專利名稱：不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件和集成電路結(jié)構(gòu)及制造方法，特別涉及一種不同摻雜濃度多 分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，適用于高壓半導(dǎo)體器件和集成電路的結(jié)構(gòu) 及制造。(二) 背景技術(shù)在高壓半導(dǎo)體器件和集成電路的結(jié)構(gòu)及制造中，保證器件能夠有足夠的電壓承受能力是 器件能夠正常工作的前提條件?，F(xiàn)代半導(dǎo)體器件和集成電路的制造一般采用從表面不同區(qū)域 摻入雜質(zhì)的方法來形成器件，對(duì)半導(dǎo)體材料內(nèi)部進(jìn)行任意區(qū)域，任意濃度的摻雜還很難做到。 現(xiàn)代的半導(dǎo)體器件和集成電路的這種制造方法可統(tǒng)稱為平面工藝。 一般半導(dǎo)體器件平面工藝 摻雜過程使得在半導(dǎo)體材料表面下形成有一定曲率的雜質(zhì)擴(kuò)散結(jié)，這種結(jié)承受電壓的能力往 往比沒有曲率的理想平行平面結(jié)所能承受的電壓低很多，這將影響半導(dǎo)體器件最終的工作電 壓。因此出現(xiàn)了許多提高平面工藝產(chǎn)生的曲率結(jié)擊穿電壓的方法， 一般統(tǒng)稱為結(jié)終端技術(shù)。 己有的結(jié)終端結(jié)構(gòu)和技術(shù)與平面工藝比較兼容有導(dǎo)電金屬或者多晶的各種場板結(jié)構(gòu)、多個(gè)保 護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)(場限環(huán)結(jié)構(gòu))、半絕緣多晶電阻場板結(jié)構(gòu)、橫向變摻雜結(jié)構(gòu)等；還有一些與平面工 藝兼容性不是很好的如正、負(fù)斜面、雙斜面技術(shù)和衍生的正、負(fù)腐蝕成形技術(shù)。見經(jīng)典專著 《功率MOSFET與高壓集成電路》見陳星弼，東南大學(xué)出版社，1990版。這些技術(shù)已經(jīng)為 從事高壓半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉，不再詳說。從器件設(shè)計(jì)和制造的方便、有利、 經(jīng)濟(jì)等角度，上述結(jié)終端技術(shù)各有特點(diǎn)。對(duì)于場板，各種導(dǎo)電場板能夠正常工作一般都需要放置場板的介質(zhì)厚度越厚效果越好， 這與現(xiàn)代平面工藝的低溫、低臺(tái)階、細(xì)光刻線條的趨勢存在一定的矛盾，有時(shí)限制了場板的 發(fā)揮效果。另外場板在器件設(shè)計(jì)時(shí)，其優(yōu)化計(jì)算是比較復(fù)雜的。場限環(huán)技術(shù)與平面工藝兼容 性比場板技術(shù)好一些， 一般因?yàn)榍试?，場限環(huán)的結(jié)深大一些有利場限環(huán)發(fā)揮更好作用， 但是場限環(huán)的結(jié)深和間距之間對(duì)工藝控制是比較敏感的，對(duì)表面雜質(zhì)濃度的變化也比較敏感， 并且在器件設(shè)計(jì)時(shí)，其優(yōu)化計(jì)算也是比較復(fù)雜的。橫向變摻雜技術(shù)在工藝上實(shí)現(xiàn)比較麻煩， 對(duì)摻入雜質(zhì)量和版圖及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)也比較麻煩和復(fù)雜。正、負(fù)斜面、雙斜面技術(shù)存在平面 工藝的兼容性不好的問題。前述背景技術(shù)中與平面工藝兼容性較好的提高主結(jié)擊穿電壓結(jié)終端技術(shù)存在一些不易調(diào) 和的矛盾，共同的問題首先是器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的復(fù)雜性，要獲得理想的擊穿電壓比較難設(shè) 計(jì)；其次是耐壓提高的效果對(duì)工藝加工尺寸，如臺(tái)階和介質(zhì)厚度等比較敏感，這增加了設(shè)計(jì)與器件制造工藝之間匹配的難度；最后這些終端技術(shù)基本上都與擴(kuò)散結(jié)深有或多或少的關(guān)系， 一般情況是深結(jié)有利耐壓的提高，而深結(jié)一般意味著較高的工藝溫度，與現(xiàn)代平面工藝低溫 的發(fā)展趨勢和高密度集成相矛盾。