一種縱向高壓半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高壓功率器件，具體涉及一種帶場限環(huán)和多晶場板的終端結(jié)構(gòu)的縱向高壓半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，功率半導(dǎo)體器件在日常生活、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在眾多功率器件中，垂直雙擴散金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(VDMOS: Vertical Double-diffusedMOSFET)兼有雙極型晶體管和普通MOS器件的優(yōu)點，不論是開關(guān)應(yīng)用還是線性應(yīng)用，VDMOS器件都是理想的功率半導(dǎo)體器件。擊穿電壓是其重要的靜態(tài)特性之一。
[0003]理想的器件擊穿電壓是指PN結(jié)為平面結(jié)的情況，但是在實際的工藝中，由于雜質(zhì)在進行縱向擴散的同時也發(fā)生橫向擴散，所以實際形成PN結(jié)的終端輪廓是彎曲的，結(jié)面彎曲會導(dǎo)致表面電場集中，對PN結(jié)的擊穿特性有很大影響，需要利用終端結(jié)構(gòu)來提高擊穿電壓。
[0004]針對VDMOS器件常用的終端技術(shù)有場限環(huán)、場板和截止環(huán)等，它是通過在器件的元胞區(qū)域周圍設(shè)置終端耐壓結(jié)構(gòu)，從而降低表面電場。以傳統(tǒng)的場限環(huán)結(jié)構(gòu)為例，為了實現(xiàn)高耐壓和可靠性，需要設(shè)置多個高濃度的場限環(huán)，這些場限環(huán)會占用較大的芯片面積，因為器件最終的耐壓由能承擔(dān)壓降的橫向長度決定，而高濃度的場限環(huán)本身只是起到緩解表面電場的作用，而不會承擔(dān)電壓降。相對應(yīng)的，真正在系統(tǒng)中作為開關(guān)和起導(dǎo)通電流作用的原胞區(qū)占用芯片面積比例反而降低，這就會減小每片圓片產(chǎn)出的芯片個數(shù)，提高生產(chǎn)成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供了一種縱向高壓半導(dǎo)體器件，能夠保證耐壓要求的同時，不會增加額外的工藝制造過程，減小終端結(jié)構(gòu)的尺寸，降低器件的生產(chǎn)成本。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種縱向高壓半導(dǎo)體器件，包括:N型摻雜半導(dǎo)體襯底、N型摻雜外延層、P型摻雜阱區(qū)、P型摻雜體區(qū)、高濃度N型摻雜區(qū)、第一多晶硅場板、第二多晶硅場板、第三多晶硅場板、第四多晶娃場板、漏極金屬電極及截止環(huán)電極；在所述N型摻雜半導(dǎo)體襯底上面設(shè)有N型摻雜外延層，在所述N型摻雜外延層的內(nèi)部設(shè)有P型摻雜阱區(qū)和P型摻雜體區(qū)，在所述P型摻雜體區(qū)的上側(cè)設(shè)有N型摻雜區(qū)，在部分所述N型摻雜外延層和部分所述P型摻雜阱區(qū)、部分所述P型摻雜體區(qū)的上方設(shè)有柵氧化層，在部分所述柵氧化層的上方設(shè)有第一多晶硅場板、第二多晶硅場板、第三多晶硅場板和第四多晶硅場板；所述P型摻雜體區(qū)、N型摻雜區(qū)、所述多晶硅柵和部分所述N型摻雜外延層共同構(gòu)成所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的內(nèi)部原胞區(qū)域，所述P型摻雜阱區(qū)、部分所述P型摻雜體區(qū)、部分所述N型摻雜區(qū)、所述第二多晶硅場板、第三多晶硅場板和第四多晶硅場板和部分所述N型摻雜外延層共同構(gòu)成所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的終端耐壓結(jié)構(gòu)區(qū)域；在所述內(nèi)部原胞區(qū)域的上方設(shè)有金屬層，構(gòu)成了所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的源極金屬電極，在所述N型摻雜襯底的下方設(shè)有金屬層，構(gòu)成了所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的漏極金屬電極，在部分所述N型摻雜外延層的上方設(shè)有金屬層，構(gòu)成了所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的截止環(huán)電極，所述多晶硅柵在內(nèi)部原胞區(qū)域構(gòu)成了所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的柵電極，所述第二多晶硅場板、第三多晶硅場板和第四多晶硅場板在終端耐壓結(jié)構(gòu)區(qū)域構(gòu)成了多晶硅場板結(jié)構(gòu)，所述第二多晶硅場板與所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的源極金屬電極相連，所述第四多晶硅場板與所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的截止環(huán)電極相連，其特征在于，多個所述P型摻雜阱區(qū)和多個所述第三多晶硅場板構(gòu)成所述終端區(qū)域的耐壓結(jié)構(gòu)。
