第一摻雜區(qū)的摻雜類型和半導(dǎo)體襯底相同，摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度。所述半導(dǎo)體功率器件中，所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的第一摻雜區(qū)增加了主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底的表面濃度。由于其電子勢(shì)能較高，可以有效的降低在高溫高壓條件下，可動(dòng)電荷在主結(jié)區(qū)域上的場(chǎng)板聚集引起的對(duì)該處電場(chǎng)的影響。
【專利說明】功率半導(dǎo)體器件及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件的基本要求是能夠耐高壓且大電流工作。其中，硅基功率 MOSFET通常是通過并聯(lián)大量的MOS單元形成寬長(zhǎng)比大的MOS功率半導(dǎo)體器件，以保證實(shí)現(xiàn) 大件中間的各并聯(lián)MOS單元間的表面電壓大致相同。而位于邊界（即終端)的MOS單元與襯 底表面的電壓卻相差很大，往往引起表面電場(chǎng)過于集中，而由于平面結(jié)的曲率效應(yīng)使得位 于邊界處的PN結(jié)的結(jié)彎曲部分和表面處電場(chǎng)增大，造成器件的邊緣擊穿，從而限制了器件 的擊穿電壓。因此，為了實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體器件的阻斷能力，保證硅基功率MOSFET能夠在高 壓下正常工作，通常需要在器件邊界處采取措施即結(jié)終端保護(hù)技術(shù)，來減小表面電場(chǎng)強(qiáng)度， 提高M(jìn)OS功率半導(dǎo)體器件PN結(jié)擊穿電壓。
[0003] 目前，已經(jīng)開發(fā)了許多高壓終端技術(shù)，如斜表面（Bevel Surface)技術(shù)、場(chǎng)限環(huán) (Field Limiting Ring，F(xiàn)LR)技術(shù)、場(chǎng)板（Field Plate，F(xiàn)P)技術(shù)、橫向變慘雜（Variation of Lateral Doping，VLD)技術(shù)、半絕緣多晶硅（SIPOS)技術(shù)、弱化表面電場(chǎng)（RESURF)技術(shù) 以及結(jié)終端擴(kuò)展（Junction Termination Extention，JTE)技術(shù)等。
[0004] 在這些技術(shù)中，F(xiàn)LR、MFP、VLD和JTE等屬于平面終端技術(shù)，它們具有與平面工藝相 互兼容的優(yōu)點(diǎn)，但是也被發(fā)現(xiàn)，采用這幾種平面終端技術(shù)的器件在高溫條件下，漏電流偏大 甚至出現(xiàn)持續(xù)增大不能穩(wěn)定，恢復(fù)常溫后擊穿電壓降低甚至出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，器件擊穿電 壓越高，所需襯底摻雜濃度越低，該現(xiàn)象越明顯。
[0005] 因此，解決該問題也就成了高壓功率半導(dǎo)體器件開發(fā)的主要任務(wù)之一。
[0006] -般認(rèn)為，產(chǎn)生該問題主要是由器件內(nèi)部和外部引入的可動(dòng)電荷的引起的。因而， 解決該問題的主要從兩個(gè)方面出發(fā)：
[0007] -方面，盡量減少芯片制造過程和封裝過程引入可動(dòng)電荷的因素，比如采用特殊 的表面鈍化技術(shù)或采用高可靠性合成樹脂進(jìn)行封裝，以降低外部電荷及水汽等沾污的引 入。這對(duì)降低高溫下器件漏電流具有顯著的效果，但是該方法對(duì)封裝技術(shù)要求很高且工藝 成本較高；
[0008] 另一方面，采用特殊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以加強(qiáng)芯片本身對(duì)可動(dòng)電荷的屏蔽作用，從而改善 器件在高溫高壓應(yīng)力條件下的漏電表現(xiàn)，比如，采用SIPOS結(jié)構(gòu)，它是利用半絕緣薄膜電阻 一端連接主結(jié)區(qū)域，一端連接截止環(huán)，在高壓反偏條件下，半絕緣電阻兩端將會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)， 該電場(chǎng)能夠屏蔽可動(dòng)電荷對(duì)終端表面電場(chǎng)的影響，從而改善器件在高溫高壓條件下測(cè)試后 的擊穿表現(xiàn)。半絕緣薄膜一般是通過對(duì)多晶硅進(jìn)行摻氧或氮形成的，電阻率要求在IO7? 101°之間，因此，采用SIPOS結(jié)構(gòu)，工藝過程復(fù)雜，薄膜電阻質(zhì)量必須根據(jù)設(shè)計(jì)精確控制；該 結(jié)構(gòu)采用半絕緣電阻直接跨接在高壓和地之間，正常工作條件下將會(huì)產(chǎn)生不可忽略的功 耗；同時(shí)，薄膜電阻具有較高的溫度系數(shù)，也存在一定的穩(wěn)定性問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有平面終端技術(shù)的器件在高溫條件下，漏電流偏大甚至出 現(xiàn)持續(xù)增大不能穩(wěn)定，恢復(fù)常溫后擊穿電壓降低甚至出現(xiàn)短路的現(xiàn)象提供一種新的解決辦 法。
