功率晶體管及其結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種功率晶體管及其結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓功率晶體管例如VDMOS (Vertical Double-Diffus1n M0SFET〈Metal-0xide_Semiconductor Field-Effect Transistor?，垂直雙擴(kuò)散金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)和 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor Feld-Effect Transistor，絕緣棚.雙極型晶體管)的有源區(qū)邊緣由于離子注入以及擴(kuò)散時形成的圓柱結(jié)和球面結(jié)的電場集中效應(yīng)，使得擊穿電壓降低較多。傳統(tǒng)的功率晶體管多采用場限環(huán)與多晶場板結(jié)合、場限環(huán)與金屬場板結(jié)合的技術(shù)。雖然這些技術(shù)可以使高壓功率晶體管的常規(guī)性能參數(shù)達(dá)到要求，但是，采用常規(guī)的場限環(huán)與多晶硅場板(或者金屬場板)的組合技術(shù)時，器件的高溫漏電常常較大。高溫反偏后，高壓功率晶體管的高溫漏電使器件長時間發(fā)熱受到損傷，進(jìn)而導(dǎo)致高壓功率器件的常溫?fù)舸╇妷簳档蛶资蛘邘装俜?。因此，要?shí)現(xiàn)功率晶體管的高擊穿電壓通常采用增加場限環(huán)的個數(shù)的方法，這無疑會增加器件的終端總長，使得終端面積較大，從而增大了生產(chǎn)成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]基于此，有必要提供一種能夠提高功率晶體管的擊穿電壓且終端面積較小的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
[0004]一種功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，形成于所述功率晶體管的有源區(qū)外圍，所述結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括:第一導(dǎo)電類型的襯底；形成于所述襯底上且由內(nèi)向外依次設(shè)置的過渡場限環(huán)、復(fù)合場限環(huán)結(jié)構(gòu)和截止環(huán)；所述復(fù)合場限環(huán)結(jié)構(gòu)包括場限環(huán)以及位于所述場限環(huán)內(nèi)側(cè)的第一導(dǎo)電類型環(huán)；所述過渡場限環(huán)和所述場限環(huán)均為第二導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)；所述截止環(huán)為第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)；以及分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)；所述分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)包括柵氧化層、場氧化層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、多晶硅場板和金屬場板；所述柵氧化層形成于各摻雜區(qū)表面；所述場氧化層、所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層形成于各摻雜區(qū)一側(cè)的襯底上且呈臺階依次向上分布；所述場氧化層的厚度大于所述柵氧化層的厚度；所述多晶硅場板部分覆蓋所述柵氧化層且部分覆蓋所述場氧化層；所述第一介質(zhì)層設(shè)置有第一接觸孔，所述第一接觸孔貫穿所述第一介質(zhì)層且與所述多晶硅場板相連；所述金屬場板部分覆蓋所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層；所述金屬場板與所述多晶硅場板通過所述第一接觸孔連接。
[0005]在其中一個實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型環(huán)的環(huán)寬為3微米?12微米，所述第一導(dǎo)電類型環(huán)的結(jié)深為4微米?8微米。
[0006]在其中一個實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型環(huán)為低摻雜的第一導(dǎo)電類型環(huán)；所述第一導(dǎo)電類型環(huán)的摻雜濃度為4X 1013cm 3?4 X 10 14cm 3。
[0007]在其中一個實(shí)施例中，所述柵氧化層的厚度為500埃?1200埃；所述場氧化層的厚度為10000埃?20000埃。
[0008]在其中一個實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層為硼磷硅玻璃層，所述第二介質(zhì)層為磷硅玻璃層；所述分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)還包括形成于所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層之間的隔離層；所述隔離層的表面由所述第二介質(zhì)層完全覆蓋。
[0009]在其中一個實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層的厚度為12000埃?17000埃；所述第二介質(zhì)層的厚度為38000埃?46000埃；所述隔離層的厚度為1000埃?2000埃。
[0010]在其中一個實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層均為磷硅玻璃層。
[0011 ] 在其中一個實(shí)施例中，所述第一接觸孔設(shè)置于所述多晶硅場板上遠(yuǎn)離位于所述多晶硅場板下方的摻雜區(qū)的一端。
[0012]在其中一個實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層形成于所述柵氧化層、所述場氧化層、所述多晶硅場板表面；所述第一介質(zhì)層還設(shè)置有第二接觸孔，所述第二接觸孔貫穿所述柵氧化層、所述第一介質(zhì)層連接至各摻雜區(qū)；所述第二接觸孔用于實(shí)現(xiàn)各摻雜區(qū)與位于各摻雜區(qū)上方的金屬場板之間的連接。