針對(duì)上述較高擊穿的結(jié)終端技術(shù)的設(shè)計(jì)復(fù)雜、依賴較深的 結(jié)深、較厚的介質(zhì)厚度以及與現(xiàn)代深亞微米低溫淺結(jié)工藝趨勢不兼容的問題，提出本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述較高擊穿的結(jié)終端技術(shù)的設(shè)計(jì)復(fù)雜、依賴較深的結(jié)深、較厚的介質(zhì)厚度以及與 現(xiàn)代深亞微米低溫淺結(jié)工藝趨勢不兼容的問題，本發(fā)明提供了一種不同摻雜濃度多分區(qū)高擊 穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，提出一種符合現(xiàn)代平面工藝發(fā)展趨勢的一種新的結(jié) 終端技術(shù)。形成了一套制備可動(dòng)部件與環(huán)的優(yōu)化方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案在于，本發(fā)明的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺 結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，包括半導(dǎo)體材料l，主擴(kuò)散結(jié)2， n個(gè)耐壓層B廣Bn(n》2)，耗盡終止區(qū)4和介質(zhì)層3，其中主 擴(kuò)散結(jié)2、 n個(gè)耐壓層B廣Bn、耗盡終止區(qū)4都處于半導(dǎo)體材料1中，主擴(kuò)散結(jié)2和n個(gè)耐壓 層B廣Bn的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體材料1是相反導(dǎo)電類型，耗盡終止區(qū)4與半導(dǎo)體材料1是相同 導(dǎo)電類型。所述n個(gè)耐壓層Bi Bn和耗盡終止區(qū)4表面允許存在各種厚度和多層不同性質(zhì)的介質(zhì)層3， 但不允許存在導(dǎo)電性材料，如金屬和多晶。所述n個(gè)耐壓層B『Bn中，耐壓層B, B^凈摻入雜質(zhì)面密度在半導(dǎo)體材料1理想平行平 面結(jié)雪崩擊穿前最大耗盡層空間電荷面密度與介質(zhì)層3及半導(dǎo)體材料1間電荷面密度帶符號(hào) 運(yùn)算之和的0.5倍到5倍范圍內(nèi)，而與耗盡終止區(qū)4的分區(qū)雜質(zhì)耐壓層Bn凈摻入雜質(zhì)面密度 在半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)雪崩擊穿前最大耗盡層空間電荷面密度與介質(zhì)層3及半導(dǎo)體 材料1間電荷面密度帶符號(hào)運(yùn)算之和的0倍到1.3倍范圍內(nèi)。所述耐壓層B「Bn橫向長度L廣U取值范圍是半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊 穿時(shí)耗盡層厚度的0.3倍到5倍范圍內(nèi)，所述耐壓層Bn和耗盡終止區(qū)4可以相接觸，也可以 存在間距，如果存在間距，則要求間距小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗 盡層厚度的20%。所述耐壓層B廣Bn中鄰近的耐壓層Bm.廣Bm可以存在間距，也可以相接觸，相鄰耐壓層 Bm., Bm可以存在的間距要求小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的20%，其中2《m《n，所述第一耐壓層Bi與主擴(kuò)散結(jié)2可以相接觸，也可以存在間距，如 果存在間距，則要求間距小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的 20%。所述耗盡終止區(qū)4雜質(zhì)濃度與半導(dǎo)體材料1雜質(zhì)濃度之和可以只等于半導(dǎo)體材料1雜質(zhì)濃度。所述半導(dǎo)體材料1可以是單晶半導(dǎo)體材料，也可以是外延單晶半導(dǎo)體材料，還可以是硅 片鍵合的單晶半導(dǎo)體材料。