專利名稱：表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及受可動離子沾污影響的硅制高壓功率器件，特別適用于娃制超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(SuperjunctionVDM0S,即超結(jié)VDM0S，一下均簡寫為超結(jié)VDM0S)，更具體的說，涉及ー種在高溫反偏條件下具有高可靠性的硅制超結(jié)VDMOS的終端結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景 目前，功率器件在日常生活、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，由于它們擁有較快的開關(guān)速度、較小的驅(qū)動電流、較寬的安全工作區(qū)，因此受到了眾多研究者們的青睞。如今，功率器件正向著提高工作電壓、増加工作電流、減小導(dǎo)通電阻和集成化的發(fā)展。超結(jié)的實用新型是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管技術(shù)上的ー個里程碑。功率器件不僅在國防，航天，航空等尖端技術(shù)領(lǐng)域倍受青睞，在エ業(yè)，民用家電等領(lǐng)域也同樣為人們所重視。隨著功率器件的日益發(fā)展，其可靠性也已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的焦點。功率器件為電子設(shè)備提供所需形式的電源和電機設(shè)備提供驅(qū)動，幾乎一切電子設(shè)備和電機設(shè)備都需用到功率器件，所以對器件可靠性的研究有著至關(guān)重要的意義?？煽啃缘亩x是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。所謂規(guī)定的條件，主要指使用條件和環(huán)境條件。使用條件是指那些將進(jìn)入到產(chǎn)品或材料內(nèi)部而起作用的應(yīng)カ條件，如電應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)カ和物理應(yīng)力?？煽啃栽囼灥姆秶浅V泛，其目的是為了考核電子元器件等電子產(chǎn)品在儲存、運輸和工作過程中可能遇到各種復(fù)雜的機械、環(huán)境條件。由于功率器件的應(yīng)用場合，高溫高壓條件下的可靠性性顯得尤為重要，高溫反偏(High Temperature Reverse bias, HTRB)測試正是為了評估功率芯片在高溫反偏條件下的使用壽命以及可靠性所進(jìn)行的一種可靠性測試；在高溫高壓條件下由封裝引入的可動離子(主要是納離子)會有一定幾率穿過功率器件芯片的鈍化層和介質(zhì)層進(jìn)入到硅與ニ氧化硅的界面，這些可動離子會改變功率器件的硅表面電場分布使器件的耐壓退化。因此，降低功率器件在高溫反偏測試下的耐壓敏感度有著極其重要的意義。通過在超結(jié)VDMOS的終端結(jié)構(gòu)硅表面設(shè)置可動離子阻斷結(jié)構(gòu)能夠抑制可動離子由超結(jié)VDMOS的終端結(jié)構(gòu)區(qū)域向芯片中心區(qū)域移動。在阻斷結(jié)構(gòu)附近電場線比較密集，從而電場強度較大；相對于其它區(qū)域，在阻斷結(jié)構(gòu)附近電場強度大小會有局部的峰值(以下稱為峰值電場)。當(dāng)可動離子移動到阻斷結(jié)構(gòu)附近時，受到峰值電場的作用，可動離子將被固定在阻斷結(jié)構(gòu)附近某處，不再繼續(xù)移動。因此，設(shè)置在超結(jié)VDMOS終端結(jié)構(gòu)表面的阻斷結(jié)構(gòu)能夠抑制可動離子的移動，從而達(dá)到提高超結(jié)VDMOS抗可動離子沾污的能力。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，所涉及的結(jié)構(gòu)能夠阻止可動離子移動到芯片內(nèi)部，提高了晶體管抗可動離子沾污的能力。本實用新型采用如下技術(shù)方案表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的環(huán)形N型重?fù)诫s硅襯底且所述N型重?fù)诫s硅襯底的內(nèi)、外邊界為矩形，在N型重?fù)诫s硅襯底下表面設(shè)置有漏極金屬，在N型重?fù)诫s娃襯底之上表面設(shè)有N型摻雜娃外延層,在N型摻雜硅外延層上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域，且P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域沿所述終端結(jié)構(gòu)的縱向交替排列，其特征在干，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有ニ氧化硅區(qū)和條形ニ氧化硅，所述條形ニ氧化硅位于所述終端結(jié)構(gòu)縱向邊上，并且，沿所述終端結(jié)構(gòu)縱向平行排列，所述ニ氧化硅區(qū)覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點 I、本實用新型結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有條形ニ氧化硅摻雜硅區(qū)域，在每個條形ニ氧化硅區(qū)域的邊界處附近能夠形成峰值電場，這些峰值電場將移動到附近的可動離子固定住，使可動離子無法到達(dá)芯片內(nèi)部，從而提高了芯片的可靠性。

圖I是本實用新型內(nèi)容所涉及的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)位于芯片中的位置示意圖。圖2是本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)中部分區(qū)域的俯視示意圖，其中條形ニ氧化硅的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界，ニ氧化硅區(qū)始于終端結(jié)構(gòu)的一條縱向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條縱向內(nèi)邊界的延長線。圖3是圖2中本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)沿AA’方向的剖面圖。圖4是圖2中本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)沿BB’方向的剖面圖，其中含有該結(jié)構(gòu)表面峰值電場的示意圖。圖5是圖2中本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)沿Ce’方向的剖面圖。圖6是圖2中本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)沿DD’方向的剖面圖。圖7是本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)中部分區(qū)域的的俯視示意圖，其中條形ニ氧化硅始于終端結(jié)構(gòu)的一條橫向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條橫向內(nèi)邊界的延長線，ニ氧化硅區(qū)覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊且ニ氧化硅區(qū)的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界。
具體實施方式