[0013]一種功率晶體管，包括有源區(qū)和結(jié)終端結(jié)構(gòu)，所述結(jié)終端結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述有源區(qū)的外圍并包圍所述有源區(qū)，所述結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括:第一導(dǎo)電類型的襯底；形成于所述襯底上且由內(nèi)向外依次設(shè)置的過渡場限環(huán)、復(fù)合場限環(huán)結(jié)構(gòu)和截止環(huán)；所述復(fù)合場限環(huán)結(jié)構(gòu)包括場限環(huán)以及位于所述場限環(huán)內(nèi)側(cè)的第一導(dǎo)電類型環(huán)；所述過渡場限環(huán)和所述場限環(huán)均為第二導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)；所述截止環(huán)為第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)；以及分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)；所述分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)包括柵氧化層、場氧化層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、多晶硅場板和金屬場板；所述柵氧化層形成于各摻雜區(qū)表面；所述場氧化層、所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層形成于各摻雜區(qū)一側(cè)的襯底上且呈臺階依次向上分布；所述場氧化層的厚度大于所述柵氧化層的厚度；所述多晶硅場板部分覆蓋所述柵氧化層且部分覆蓋所述場氧化層；所述第一介質(zhì)層設(shè)置有第一接觸孔，所述第一接觸孔貫穿所述第一介質(zhì)層且與所述多晶硅場板相連；所述金屬場板部分覆蓋所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層；所述金屬場板與所述多晶硅場板通過所述第一接觸孔連接。
[0014]上述功率晶體管及其結(jié)終端結(jié)構(gòu)，場氧化層、第一介質(zhì)層以及第二介質(zhì)層呈臺階分布，從而使得多晶硅場板和金屬場板通過第一接觸孔連接形成三臺階復(fù)合場板結(jié)構(gòu)。形成的三臺階復(fù)合場板結(jié)構(gòu)可以將結(jié)終端結(jié)構(gòu)的電場由半導(dǎo)體內(nèi)部轉(zhuǎn)移到場氧化層、第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層上，使得半導(dǎo)體體內(nèi)電場減小，從而提高了功率晶體管器件的擊穿電壓。并且，復(fù)合場限環(huán)結(jié)構(gòu)中與場限環(huán)的導(dǎo)電類型相反的第一導(dǎo)電類型環(huán)對場限環(huán)進(jìn)行雜質(zhì)補(bǔ)償，從而降低場限環(huán)的雜質(zhì)濃度，使得場限環(huán)內(nèi)的耗盡層能向環(huán)內(nèi)更多地耗盡，這樣，相對于場限環(huán)內(nèi)側(cè)沒有第一導(dǎo)電類型環(huán)的結(jié)終端結(jié)構(gòu)而言，擊穿電壓能進(jìn)一步提高，同時，耗盡層因向場限環(huán)內(nèi)擴(kuò)展得較多，耗盡層邊界向外擴(kuò)展得就較少，因此，減小了終端面積，使其能用較小的終端達(dá)到更高的擊穿電壓。
【附圖說明】
[0015]圖1為一實(shí)施例中的功率晶體管中有源區(qū)和結(jié)終端結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為圖1中的功率晶體管中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0017]圖3為圖2中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電類型環(huán)的摻雜離子注入劑量與擊穿電壓之間的關(guān)系仿真圖；
[0018]圖4為圖2中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的復(fù)合場限環(huán)中分別形成N-環(huán)和N+環(huán)時的擊穿電壓仿真圖；
[0019]圖5為圖2中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電類型環(huán)離場限環(huán)的距離與擊穿電壓之間的關(guān)系仿真圖；
[0020]圖6為圖2中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電類型環(huán)的環(huán)寬與擊穿電壓之間的關(guān)系仿真圖；
[0021]圖7為圖2中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0022]圖8為圖2中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的耐壓等效示意圖；
[0023]圖9為對比例中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0024]圖10為結(jié)終端結(jié)構(gòu)的擊穿電壓的仿真圖；
[0025]圖11為功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的橫向表面的表面一維電勢分布圖；
[0026]圖12為對比例的結(jié)終端結(jié)構(gòu)900的表面一維電場分布圖；
[0027]圖13為本實(shí)施例中的功率晶體管中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)30的表面一維電場分布圖；
[0028]圖14為圖12和圖13中的表面一維電場的疊加示意圖；
[0029]圖15為結(jié)終端結(jié)構(gòu)的表面一維漏電分布圖；
[0030]圖16為結(jié)終端結(jié)構(gòu)的表面一維碰撞電離率分布圖。
【具體實(shí)施方式】