所述半導(dǎo)體材料1是商業(yè)意義上雜質(zhì)分布均勻的單晶半導(dǎo)體材料，包括商業(yè)意義上雜質(zhì) 分布均勻的外延和硅片鍵合的單晶半導(dǎo)體材料。有益效果由于本發(fā)明的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法采用了上 述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)1) 提高器件承受電壓的主擴(kuò)散結(jié)擊穿所用的結(jié)終端結(jié)構(gòu)較一般結(jié)終端技術(shù)簡單，降低了 器件結(jié)終端設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)雜度和難度。2) 對(duì)器件加工的介質(zhì)厚度和臺(tái)階不敏感，允許較一般結(jié)終端技術(shù)更低的臺(tái)階和更薄的介 質(zhì)厚度。3) 對(duì)主擴(kuò)散結(jié)結(jié)深不敏感，允許很低或者很淺的主擴(kuò)散結(jié)結(jié)深。4) 具有高壓、淺結(jié)、低溫工藝特點(diǎn)，同時(shí)也完全適合深結(jié)和高溫工藝，這使得其應(yīng)用的 適用范圍較一般的結(jié)終端技術(shù)更廣，更適合現(xiàn)代平面工藝低溫的發(fā)展趨勢和高密度集成。5) 這種結(jié)構(gòu)可以將主擴(kuò)散結(jié)2的擊穿電壓提高30%以上，能夠使主擴(kuò)散結(jié)2擊穿電壓達(dá) 到半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿電壓80%以上。6) 本發(fā)明結(jié)構(gòu)適合要求擊穿大于7V的半導(dǎo)體器件，其上限僅受制于半導(dǎo)體表面因制造 工藝引起的缺陷及界面態(tài)的影響，如果工藝控制恰當(dāng)、測試環(huán)境受控，則保護(hù)電壓上限可以 達(dá)到5000 10000V。

圖l是本發(fā)明的適合淺結(jié)低溫工藝增加擊穿電壓的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的硅片外延及第一次氧化后的示意圖。 圖3是在本發(fā)明圖2的硅片上進(jìn)行耐壓層Bh B2區(qū)域注入后的示意圖。 圖4是在本發(fā)明圖3的硅片上進(jìn)行耗盡終止區(qū)4區(qū)域注入后的示意圖。 圖5是在本發(fā)明圖4的硅片上進(jìn)行主擴(kuò)散結(jié)2區(qū)域注入、金屬化后的示意圖。 (五)具體實(shí)施例本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不僅限于以下描述的半導(dǎo)體器件，還可以是根據(jù)本方法的結(jié)構(gòu)核 心和設(shè)計(jì)精神，采用各種能夠滿足本結(jié)構(gòu)要求的類似方法來達(dá)到提高擊穿電壓的其它半導(dǎo)體 器件。本方法提出的結(jié)終端技術(shù)主要結(jié)構(gòu)如圖l所示，其結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體材料l，主擴(kuò)散結(jié)2，分區(qū)耐壓層Bi、 B2、 B3直到Bn (其中n>2)以及耗盡終止區(qū)4和介質(zhì)層3。圖1中還示意 表示出處于左上角"被保護(hù)器件"和圖右側(cè)"劃片道位置"。 一般被保護(hù)器件的結(jié)終端是對(duì)稱 的，而圖1以"被保護(hù)器件"右側(cè)結(jié)終端剖面對(duì)稱結(jié)構(gòu)為例來說明本方法的內(nèi)容，同樣剖面 結(jié)構(gòu)作一個(gè)鏡象軸對(duì)稱可以放在"被保護(hù)器件"左側(cè)構(gòu)成完整的結(jié)終端保護(hù)。以對(duì)稱右側(cè)描 述方法的內(nèi)容是完整和清晰的。由于本結(jié)構(gòu)所需工藝溫度非常低，基本上是激活離子注入摻 雜所需的溫度，因此結(jié)合所要保護(hù)器件的制造工藝可以方便地將本結(jié)構(gòu)加入而達(dá)到提高器件 主耐壓結(jié)的擊穿電壓目的。