功率晶體管的結(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)體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種功率晶體管的結(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 Feld-Effect Transistor?，垂直雙擴(kuò)散金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)的有源區(qū)邊緣由于離子注入以及擴(kuò)散時(shí)形成的圓柱結(jié)和球面結(jié)的電場(chǎng)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(chǎng)限環(huán)與多晶場(chǎng)板結(jié)合、場(chǎng)限環(huán)與金屬場(chǎng)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(chǎng)限環(huán)與多晶硅場(chǎng)板(或者金屬場(chǎng)板)的組合技術(shù)時(shí)，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(zhǎng)時(shí)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?huì)降低幾十伏或者幾百伏。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]基于此，有必要提供一種可以提高功率晶體管的擊穿電壓的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
[0004]—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(guò)渡場(chǎng)限環(huán)、場(chǎng)限環(huán)和截止環(huán)；所述過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)和所述場(chǎng)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(chǎng)氧化層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、多晶硅場(chǎng)板和金屬場(chǎng)板；所述柵氧化層形成于各摻雜區(qū)表面；所述場(chǎng)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(tái)階依次向上分布；所述場(chǎng)氧化層的厚度大于所述柵氧化層的厚度；所述多晶硅場(chǎng)板部分覆蓋所述柵氧化層且部分覆蓋所述場(chǎng)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(chǎng)板相連；所述金屬場(chǎng)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(chǎng)板與所述多晶硅場(chǎng)板通過(guò)所述第一接觸孔連接。
[0005]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述柵氧化層的厚度為500埃?1200埃；所述場(chǎng)氧化層的厚度為10000埃?20000埃。
[0006]在其中一個(gè)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。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隔離層為氮化硅隔離層。
[0008]在其中一個(gè)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。
[0009]在其中一個(gè)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。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一接觸孔設(shè)置于所述多晶硅場(chǎng)板上遠(yuǎn)離位于所述多晶硅場(chǎng)板下方的摻雜區(qū)的一端。
[0011 ] 在其中一個(gè)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(chǎng)氧化層、所述多晶硅場(chǎng)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)層且與各摻雜區(qū)表面相連；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(chǎng)板之間的連接。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型。
[0013]上述功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，場(chǎng)氧化層、第一介質(zhì)層以及第二介質(zhì)層呈臺(tái)階分布，從而使得多晶硅場(chǎng)板和金屬場(chǎng)板通過(guò)第一接觸孔連接形成三臺(tái)階復(fù)合場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。形成的三臺(tái)階復(fù)合場(chǎng)板結(jié)構(gòu)可以將結(jié)終端結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)由半導(dǎo)體內(nèi)部轉(zhuǎn)移到場(chǎng)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(chǎng)減小，從而提高了功率晶體管器件的擊穿電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為一實(shí)施例中的功率晶體管的有源區(qū)和結(jié)終端結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；
[0015]圖2為一實(shí)施例中的功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0016]圖3為圖2中的功率晶體管中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0017]圖4為圖2中的功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)耐壓的等效示意圖；
[0018]圖5為圖2中的功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的表面一維電勢(shì)分布圖；
[0019]圖6為圖2中的功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的表面一維電場(chǎng)分布圖；
[0020]圖7為圖2中的功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的表面一維漏電曲線圖；
[0021]圖8為圖2中的功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的表面一維碰撞電離分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0023]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0024]本文所引用的半導(dǎo)體領(lǐng)域詞匯為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的技術(shù)詞匯，例如對(duì)于P型和N型雜質(zhì)，為區(qū)分摻雜濃度，簡(jiǎn)易的將P+型代表重?fù)诫s濃度的P型，P型代表中摻雜濃度的P型，P-型代表輕摻雜濃度的P型，N+型代表重?fù)诫s濃度的N型，N型代表中摻雜濃度的N型，N-型代表輕摻雜濃度的N型。