[0007]進一步地，所述P型摻雜阱區(qū)的結(jié)深比所述P型摻雜體區(qū)的結(jié)深大。
[0008]更進一步地，所述P型摻雜阱區(qū)采用離子注入工藝形成，其深度、摻雜濃度、個數(shù)和相互之間的距離由設(shè)計耐壓要求決定。
[0009]更進一步地，所述P型摻雜阱區(qū)之間的距離相等或不相等。
[0010]更進一步地，所述第三多晶硅場板的長度相等或不相等。
[0011]更進一步地，所述第三多晶硅場板的間距相等或不相等。
[0012]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，在終端耐壓結(jié)構(gòu)區(qū)域設(shè)有多個P型摻雜阱區(qū)和浮置多晶硅場板，當(dāng)器件處于反向偏置時，此P型摻雜阱區(qū)會和N型摻雜外延層實現(xiàn)雙向耗盡，使得終端區(qū)的有效橫向耐壓長度增加，從而可以減小芯片面積；
本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，場板結(jié)構(gòu)會在器件的終端耐壓結(jié)構(gòu)表面引入多個電場峰值，從而降低表面電場，優(yōu)化了表面電勢分布，提高器件可靠性。
[0013]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0014]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0015]圖1是本發(fā)明的一種縱向高壓半導(dǎo)體器件的表面俯視示意圖；
圖2是本發(fā)明的一種縱向高壓半導(dǎo)體器件的一實施例的AA’位置剖面圖；
圖3是本發(fā)明縱向高壓半導(dǎo)體器件的耗盡線分布示意圖；
圖4是傳統(tǒng)縱向高壓半導(dǎo)體器件和本發(fā)明縱向高壓半導(dǎo)體器件的電勢分布比較示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記:
I為N型摻雜半導(dǎo)體襯底、2為N型摻雜外延層、3為P型摻雜阱區(qū)、4為P型摻雜體區(qū)、5為高濃度N型摻雜區(qū)、6為多晶硅柵、62為第二多晶硅場板、63為第三多晶硅場板、64為第四多晶硅場板、10為漏極金屬電極及12為截止環(huán)電極。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]參照圖1和圖2，如圖1和圖2所示，一種縱向高壓半導(dǎo)體器件，包括:N型摻雜半導(dǎo)體襯底1、N型摻雜外延層2、P型摻雜阱區(qū)3、P型摻雜體區(qū)4、高濃度N型摻雜區(qū)5、多晶硅柵6、第二多晶硅場板62、第三多晶硅場板63、第四多晶硅場板64、漏極金屬電極10及截止環(huán)電極12 ;在所述N型摻雜半導(dǎo)體襯底I上面設(shè)有N型摻雜外延層2，在所述N型摻雜外延層2的內(nèi)部設(shè)有P型摻雜阱區(qū)3和P型摻雜體區(qū)4，在所述P型摻雜體區(qū)4的上側(cè)設(shè)有N型摻雜區(qū)5，在部分所述N型摻雜外延層2和部分所述P型摻雜阱區(qū)3、部分所述P型摻雜體區(qū)4的上方設(shè)有柵氧化層，在部分所述柵氧化層的上方設(shè)有多晶硅柵6、第二多晶硅場板62、第三多晶硅場板63和第四多晶硅場板64 ;所述P型摻雜體區(qū)4、N型摻雜區(qū)5、所述多晶硅柵6和部分所述N型摻雜外延層2共同構(gòu)成所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的內(nèi)部原胞區(qū)域C，所述P型摻雜阱區(qū)3、部分所述P型摻雜體區(qū)4、部分所述N型摻雜區(qū)5、所述第二多晶硅場板62、第三多晶硅場板63和第四多晶硅場板64和部分所述N型摻雜外延層2共同構(gòu)成所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的終端耐壓結(jié)構(gòu)區(qū)域T ;在所述內(nèi)部原胞區(qū)域C的上方設(shè)有金屬層，構(gòu)成了所述縱向高壓半導(dǎo)體器件的源極金屬電極8，在所述N型摻雜襯底I的下