所述結(jié)構(gòu)中主擴(kuò)散結(jié)2和分區(qū)耐壓層B廣Bn的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體材料1是相反導(dǎo)電類型， 耗盡終止區(qū)4與半導(dǎo)體材料1是相同導(dǎo)電類型。主擴(kuò)散結(jié)2、分區(qū)耐壓層B廣Bn和耗盡終止 區(qū)4可以采用平面工藝中的擴(kuò)散或者離子注入方法來形成。分區(qū)耐壓層Bi Bn和耗盡終止區(qū) 4表面允許存在各種厚度和多層不同性質(zhì)的介質(zhì)層5 (如二氧化硅、氮化硅)，但不允許存在 導(dǎo)電性材料，如金屬和多晶硅。耗盡終止區(qū)4縱向尺寸越大越有利提高保護(hù)效果。分區(qū)耐壓 層B廣Bn結(jié)構(gòu)由兩組參數(shù)控制， 一組參數(shù)是其凈摻入雜質(zhì)面密度，另一組是橫向長度L廣U， 分區(qū)耐壓層B廣Bn對(duì)縱向深度不敏感，即其結(jié)深不明顯影響主擴(kuò)散結(jié)2耐壓。主擴(kuò)散結(jié)2的控制參數(shù)主要是結(jié)深，主擴(kuò)散結(jié)2相對(duì)于分區(qū)耐壓層B廣Bn結(jié)深越深，則分區(qū)耐壓層B廣Bn和耗盡終止區(qū)4組成的結(jié)終端結(jié)構(gòu)對(duì)主擴(kuò)散結(jié)2擊穿電壓的提高效果就越弱，這種特性非常 符合現(xiàn)代平面低溫淺結(jié)工藝的發(fā)展趨勢，避免了前述背景技術(shù)獲取高擊穿電壓一般要求較深 的主結(jié)的缺點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)可以將主擴(kuò)散結(jié)2的擊穿電壓提高30%以上，能夠使主擴(kuò)散結(jié)2擊 穿電壓達(dá)到半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿電壓80%以上。其基本原理是，主擴(kuò)散結(jié)2因結(jié)面曲率原因?qū)е缕鋯为?dú)存在時(shí)擊穿電壓遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體材 料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿電壓，在主擴(kuò)散結(jié)2增加同導(dǎo)電型號(hào)的分區(qū)耐壓層B廣Bn 可以降低主擴(kuò)散結(jié)2較大曲率結(jié)面附近(如圖1中A位置所示)的電場，同時(shí)又未在其它地 方引入更大電場的薄弱點(diǎn)，從而提高了整個(gè)器件的擊穿電壓。耗盡終止區(qū)4主要作用是防止 半導(dǎo)體材料1表面可能的反型和吸收分區(qū)耐壓層B廣Bn未能夠完全屏蔽的主擴(kuò)散結(jié)2橫向電 力線，限制耗盡擴(kuò)展到劃片道附近及其引起的漏電。要達(dá)到上述目的，分區(qū)耐壓層B廣Bn是關(guān)鍵，分區(qū)耐壓層BrBn必須滿足一定的條件上述效果才能夠達(dá)到。前面已經(jīng)敘述，這個(gè)條件主要受到兩組參數(shù)控制， 一組參數(shù)是其凈摻入雜質(zhì)面密度，另一組是橫向長度Ln，分區(qū)耐壓層Bn與耗盡終止區(qū)4間距Lc的影響可以忽略， 也即Lc可以等于零而令分區(qū)耐壓層Bn與耗盡終止區(qū)4相接觸。所述主擴(kuò)散結(jié)2和分區(qū)耐壓層B,可以存在間距，并且間距小于半導(dǎo)體材料1理想平行平 面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的20%直至擴(kuò)散結(jié)2和分區(qū)耐壓層B！相接觸。相鄰分區(qū)耐壓層Bm.廣Bm也可以存在間距，也可以相接觸，相鄰分區(qū)耐壓層Bm.廣Bm可以存在的每一個(gè)間距要求小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的 20%。其中2《m《n。下面的討論假設(shè)半導(dǎo)體材料1是一般商業(yè)意義上的均勻摻雜材料，這符合大多數(shù)半導(dǎo)體 單晶或者外延或者硅片鍵合材料的情況。非均勻摻雜情況復(fù)雜一些，對(duì)于縱向方向的不均勻， 本方法是適用的；對(duì)于處于非有意商業(yè)水平橫向不均勻摻雜，從效果看是適用的，如果存在 嚴(yán)重不均勻性，如大于15%以上則效果將減弱可能比較明顯，這取決于橫向不均勻性嚴(yán)重程 度和橫向位置。