[0025]—種功率晶體管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)，形成于功率晶體管的有源區(qū)外圍，從而包圍整個(gè)有源區(qū)。圖1為一實(shí)施例中的功率晶體管100中有源區(qū)20以及結(jié)終端結(jié)構(gòu)30的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，該功率晶體管100包括有源區(qū)20以及結(jié)終端結(jié)構(gòu)30。有源區(qū)20用于形成器件結(jié)構(gòu)，形成的器件結(jié)構(gòu)可以為IGBT或者VDM0S。結(jié)終端結(jié)構(gòu)30設(shè)置于有源區(qū)20的外圍，從而包圍整個(gè)有源區(qū)20。其中，結(jié)終端結(jié)構(gòu)30的內(nèi)側(cè)為與有源區(qū)20連接的一側(cè)，外側(cè)為遠(yuǎn)離有源區(qū)20的一側(cè)。
[0026]結(jié)終端結(jié)構(gòu)30的剖面示意圖如圖2所示。結(jié)終端結(jié)構(gòu)30包括襯底10、形成于襯底10上且由內(nèi)向外依次設(shè)置的過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302、場(chǎng)限環(huán)304以及截止環(huán)306。襯底10的導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型。襯底10的材料可以為硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦等。襯底10的摻雜濃度為低摻雜。
[0027]截止環(huán)306為第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)(N+)。截止環(huán)306用于終止由于各種原因在器件表面形成的反型層。過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302部分形成于結(jié)終端結(jié)構(gòu)30中，作為有源區(qū)20和結(jié)終端結(jié)構(gòu)30的過(guò)渡區(qū)。過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302通常位于有源區(qū)20的邊緣區(qū)中為各元胞柵極提供柵壓的總柵極條的下方，且與有源區(qū)20中的主結(jié)(圖中未示)連接。過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302和場(chǎng)限環(huán)304均為第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)(P+)。在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302和場(chǎng)限環(huán)304在器件生產(chǎn)時(shí)同時(shí)制造，但它們的耐壓作用不同。過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302由于與有源區(qū)20的主結(jié)相連，它所承擔(dān)的耐壓很小，甚至可忽略不計(jì)，而場(chǎng)限環(huán)304則主要起承擔(dān)耐壓的作用。場(chǎng)限環(huán)304包括多個(gè)，間隔設(shè)置于襯底10上且位于過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302和截止環(huán)306之間。在一實(shí)施例中，場(chǎng)限環(huán)304的個(gè)數(shù)可以為2?4個(gè)?？梢岳斫?，為使得功率晶體管100具有更高的擊穿電壓時(shí)也可以設(shè)置更多的場(chǎng)限環(huán)304。在本實(shí)施例中，場(chǎng)限環(huán)304的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別為場(chǎng)限環(huán)3041和3042。場(chǎng)限環(huán)304的環(huán)寬和環(huán)間距可以根據(jù)擊穿電壓以及漏電要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0028]結(jié)終端結(jié)構(gòu)30還包括多個(gè)分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)40以及覆蓋其表面的鈍化層308。鈍化層308的厚度在6000埃?10000埃，其材料可以為氮化硅。鈍化層也可以為聚酰亞胺，其厚度在30000埃?50000埃。分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)40的剖面示意圖如圖3所示。分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)40包括柵氧化層402、場(chǎng)氧化層404、多晶娃場(chǎng)板406、第一介質(zhì)層408、第二介質(zhì)層410、以及金屬場(chǎng)板414。
[0029]柵氧化層402形成于各重?fù)诫s區(qū)(過(guò)渡場(chǎng)限環(huán)302、場(chǎng)限環(huán)304以及截止環(huán)306)的表面，因此制備過(guò)程中可以與VDM0S或者IGBT晶體管的制備工藝兼容，從而不需要增加光刻次數(shù)，能夠節(jié)省成本。柵氧化層402的厚度較薄，在500埃?1200埃之間。
[0030]場(chǎng)氧化層404形成于各重?fù)诫s區(qū)一側(cè)的襯底10上且與柵氧化層402接觸。場(chǎng)氧化層404的厚度大于柵氧化層402的厚度。場(chǎng)氧化層404的厚度為10000埃?15000埃。場(chǎng)氧化層404的材料可以為硅的氧化物，例如二氧化硅。
[0031]場(chǎng)氧化層404、第一介質(zhì)層408以及第二介質(zhì)層410呈臺(tái)階狀依次向上分布。在本實(shí)施例中，第一介質(zhì)層408的材料為硼磷硅玻璃(BPSG)，第二介質(zhì)層410的材料為磷硅玻璃(PSG)，即第一介質(zhì)層408為硼磷娃玻璃層，第二介質(zhì)層410為磷娃玻璃層。兩個(gè)介質(zhì)層采用不同的材料可以更好地抑制外界電荷。分壓保護(hù)結(jié)構(gòu)40還包括形成于第一介質(zhì)層408和第二介質(zhì)層410之間的隔離層416。隔離層416用于隔離第一介質(zhì)層408以及第二介質(zhì)層410。隔離層416的材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。在本實(shí)施例中，隔離層416的材料為氮化硅(Si3N4)。由于氮化硅具有極高的致密性，它是良好的濕法刻蝕阻擋劑，能保護(hù)下面的第一介質(zhì)層408，便于PSG刻蝕時(shí)刻出完整的、平整度較好的臺(tái)階。此外，由于氮化硅具有致密性，它還能阻擋外界電荷進(jìn)入器件內(nèi)部，因而起到保護(hù)器件、提高器件工作可靠性的作用。具體地，第一介質(zhì)層408的厚度為12000埃?17000埃，第二介質(zhì)層410的厚度為38000埃?46000埃，隔離層416的厚度為1000埃?2000埃。因此由場(chǎng)氧化層404、第一介質(zhì)層408、第二介質(zhì)層410以及隔離層416形成的結(jié)終端結(jié)構(gòu)30的氧化層的總厚度在61000埃?85000埃。在其他的實(shí)施例中，第一介質(zhì)層408和第二介質(zhì)層410均采用磷硅玻璃(PSG)，，二者之間同樣設(shè)置隔離層