[0010] 為此，本發(fā)明的技術(shù)方案中提供了一種功率半導(dǎo)體器件，包括：
[0011] 半導(dǎo)體襯底，具有第一摻雜類型；
[0012] 器件區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底上；
[0013] 主結(jié)區(qū)域，具有第二摻雜類型，形成在所述器件區(qū)域邊緣；
[0014] 若干場(chǎng)限環(huán)，具有第二摻雜類型，形成在所述主結(jié)區(qū)域遠(yuǎn)離所述器件區(qū)域的一 側(cè)；
[0015] 第一摻雜區(qū)，具有第一摻雜類型，摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度，形成 在所述主結(jié)區(qū)域和與所述主結(jié)區(qū)域相鄰的第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底中；
[0016] 其中，所述第一摻雜類型和所述第二摻雜類型相反。
[0017] 可選的，所述半導(dǎo)體襯底的方塊電阻為400ohm/sp?6000ohm/sp。
[0018] 可選的，所述場(chǎng)限環(huán)內(nèi)的方塊電阻為10ohm/sp?1200ohm/sp。
[0019] 可選的，所述第一摻雜區(qū)的深度大于所述主結(jié)區(qū)域和所述場(chǎng)限環(huán)的深度。
[0020] 可選的，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬場(chǎng)板；所述主結(jié)區(qū)域和所述第一場(chǎng)限環(huán)之 間的半導(dǎo)體襯底上的金屬場(chǎng)板一端與所述主結(jié)區(qū)域處的半導(dǎo)體襯底接觸，另一端位于所述 第一摻雜區(qū)和所述第一場(chǎng)限環(huán)的邊界上。
[0021] 可選的，所述金屬場(chǎng)板的厚度為2μm?6μm。
[0022] 可選的，所述金屬場(chǎng)板的表面還形成有鈍化層。
[0023] 可選的，所述鈍化層包括處于金屬場(chǎng)板表面的SiN鈍化層和位于SiN鈍化層表面 的光敏聚酰亞胺層。
[0024] 可選的，所述光敏聚酰亞胺層的厚度為4μπι?18μm。
[0025] 可選的，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型。
[0026] 另外，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種如上所述的功率半導(dǎo)體器件的制作方法， 包括：
[0027] 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一摻雜類型；
[0028] 形成第一摻雜區(qū)，所述第一摻雜區(qū)的摻雜類型和半導(dǎo)體襯底相同，摻雜濃度高于 所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度；
[0029] 形成主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)，所述主結(jié)區(qū)域和所述場(chǎng)限環(huán)具有第二摻雜類型，所述第 一摻雜類型和第二摻雜類型相反，且所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)位于所述第一摻雜區(qū)的兩 側(cè)并與所述第一摻雜區(qū)緊鄰。
[0030] 可選的，所述形成第一摻雜區(qū)的步驟包括：
[0031] 利用熱氧化工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化層；
[0032] 利用光刻工藝在所述第一氧化層上形成第一光刻膠圖形，所述第一光刻膠圖形為 第一摻雜區(qū)的圖形；
[0033] 利用刻蝕工藝將所述第一光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到所述第一氧化層中；
[0034] 去除光刻膠；
[0035] 以所述第一氧化層為掩膜，進(jìn)行第一離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一 離子注入?yún)^(qū)；
[0036] 進(jìn)行第一退火工藝。
[0037] 可選的，所述第一氧化層的厚度為1000A.、.3000A。
[0038] 可選的，所述第一離子注入中注入劑量為2Ellcm_2?lE13cm_2,能量為60KeV? 120KeV的N型雜質(zhì)。
[0039] 可選的，所述第一退火工藝為在IKKTC?1200°C有氧環(huán)境中進(jìn)行，同時(shí)形成有 6000A?20000A的第二氧化層。
[0040] 可選的，所述形成主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的步驟包括：
[0041] 利用熱氧化工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第二氧化層；