分區(qū)耐壓層B廣Bn相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法如下首先計(jì)算半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)平行電場方向的耗盡層面電荷密 度。這可以從最大電場得到。此最大電場與主擴(kuò)散結(jié)2結(jié)面附近(圖1A位置所示)半導(dǎo)體 材料I的雜質(zhì)濃度N^有關(guān)。對(duì)于高壓器件，采用突變結(jié)近似公式來計(jì)算此電場是合適的。 當(dāng)然也可以采用其它試驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式來確定最大電場。此最大電場計(jì)算式可寫為Emax,根據(jù)耗盡層面電荷密度與電位移矢量相等的原理，耗盡層面電荷密度Qs-SsiEmax，其相應(yīng)的耗盡層電荷數(shù)目為N^Qs/q， q為單位電荷，即電子所帶電荷量。分區(qū)雜質(zhì)耐壓層B廣Bw凈摻入雜質(zhì)面密度可設(shè)計(jì)或者取值為(0.5 5)NB，而分區(qū)雜質(zhì)耐壓 層Bn凈摻入雜質(zhì)面密度取值范圍為(0 1.3)NB。即Bn凈摻入雜質(zhì)面密度是所有分區(qū)雜質(zhì)耐壓 層B廣Bn中最低的，取為"0"時(shí)相當(dāng)于分區(qū)雜質(zhì)耐壓層Bn是完全雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)?。如果用離子 注入或者擴(kuò)散摻雜方式來實(shí)現(xiàn)分區(qū)雜質(zhì)耐壓層B廣Bn，則還需考慮分區(qū)雜質(zhì)耐壓層B廣Bn與 半導(dǎo)體材料1的雜質(zhì)濃度補(bǔ)償以及介質(zhì)層3與耐壓層B廣Bn之間可能存在界面電荷或者固定 電荷因素，而需要增加或減小一定量的分區(qū)雜質(zhì)耐壓層B廣Bn面摻雜雜質(zhì)密度，保證其"凈"雜質(zhì)濃度，也即雜質(zhì)補(bǔ)償和介質(zhì)層電荷補(bǔ)償后的雜質(zhì)面密度處于(0.5 5)NB和(0 1.3)NB范圍。 其次是耐壓層B廣Bn的橫向長度L廣Ln的確定，當(dāng)L廣U的長度分別大于半導(dǎo)體材料1 理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度WD的0.5倍時(shí)就開始有提高主擴(kuò)散結(jié)2擊穿電壓 的效果，L廣U越大提高效果越好，但L「Ln非常大時(shí)泄漏電流也將增加， 一般U取為Wo 的0.3 5倍。其中WD-NB/Nsub， 1《k《n。圖1中"被保護(hù)器件"可以是包括二極管、雙極三極管、MOSFET、 VDM0S、 LDM0S、 IGBT、 LIGBT在內(nèi)的能夠利用此結(jié)構(gòu)作為結(jié)終端保護(hù)的半導(dǎo)體器件或者集成電路器件。下面以結(jié)構(gòu)最簡單的硅二極管提高擊穿電壓為例來更具體地說明。如圖2所示，半導(dǎo)體硅 材料1以外延生長在銻重?fù)诫s的N型〈100, 0.02Q.cm硅片5上的40jim， 17acm材料為例。此 時(shí)，其Nsub-2.6X10"/cm3， Emax=4010(Nsub)1/8=2.54X 105V/cm, WD=sSiEmax/q/Nsub=60.5tmi， NB=Qs/q=eSiEmax/q=1.57X 1012/cm2，其理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿為1/2XEmaxXWD=769V。 可以看到，外延硅材料的厚度只有40^m比WD小約1/3，其原因是采用了行業(yè)通行的所謂穿通設(shè)計(jì)而得。1、 在所述N型〈100, 0.02Q.cm硅片5上采用行業(yè)通行的外延方法生長出40^im, 17Q.cm 硅外延材料l，經(jīng)行業(yè)通行的氧化前清洗后進(jìn)行熱氧化，氧化條件為850'C，水汽氧化60分鐘， 獲得約40-80nm的熱生長二氧化硅層3。如圖3所示。2、 經(jīng)行業(yè)通行的光刻方法套刻出耐壓層B1，取B!