表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的環(huán)形N型重?fù)诫s硅襯底4且所述N型重?fù)诫s硅襯底4的內(nèi)、外邊界為矩形，在N型重?fù)诫s硅襯底4下表面設(shè)置有漏極金屬11,在N型重?fù)诫s娃襯底4之上表面設(shè)有N型摻雜娃外延層5,在N型摻雜硅外延層5上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域6和N型摻雜硅柱狀區(qū)域7，且P型摻雜硅柱狀區(qū)域6和N型摻雜硅柱狀區(qū)域7沿所述終端結(jié)構(gòu)的縱向交替排列，其特征在于，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有ニ氧化硅區(qū)8和條形ニ氧化硅9，所述條形ニ氧化硅9位于所述終端結(jié)構(gòu)縱向邊上，并且，沿所述終端結(jié)構(gòu)縱向平行排列，所述ニ氧化硅區(qū)8覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊。ニ氧化硅區(qū)域8與條形ニ氧化硅10的尺寸關(guān)系為以下兩種方式之一( I)條形ニ氧化硅9的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界，ニ氧化硅區(qū)8始于終端結(jié)構(gòu)的一條縱向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條縱向內(nèi)邊界的延長線。(2)條形ニ氧化硅9始于終端結(jié)構(gòu)的一條橫向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條橫向內(nèi)邊界的延長線，ニ氧化硅區(qū)8覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊且ニ氧化硅區(qū)8的 兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界。下面參照附圖，對本實用新型的具體實施方式
做出更為詳細(xì)的說明參考圖1，本實用新型涉及的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)I位于過渡區(qū)2周圍，所述過渡區(qū)2包圍原胞區(qū)3。圖2是本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)I其中的區(qū)域101的俯視示意圖，其中條形ニ氧化硅9的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界，ニ氧化硅區(qū)8始于終端結(jié)構(gòu)的一條縱向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條縱向內(nèi)邊界的延長線。沿圖2中ムム’、88’、0’、00’的剖面示意圖分別為圖3、圖4、圖5、圖6。圖6是本實用新型的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)I其中的區(qū)域101的俯視示意圖，其中形ニ氧化硅9始于終端結(jié)構(gòu)的一條橫向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條橫向內(nèi)邊界的延長線，ニ氧化硅區(qū)8覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊且ニ氧化硅區(qū)8的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界。
權(quán)利要求1.ー種表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的環(huán)形N型重?fù)诫s硅襯底(4)且所述N型重?fù)诫s硅襯底(4)的內(nèi)、外邊界為矩形，在N型重?fù)诫s娃襯底(4)下表面設(shè)置有漏極金屬(11)，在N型重?fù)诫s娃襯底(4)之上表面設(shè)有N型摻雜娃外延層(5),在N型摻雜娃外延層(5)上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu),超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜娃柱狀區(qū)域(6)和N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)，且P型摻雜硅柱狀區(qū)域(6)和N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)沿所述終端結(jié)構(gòu)的縱向交替排列，其特征在于，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有ニ氧化硅區(qū)(8)和條形ニ氧化硅(9)，所述條形ニ氧化硅(9)位于所述終端結(jié)構(gòu)縱向邊上，并且，沿所述終端結(jié)構(gòu)縱向平行排列，所述ニ氧化硅區(qū)(8)覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，條形ニ氧化硅(9)的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界，ニ氧化硅區(qū)(8)始于終端結(jié)構(gòu)的一條縱向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條縱向內(nèi)邊界的延長線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，條形ニ氧化硅(9)始于終端結(jié)構(gòu)的一條橫向內(nèi)邊界的延長線、止于終端結(jié)構(gòu)的另一條橫向內(nèi)邊界的延長線，ニ氧化硅區(qū)(8)覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊且ニ氧化硅區(qū)(8)的兩端分別延伸至所述終端結(jié)構(gòu)的外邊界。
專利摘要一種表面場氧化層不連續(xù)的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的環(huán)形N型重?fù)诫s硅襯底且所述N型重?fù)诫s硅襯底的內(nèi)、外邊界為矩形，在N型重?fù)诫s硅襯底下表面設(shè)置有漏極金屬，在N型重?fù)诫s硅襯底之上表面設(shè)有N型摻雜硅外延層，在N型摻雜硅外延層上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域，且型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域沿所述終端結(jié)構(gòu)的縱向交替排列，其特征在于，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有二氧化硅區(qū)和條形二氧化硅，所述條形二氧化硅位于所述終端結(jié)構(gòu)縱向邊上，并且，沿所述終端結(jié)構(gòu)縱向平行排列，所述二氧化硅區(qū)覆蓋所述終端結(jié)構(gòu)的橫向邊。
文檔編號H01L29/78GK202394981SQ201120391579
公開日2012年8月22日 申請日期2011年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月15日
發(fā)明者孫偉鋒, 張龍, 時龍興, 林顏章, 祝靖, 陸生禮, 馬文力 申請人:東南大學(xué)