[0042] 利用光刻工藝在所述第二氧化層上形成第二光刻膠圖形，所述第二光刻膠圖形為 主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的摻雜區(qū)圖形；
[0043] 利用刻蝕工藝將所述第二光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到所述第二氧化層中；
[0044] 去除光刻膠；
[0045] 以所述第二氧化層為掩膜，進(jìn)行第二離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底中形成主結(jié) 區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的摻雜區(qū)；
[0046] 進(jìn)行第二退火工藝。
[0047] 可選的，所述第二離子注入中注入劑量為lE13cm_2?lE15cm_2,能量為60KeV? 120KeV的P型雜質(zhì)。
[0048] 可選的，所述第二退火工藝為在IKKTC?1200°〇的N2環(huán)境下進(jìn)行。
[0049] 可選的，所述形成主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的步驟之后，還包括形成覆蓋在所述主結(jié)區(qū) 域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底上的金屬場(chǎng)板的步驟。
[0050] 可選的，所述形成覆蓋在所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底上的金屬 場(chǎng)板的步驟包括：
[0051 ] 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積厚度為8000A?16000A硼磷硅玻璃；
[0052] 在溫度為850°C?950°C的環(huán)境中進(jìn)行回流，將所述硼磷硅玻璃形成ILD層；
[0053] 利用光刻工藝，在所述ILD層中形成金屬場(chǎng)板的圖形；
[0054] 沉積金屬層，覆蓋過所述ILD層；
[0055] 利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除超過ILD層的金屬層；
[0056] 可選的，在形成所述金屬場(chǎng)板之后，還包括在所述金屬場(chǎng)板上形成鈍化層的工藝。
[0057] 可選的，所述形成鈍化層的工藝中包括形成光敏聚酰亞胺層的步驟。
[0058] 上述功率半導(dǎo)體器件中，與一般的采用場(chǎng)限環(huán)技術(shù)的功率半導(dǎo)體器件相比，本發(fā) 明的技術(shù)方案中提供的半導(dǎo)體功率器件中，增加了所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的第一 摻雜區(qū)。所述第一摻雜區(qū)增加了主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底的表面濃度。由 于其電子勢(shì)能較高，可以有效的降低在高溫高壓條件下，可動(dòng)電荷在主結(jié)區(qū)域上的場(chǎng)板聚 集引起的對(duì)該處電場(chǎng)的影響。
[0059] 另外，本發(fā)明的技術(shù)方案中還利用金屬場(chǎng)板跨接主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)可動(dòng)電荷的屏蔽作用，穩(wěn)定器件終端的表面電場(chǎng)，從而降低器件高溫下的漏電流，增強(qiáng)其 耐壓可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0060] 圖1為傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)圖和電子分布圖；
[0061] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中提供的功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062] 圖3至圖8為本發(fā)明的實(shí)施例中提供圖2所示的功率半導(dǎo)體器件的制造過程的示 意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0063] 在對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述之前，先對(duì)本實(shí)施例中涉及到技術(shù)詞匯 進(jìn)行講解。
[0064] 功率器件包括器件區(qū)域與終端區(qū)域兩部分，其中器件區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率器件的基本功 能，終端區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率器件的擊穿電壓。
[0065] 一般在終端區(qū)域摻雜形成環(huán)來實(shí)現(xiàn)功率器件的耐壓，其中在器件區(qū)域的邊緣形成 的與襯底摻雜類型相反的摻雜區(qū)域?yàn)橹鹘Y(jié)區(qū)域，也稱為等位環(huán)(與器件區(qū)域表面等電位，等 效為0V)。