的長度L產(chǎn)1.3Wi^79^im，利用光刻膠 作為掩蔽層進(jìn)行硼離子注入，注入能量為80kev，注入劑量為3XNB^.71X10力cm2，經(jīng)行業(yè) 通行的注入后去膠方法去除光刻膠。再套刻出耐壓層B2，取B2的長度Lf0.8Wi^48tim，利用 光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行硼離子注入，注入能量為80kev，注入劑量為lXNB-1.57X10力cm2， 經(jīng)行業(yè)通行的注入后去膠方法去除光刻膠。令B卜B2相接觸。如圖4所示。3、 經(jīng)行業(yè)通行的光刻方法套刻出耗盡終止區(qū)4區(qū)域，利用光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行磷離子 注入，注入能量為100kev，注入劑量為7X10"/cm2。經(jīng)行業(yè)通行的注入后去膠方法去除光刻 膠。耗盡終止區(qū)4區(qū)與耐壓層B2相接觸，如圖5所示。4、 經(jīng)行業(yè)通行的光刻方法套刻出主擴(kuò)散結(jié)2區(qū)域，利用光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行硼離子注 入，注入能量為80kev，注入劑量為7X1015/0112。經(jīng)行業(yè)通行的注入后去膠方法去除光刻膠， 令主擴(kuò)散結(jié)2與第一耐壓層B^目接觸。如圖6所示。5、 經(jīng)行業(yè)通行LPCVD或者PECVD淀積Si02，厚度400nm (也可以省略此400nm介質(zhì)層)。 經(jīng)行業(yè)通行的退火程序進(jìn)行85(TC，惰性氣氛退火10分鐘。再經(jīng)行業(yè)通行的光刻方法刻蝕出接 主擴(kuò)散結(jié)2的介質(zhì)窗口，濺射1.2pmAlSi，經(jīng)行業(yè)通行的光刻方法刻蝕AlSi使其只連接上主擴(kuò) 散結(jié)2如圖6中6所示。所述耐壓層B卜B2和耗盡終止區(qū)4上無金屬AlSi。最后減薄硅片并在背 面形成行業(yè)通行的背面金屬化層。再采用行業(yè)通行的硅片劃片方法將二極管器件切割下來， 完成器件的芯片制造。按照此程序獲得的二極管擊穿電壓可以達(dá)到660V左右，是理想值的660/769=85.8%。如果 沒有耐壓層Bi、 B2和耗盡終止區(qū)4而只有主擴(kuò)散結(jié)2，擊穿電壓約只有300V左右，所述結(jié)構(gòu)擊 穿電壓約提高至廿660/300=220%。
權(quán)利要求
1.一種不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，包括半導(dǎo)體材料1，主擴(kuò)散結(jié)2，n個(gè)耐壓層B1～Bn(n≥2)，耗盡終止區(qū)4和介質(zhì)層3，其中主擴(kuò)散結(jié)2、n個(gè)耐壓層B1～Bn、耗盡終止區(qū)4都處于半導(dǎo)體材料1中，主擴(kuò)散結(jié)2和n個(gè)耐壓層B1～Bn的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體材料1是相反導(dǎo)電類型，耗盡終止區(qū)4與半導(dǎo)體材料1是相同導(dǎo)電類型。
2.如權(quán)利要求1的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征 在于所述n個(gè)耐壓層B廣Bn和耗盡終止區(qū)4表面允許存在各種厚度和多層不同性質(zhì)的介質(zhì) 層3，但不允許存在導(dǎo)電性材料，如金屬和多晶。
3. 如權(quán)利要求l的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征 在于所述n個(gè)耐壓層B廣Bn中，耐壓層B廣B^凈摻入雜質(zhì)面密度在半導(dǎo)體材料1理想平行 平面結(jié)雪崩擊穿前最大耗盡層空間電荷面密度與介質(zhì)層3及半導(dǎo)體材料1間電荷面密度帶符 號(hào)運(yùn)算之和的0.5倍到5倍范圍內(nèi)，而與耗盡終止區(qū)4的分區(qū)雜質(zhì)耐壓層Bn凈摻入雜質(zhì)面密 度在半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)雪崩擊穿前最大耗盡層空間電荷面密度與介質(zhì)層3及半導(dǎo) 