[0066] 在器件區(qū)域的邊緣擴(kuò)散與襯底相反的雜質(zhì)形成主結(jié)區(qū)域以與襯底構(gòu)成PN結(jié)(主 結(jié)）的同時(shí)，在主結(jié)區(qū)域的周圍形成和主結(jié)區(qū)域摻雜相同的一個(gè)環(huán)，稱之為場(chǎng)限環(huán)。場(chǎng)限環(huán) 可以使得外加電壓分布到主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)上，從而降低PN結(jié)表面的高電場(chǎng)，提高擊穿電 壓，這樣的技術(shù)稱為場(chǎng)限環(huán)技術(shù)（FLR)。
[0067] 因?yàn)镕LR與半導(dǎo)體平面工藝完全兼容，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件 中。但是設(shè)計(jì)場(chǎng)限環(huán)必須考慮結(jié)深、襯底濃度、環(huán)寬、環(huán)間距、表面濃度、表面電荷等眾多種 因素的影響，因此，要通過解析方法得到最優(yōu)設(shè)計(jì)是非常困難的。加之一般的半導(dǎo)體工藝中 會(huì)引入正電荷的因素很多，使得應(yīng)用該技術(shù)會(huì)對(duì)器件表面鈍化技術(shù)要求很高，增加了工藝 的復(fù)雜性。
[0068]金屬場(chǎng)板結(jié)構(gòu)（MFP)是在PN結(jié)的擴(kuò)散窗口附近的氧化層上淀積一層金屬，利用MIS電容原理，降低PN結(jié)處的高電場(chǎng)，優(yōu)化了器件的表面電場(chǎng)，從而減少了實(shí)現(xiàn)目前擊穿電 壓的終端面積。然而，MFP結(jié)構(gòu)對(duì)氧化層的厚度非常敏感，為了獲得最佳效果，將會(huì)增加工 藝的復(fù)雜性。
[0069] 在實(shí)際應(yīng)用中，常采用場(chǎng)限環(huán)和場(chǎng)板結(jié)合使用的結(jié)終端保護(hù)技術(shù)。場(chǎng)限環(huán)對(duì)于主 結(jié)區(qū)域的分壓作用具有明顯的效果，而場(chǎng)板對(duì)于抑制表面電荷效應(yīng)的影響也非常顯著。結(jié) 合圖1所示，圖中所示為傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體器件帶有3個(gè)場(chǎng)限環(huán)和4個(gè)場(chǎng)板的結(jié)終端結(jié)構(gòu) 圖和電子分布圖。圖中所示的結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括：N型的半導(dǎo)體襯底100' ；所述半導(dǎo)體襯底 100'上具有器件區(qū)域(未標(biāo)示)，在所述器件區(qū)域的邊緣形成有主結(jié)區(qū)域10'，所述主結(jié)區(qū)域 10'外形成有若干場(chǎng)限環(huán)2Γ、22'、23'，所述主結(jié)區(qū)域10'和所述場(chǎng)限環(huán)21'、22'、23'為P 型摻雜。其中，所述P型的主結(jié)區(qū)域10'和N型的半導(dǎo)體襯底100'構(gòu)成PN結(jié)(也就是主結(jié)， 通常也稱之為等位環(huán)區(qū)域)。
[0070] 另外，所述場(chǎng)限環(huán)21'、22'、23'的外圍還形成有N+型摻雜區(qū)14'，所述N+型摻雜 區(qū)14'的N型摻雜濃度大于半導(dǎo)體襯底100'，以截止表面電場(chǎng)，防止表面反型形成P溝道造 成表面漏電。
[0071] 另外，在半導(dǎo)體襯底100'還上形成有場(chǎng)氧化層20Γ、形成在半導(dǎo)體襯底100'和場(chǎng) 氧化層20Γ上的金屬場(chǎng)板40Γ至金屬場(chǎng)板404'、形成在N+型摻雜區(qū)14'上的金屬電極 405'以及形成在金屬場(chǎng)板40Γ至金屬場(chǎng)板404'、金屬電極405'和場(chǎng)氧化層20Γ上的鈍 化層。
[0072] 所述鈍化層包括SiN層500'和SiN層500'上的光敏聚酰亞胺層600'。所述光敏 聚酰亞胺層600'的作用為了盡量降低在功率器件中外界可動(dòng)電荷的影響。
[0073] 上述功率半導(dǎo)體器件在常溫下進(jìn)行FT測(cè)試時(shí)，常出現(xiàn)擊穿電壓蠕動(dòng)的現(xiàn)象。一般 認(rèn)為這樣的現(xiàn)象是由可動(dòng)電荷引起，這些電荷在電場(chǎng)的應(yīng)力條件下重新分布，如果場(chǎng)板設(shè) 計(jì)窗口不足將會(huì)導(dǎo)致器件終端表面電場(chǎng)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷翰环€(wěn)的現(xiàn)象。一般的， 半導(dǎo)體工藝中會(huì)引入較多的可動(dòng)電荷和界面態(tài)。如果工藝中引入的可動(dòng)電荷不大，同時(shí)設(shè) 計(jì)窗口適當(dāng)，在常溫條件下，器件擊穿電壓特性穩(wěn)定。
[0074] 但在比如HTRB(高溫反偏測(cè)試）等的高溫高壓條件下，上述功率半導(dǎo)體器件的漏 電流迅速增大不能穩(wěn)定，經(jīng)過一段時(shí)間測(cè)試后，其擊穿電壓下降，甚至出現(xiàn)短路的情況，且 經(jīng)過一段時(shí)間烘烤后，擊穿特性恢復(fù)。一般，高壓器件所需電壓越高，襯底電阻率越低，該問 題越嚴(yán)重。
[0075] 結(jié)合圖1中所示，在高溫高壓條件下作溫度約為125°C?150°C，主結(jié)10'為陽(yáng) 極P+接地，N+型摻雜區(qū)14'為襯底陰極N+接高壓)，鈍化層內(nèi)部或器件外的正離子獲得一 定能量后掙脫周圍勢(shì)場(chǎng)的束縛，成為自由電荷，由器件高電位端向低電位端移動(dòng)，在主結(jié)區(qū) 域10'處聚集，使得該處表面電場(chǎng)增大，漏電流增大甚至不能穩(wěn)定，導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档蜕踔?短路。經(jīng)過一段時(shí)間的烘烤(烘烤溫度為150°C?250°C)后，擊穿特性恢復(fù)，這是由于可動(dòng) 電荷在高溫條件下，由濃度高處向濃度低處擴(kuò)散，最終使得可動(dòng)電荷重新均勻分布，恢復(fù)到 與高溫高壓測(cè)試前的狀態(tài)，從而使器件擊穿特性恢復(fù)。
[0076] 為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具 體實(shí)施方式做詳細(xì)介紹。
[0077] 本實(shí)施例中提供了一種功率半導(dǎo)體器件，結(jié)合圖2所示。具體的，所述功率半導(dǎo)體 器件包括：N型的半導(dǎo)體襯底100 ;所述半導(dǎo)體襯底100上具有器件區(qū)域(未標(biāo)示)，在所述器 件區(qū)域的邊緣形成有主結(jié)區(qū)域10,所述主結(jié)區(qū)域10外(在遠(yuǎn)離所述器件區(qū)域一側(cè)）形成有 若干場(chǎng)限環(huán)21、22、23，所述主結(jié)區(qū)域10和所述場(chǎng)限環(huán)21、22、23為？型摻雜；其中，所述主 結(jié)區(qū)域10和與所述主結(jié)區(qū)域10相鄰的第一場(chǎng)限環(huán)21之間的半導(dǎo)體襯底中形成有N+型第 一摻雜區(qū)31。其中，所述P型的主結(jié)區(qū)域10和N型的半導(dǎo)體襯底100構(gòu)成PN結(jié)，這個(gè)PN 結(jié)為主結(jié)。
[0078] 其中，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的摻雜濃度使得所述半導(dǎo)體襯底100的方塊電阻為 400ohm/sp?6000ohm/sp。若所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的摻雜濃度過高容易導(dǎo)致主結(jié)兩端的 電壓不足，過低的話，使得形成的主結(jié)的兩極彼此的反型效果不明顯。
[0079] 類似的，所述場(chǎng)限環(huán)21、22、23內(nèi)的摻雜濃度使得所述場(chǎng)限環(huán)21、22、23的方塊電 阻為 10〇hm/sp?1200ohm/sp。
[0080] 另外，本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件還包括形成在半導(dǎo)體襯底100上的場(chǎng)氧化層 201、形成在半導(dǎo)體襯底100和場(chǎng)氧化層201上的金屬場(chǎng)板401至金屬場(chǎng)板404、形成在第一 摻雜區(qū)14上的金屬電極405以及形成在金屬場(chǎng)板401至金屬場(chǎng)板404、金屬電極405和場(chǎng) 氧化層201上的鈍化層。
[0081] 其中，本實(shí)施例中，所述金屬場(chǎng)板401至金屬場(chǎng)板404覆蓋在半導(dǎo)體襯底100和場(chǎng) 氧化層201上。其中，金屬場(chǎng)板401為主結(jié)上的金屬場(chǎng)板，其一端連接主結(jié)區(qū)域10表面的 半導(dǎo)體襯底100,另一端位于所述第一場(chǎng)限環(huán)21和第一摻雜區(qū)31的交界處。金屬場(chǎng)板402 至金屬場(chǎng)板404分別為第一場(chǎng)限環(huán)21、第二場(chǎng)限環(huán)22和第三場(chǎng)限環(huán)23上的金屬場(chǎng)板。場(chǎng) 限環(huán)上的金屬場(chǎng)板結(jié)構(gòu)類似，以金屬場(chǎng)板402為例，其一端連接在第一場(chǎng)限環(huán)21表面的半 導(dǎo)體襯底100上，另一端位于第一場(chǎng)限環(huán)21遠(yuǎn)離主結(jié)一側(cè)上的場(chǎng)氧化層201上，且一般不 會(huì)連接到下一個(gè)場(chǎng)限環(huán)。所述金屬場(chǎng)板401?金屬場(chǎng)板404的厚度為2μm?6μm。
[0082] 本實(shí)施例中，所述鈍化層包括處于金屬場(chǎng)板表面的SiN鈍化層500和位于SiN鈍 化層500表面的光敏聚酰亞胺層600。所述光敏聚酰亞胺層600的厚度為4μm?18μm。