體材料1間電荷面密度帶符號(hào)運(yùn)算之和的0倍到1.3倍范圍內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征在于所述耐壓層B廣Bn橫向長度L廣Ln取值范圍是半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的0.3倍到5倍范圍內(nèi)，所述耐壓層Bn和耗盡終止區(qū)4可以相接觸，也 可以存在間距，如果存在間距，則要求間距小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿 時(shí)耗盡層厚度的20%。
5.如權(quán)利要求1的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征在于所述耐壓層B廣Bn中鄰近的耐壓層Bm.廣Bm可以存在間距，也可以相接觸，相鄰耐 壓層Bm.廣Bm可以存在的間距要求小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的20%，其中2《m《n，所述第一耐壓層B！與主擴(kuò)散結(jié)2可以相接觸，也可以存在間距， 如果存在間距，則要求間距小于半導(dǎo)體材料1理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿時(shí)耗盡層厚度的 20%。
6. 如權(quán)利要求l的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征 在于所述耗盡終止區(qū)4雜質(zhì)濃度與半導(dǎo)體材料1雜質(zhì)濃度之和可以只等于半導(dǎo)體材料1雜 質(zhì)濃度。
7. 如權(quán)利要求l的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特征在于所述半導(dǎo)體材料1可以是單晶半導(dǎo)體材料，也可以是外延單晶半導(dǎo)體材料，還可以是硅片鍵合的單晶半導(dǎo)體材料。
8.如權(quán)利要求1的不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法，其特 征在于所述半導(dǎo)體^"料1是商業(yè)意義上雜質(zhì)分布均勻的單晶半導(dǎo)體材料，包括商業(yè)意義 上雜質(zhì)分布均勻的外延和硅片鍵合的單晶半導(dǎo)體材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不同摻雜濃度多分區(qū)高擊穿電壓淺結(jié)低溫半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造方法。本發(fā)明包括半導(dǎo)體材料、主擴(kuò)散結(jié)、n個(gè)耐壓層B₁～B_n(n≥2)、耗盡終止區(qū)和介質(zhì)層，其主擴(kuò)散結(jié)、n個(gè)耐壓層B₁～B_n、耗盡終止區(qū)都處于半導(dǎo)體材料中，主擴(kuò)散結(jié)和耐壓層的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型相反，耗盡終止區(qū)與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型相同。這種結(jié)構(gòu)可以將主擴(kuò)散結(jié)的擊穿電壓提高30％以上，能夠使主擴(kuò)散結(jié)擊穿電壓達(dá)到半導(dǎo)體材料理想平行平面結(jié)最大雪崩擊穿電壓80％以上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于數(shù)十伏到數(shù)千伏的半導(dǎo)體器件結(jié)終端中，適用于高壓半導(dǎo)體器件和集成電路的結(jié)構(gòu)及制造。
文檔編號(hào)H01L29/06GK101330098SQ20081007001
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者勇 劉, 唐昭煥, 歐宏旗, 胡永貴, 譚開洲 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所