[0083] 與一般的采用場(chǎng)限環(huán)技術(shù)的功率半導(dǎo)體器件相比，本實(shí)施例提供的功率半導(dǎo)體器 件中，增加了N+型第一摻雜區(qū)31，所述N+型第一摻雜區(qū)31位于所述主結(jié)區(qū)域10和第一場(chǎng) 限環(huán)21之間的半導(dǎo)體襯底100的表面。所述第一摻雜區(qū)31增加了主結(jié)區(qū)域10和第一場(chǎng) 限環(huán)21之間的半導(dǎo)體襯底100的表面濃度，使得主結(jié)區(qū)域10和第一場(chǎng)限環(huán)21之間的半導(dǎo) 體襯底100的表面的電子勢(shì)能較高，有效的降低在高溫高壓條件下(工作溫度約為125°C? 150°C，主結(jié)區(qū)域10為陽(yáng)極P+接地，N+型摻雜區(qū)14為襯底陰極N+接高壓)，可動(dòng)電荷在主 結(jié)區(qū)域10上的場(chǎng)氧化層201表面聚集引起的對(duì)該處電場(chǎng)的影響。
[0084] 利用金屬場(chǎng)板401跨接主結(jié)區(qū)域10和第一場(chǎng)限環(huán)21，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主結(jié)區(qū)域10上的 場(chǎng)氧化層201表面的可動(dòng)電荷的屏蔽作用，穩(wěn)定器件終端的表面電場(chǎng)，從而降低器件高溫 下的漏電流，增強(qiáng)其耐壓可靠性。
[0085] 且所述金屬場(chǎng)板401接地，在主結(jié)區(qū)域10和第一場(chǎng)限環(huán)21之間形成一個(gè)等電位 金屬層，可以終止外界電荷的電場(chǎng)，從而有效地降低聚集正電荷對(duì)終端表面電場(chǎng)的影響，在 高溫高壓條件下，維持整個(gè)終端表面電場(chǎng)的穩(wěn)定，抑制了漏電流的增大，維持器件擊穿電壓 的穩(wěn)定。
[0086] 另外，所述場(chǎng)限環(huán)21、22、23的外圍還形成有N+型的第一摻雜區(qū)14,所述N+型的 第一摻雜區(qū)14的N型摻雜濃度大于半導(dǎo)體襯底100,以截止表面電場(chǎng)，防止表面反型形成P 溝道造成表面漏電。
[0087] 本實(shí)施例中還提供了上述半導(dǎo)體器件的制作方法，結(jié)合圖3至圖8所示，包括：
[0088] 首先，結(jié)合圖3所示，提供半導(dǎo)體襯底100,在所述半導(dǎo)體襯底100中形成第一摻雜 區(qū) 110。
[0089] 其中，所述半導(dǎo)體襯底100具有第一摻雜類型，所述第一摻雜區(qū)110的摻雜類型和 半導(dǎo)體襯底100相同，摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體襯底100的摻雜濃度。
[0090] 在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為N型摻雜的硅襯底，其方塊電阻為400ohm/ sp?⑶00ohm/sp。
[0091] 在本實(shí)施例中，所述形成第一摻雜區(qū)110的步驟包括：利用熱氧化工藝在所述半 導(dǎo)體襯底100上形成第一氧化層200 ;利用光刻工藝在所述第一氧化層200上形成第一光 刻膠圖形210,所述第一光刻膠圖形210包括如圖4中所示的第一摻雜區(qū)31、14的圖形；以 所述第一氧化層200為掩膜，進(jìn)行第一離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底100中形成第一離子 注入?yún)^(qū)110。其中，所述第一氧化層200的厚度為1000Α_、·3000Α。所述第一離子注入中注 入劑量為2ellcnT2?lel3cnT2,能量為60KeV?120KeV的N型雜質(zhì)。
[0092] 在其它實(shí)施例中，所述形成第一摻雜區(qū)110的方式也可以為其它在半導(dǎo)體襯底 100表現(xiàn)形成摻雜區(qū)的方式，比如熱擴(kuò)散。
[0093] 接下來，結(jié)合圖4所示，進(jìn)行第一退火工藝，使得第一摻雜區(qū)110形成第一摻雜區(qū) 31、14。
[0094] 本實(shí)施例中，所述第一退火工藝為在IKKTC?1200°C有氧環(huán)境中進(jìn)行，同時(shí)形成 有6000A?20000A的場(chǎng)氧化層201 (第二氧化層）。
[0095] 在其它實(shí)施方式中，所述第一退火工藝也可以為在惰性氣體或者N2氛圍中進(jìn)行， 這樣的實(shí)施方式中，后續(xù)工藝中需要另外進(jìn)行熱氧化工藝或者沉積工藝形成場(chǎng)氧化層201。
[0096] 接下來，結(jié)合圖5所示，進(jìn)行第二離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底100中形成主結(jié) 區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的摻雜區(qū)120。
[0097] 其中，所述主結(jié)區(qū)域和所述場(chǎng)限環(huán)具有第二摻雜類型，所述第一摻雜類型和第二 摻雜類型相反，且所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)的摻雜區(qū)120位于所述第一摻雜區(qū)的兩側(cè)并 與所述第一摻雜區(qū)緊鄰。
[0098] 本實(shí)施例中，本步驟包括：
[0099] 利用光刻工藝在所述場(chǎng)氧化層201上形成第二光刻膠圖形(未圖示)，所述第二光 刻膠圖形為主結(jié)區(qū)域10和場(chǎng)限環(huán)21至23的摻雜區(qū)圖形；利用刻蝕工藝將所述第二光刻膠 圖形轉(zhuǎn)移到所述場(chǎng)氧化層201中；去除光刻膠；以所述場(chǎng)氧化層201為掩膜，進(jìn)行第二離子 注入，以在所述半導(dǎo)體襯底100中形成主結(jié)區(qū)域10和場(chǎng)限環(huán)21至23的摻雜區(qū)120。
[0100] 本實(shí)施例中，所述第二離子注入中注入劑量為lel3cnT2?lel5cnT2,能量為 60KeV?120KeV的P型雜質(zhì)。
[0101] 接下來，結(jié)合圖6所示，進(jìn)行第二退火工藝，以使得所述主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的摻雜 區(qū)120形成為主結(jié)區(qū)域10和場(chǎng)限環(huán)21至場(chǎng)限環(huán)23。
[0102] 本實(shí)施例中，所述第二退火工藝為在IKKTC?1200°〇的N2環(huán)境下進(jìn)行。
[0103] 接下來，結(jié)合圖7所示，形成金屬場(chǎng)板。
[0104] 本實(shí)施例中，所述形成金屬場(chǎng)板的工藝包括：形成硼磷硅玻璃；利用光刻工藝，在 所述硼磷硅玻璃層中形成通孔；沉積金屬層，覆蓋過所述ILD層；利用光刻工藝，去除多余 的金屬層，以形成金屬場(chǎng)板401至404。同時(shí)，本實(shí)施例中，還形成了金屬電極405。
[0105] 其中，形成硼磷硅玻璃的方式為：首先在所述半導(dǎo)體襯底100上沉積厚度為 8000A?16000A硼磷硅玻璃；然后，在溫度為850°c?95〇°C的環(huán)境中進(jìn)行回流。
[0106] 接下來，結(jié)合圖8所示，形成鈍化層。
[0107] 所述鈍化層的作用為保護(hù)芯片，比如防止后續(xù)封裝等工序?qū)π酒念w粒以及可動(dòng) 離子的沾污等。本實(shí)施例中，所述形成鈍化層的工藝中包括：形成SiN鈍化層500 ;
[0108] 形成光敏聚酰亞胺層600的步驟。
[0109] 由于鈍化層只需要在器件終端區(qū)域形成，有源區(qū)需要開出鍵合窗口進(jìn)行封裝。本 步驟中形成的光敏型聚酰亞胺具有光敏性，光刻曝光后經(jīng)過固化即成為鈍化層，且其可預(yù) 防芯片表面打火現(xiàn)象，且可以防止外界沾污進(jìn)入芯片內(nèi)部，降低漏電流。成本低，且性能優(yōu) 越。
[oho] 以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括： 半導(dǎo)體襯底，具有第一摻雜類型； 器件區(qū)域，形成在所述半導(dǎo)體襯底上； 主結(jié)區(qū)域，具有第二摻雜類型，形成在所述器件區(qū)域邊緣； 若干場(chǎng)限環(huán)，具有第二摻雜類型，形成在所述主結(jié)區(qū)域遠(yuǎn)離所述器件區(qū)域的一側(cè)； 第一摻雜區(qū)，具有第一摻雜類型，摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度，形成在所 述主結(jié)區(qū)域和與所述主結(jié)區(qū)域相鄰的第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底中； 其中，所述第一摻雜類型和所述第二摻雜類型相反。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的方塊電阻 為 400ohm/sp ?6000ohm/sp。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述場(chǎng)限環(huán)內(nèi)的方塊電阻為 10ohm/sp ?1200ohm/sp〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金 屬場(chǎng)板；所述主結(jié)區(qū)域和所述第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底上的金屬場(chǎng)板一端與所述主結(jié) 區(qū)域處的半導(dǎo)體襯底接觸，另一端位于所述第一摻雜區(qū)和所述第一場(chǎng)限環(huán)的邊界上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬場(chǎng)板的厚度為 2 y m ~ 6 y m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬場(chǎng)板的表面還形成 有鈍化層，所述鈍化層包括處于金屬場(chǎng)板表面的SiN鈍化層和位于SiN鈍化層表面的光敏 聚酰亞胺層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一摻雜類型為N型，所 述第二摻雜類型為P型。
8. -種如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，包括： 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一摻雜類型； 形成第一摻雜區(qū)，所述第一摻雜區(qū)的摻雜類型和半導(dǎo)體襯底相同，摻雜濃度高于所述 半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度； 形成主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)，所述主結(jié)區(qū)域和所述場(chǎng)限環(huán)具有第二摻雜類型，所述第一摻 雜類型和第二摻雜類型相反，且所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)位于所述第一摻雜區(qū)的兩側(cè)并 與所述第一摻雜區(qū)緊鄰。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述形成第一摻雜區(qū)的步驟包括：利用熱氧化工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化層； 利用光刻工藝在所述第一氧化層上形成第一光刻膠圖形，所述第一光刻膠圖形為第一 摻雜區(qū)的圖形； 利用刻蝕工藝將所述第一光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到所述第一氧化層中； 去除光刻膠； 以所述第一氧化層為掩膜，進(jìn)行第一離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一離子 注入?yún)^(qū)； 進(jìn)行第一退火工藝。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述第一氧化層的厚度為 1000人?3000 A;所述第一退火工藝為在1100°c?1200°C有氧環(huán)境中進(jìn)行，同時(shí)形成有 6000A?20000A的第二氧化層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述第一離子注入中注入劑量為 2EllcnT2 ?lE13cnT2,能量為 60KeV ?120KeV 的 N 型雜質(zhì)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述形成主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的步驟 包括： 利用熱氧化工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第二氧化層； 利用光刻工藝在所述第二氧化層上形成第二光刻膠圖形，所述第二光刻膠圖形為主結(jié) 區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的摻雜區(qū)圖形； 利用刻蝕工藝將所述第二光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到所述第二氧化層中； 去除光刻膠； 以所述第二氧化層為掩膜，進(jìn)行第二離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底中形成主結(jié)區(qū)域 和場(chǎng)限環(huán)的摻雜區(qū)； 進(jìn)行第二退火工藝。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述第二離子注入中注入劑量為 lE13cnT2 ?lE15cnT2,能量為 60KeV ?120KeV 的 P 型雜質(zhì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述第二退火工藝為在1KKTC? 12001：的隊(duì)環(huán)境下進(jìn)行。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述形成主結(jié)區(qū)域和場(chǎng)限環(huán)的步 驟之后，還包括形成覆蓋在所述主結(jié)區(qū)域和第一場(chǎng)限環(huán)之間的半導(dǎo)體襯底上的金屬場(chǎng)板的 步驟，所述主結(jié)區(qū)域和所述第一場(chǎng)限環(huán)之間的金屬場(chǎng)板的一端與所述主結(jié)區(qū)域處的半導(dǎo)體 襯底接觸，另一端位于所述第一摻雜區(qū)和所述第一場(chǎng)限環(huán)的邊界上；且在形成所述金屬場(chǎng) 板之后，還包括在所述金屬場(chǎng)板上形成鈍化層的工藝，所述形成鈍化層的工藝中包括形成 光敏聚酰亞胺層的步驟。
【文檔編號(hào)】H01L27/088GK104347628SQ201310333372
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】鐘圣榮, 王根毅, 鄧小社, 周宏偉 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司