专利名称：一种半导体器件多级场板终端结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体器件领域，具体涉及一种终端结构，尤其涉及一种半导体器件多级场板终端结构。
背景技术：
IGBT (绝缘栅双极晶体管)同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，在几十千赫高压中大电流器件中处于垄断地位，促进电力电子技术高频时代的到来。在IGBT制造工艺过程中，扩散是在光刻掩膜开窗口后进行，p-n结中间近似于平面结，而在边角处，在S1-Si02的界面附近，由于氧化层中带正电荷会吸引电子在Si表面集中导致Si表面N型区表面浓度升高，进而导致耗尽层在表面处相比于内部变窄，p-n结发生弯曲，电场强度比体内高，容易发生击穿，使得器件实际击穿电压只有理想情况的10%-30% ;而且平面工艺使表面产生的缺陷和离子沾污降低了表面区域的临界击穿电场。因此必须采取一定的终端技术对表面电场进行优化，以达到提高表面击穿电压的目的。已开发的终端结构有表面成形技术、电场限制环(FLR)、场板技术、结表面扩展等，这些结构实际上起到将主结耗尽区向外展宽的作用，最终提高击穿电压。其中场板结构因为其可以采用常规工艺实现，终端面积小，对界面电荷不是很敏感等优点，是一种常被采用的结构，其中英飞凌公司四级台阶多级场板终端结构非常成熟，已经市场化多年，而市场上未见过五级台阶多级场板终端结构。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种半导体器件多级场板终端结构，该结构终端为五个台阶，终端面积小，对界面电荷不敏感，可以突破国外四台阶多级场板结构专利的封锁；在场氧化膜中间及隔离氧化膜和SiO2薄膜之间设置SiOxNy层，，在工艺控制上可以作为腐蚀阻挡层，降低对工艺精度的要求，操作简单，其次由于SiOxNy具有良好的致密性，有较强的阻止外部杂质离子侵入的能力，可以提高器件的稳定性和可靠性。本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:—种半导体器件多级场板终端结构，其改进之处在于，所述多级场板终端结构包括衬底区表面的栅极氧化膜I和场氧化膜层2、沉积在栅极氧化膜I和场氧化膜层2上的多晶硅栅极3、沉积在场氧化膜层2上的隔离氧化膜4以及沉积在隔离氧化膜4上的SiO2薄膜5 ;在场氧化膜层2中间及隔离氧化膜4和SiO2薄膜5之间设置SiOxNy (其中x、y依据实际试验确定)层，所述SiOxNy层为腐蚀阻挡层。优选的，所述栅极氧化膜I和场氧化膜层2均生长在衬底6上，所述衬底6为N-衬
。优选的，所述场氧化膜层2通过两次光刻、腐蚀形成两个台阶，第一次光刻并腐蚀采用热氧化方式生成的场氧化 膜层2，其厚度为0.5-0.Sum ;第二次光刻并腐蚀采用淀积方式形成的场氧化膜层2，其厚度为0.7-1.0um ;在两种不同生长方式生成的场氧化膜层之间设置SiOxNy层。优选的，所述栅极氧化膜I通过热氧化方式生长，其厚度为0.09-0.12um。优选的，所述SiO2薄膜5采用化学气相淀积方式生成，厚度为4.0-5um。优选的，所述SiOxNy层均用于阻止外部杂质离子侵入多级场板终端结构，厚度均为 0.12um。与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是:1、本实用新型提供的半导体器件多级场板终端结构，基于现有工艺，切实可行；2、本实用新型提供的半导体器件多级场板终端结构，可以突破市场上四台阶多级场板的封锁；3、本实用新型提供的半导体器件多级场板终端结构的终端面积小，对界面电荷不敏感；4、本实用新型提供的半导体器件多级场板终端结构，在场氧化层中间及SiO2薄膜下添加一薄层SiOxNy层，在工艺控制上作为腐蚀阻挡层，由于SiOxNy具有良好的致密性，有较强的阻止外部杂质离子侵入的能力，可以降低对工艺精度的要求，操作简单，提高器件的稳定性和可靠性；5、本实用新型提供的半导体器件多级场板终端结构适用于IGBT芯片和快速恢复二极管FRD终端结构。
图1是本实用新型提供的实施例1场氧化膜层第一次光刻、腐蚀后的形貌图；图2是本实用新型提供的实施例1生成第一 SiOxNy层后场氧化膜层第二次光刻、腐蚀后的形貌图；图3是本实用新型提供的实施例1多晶硅栅极生长、刻蚀以及P阱、N阱注入后的形貌图；图4是本实用新型提供的实施例1生成隔离氧化膜和第二 SiOxNy层后的形貌图；图5是本实用新型提供的实施例1生成SiO2薄膜后的形貌图；图6是本实用新型提供的实施例1多级场板终端结构的形貌图。图7是本实用新型提供的实施例2场氧化膜层第一次光刻、腐蚀后的形貌图；图8是本实用新型提供的实施例2场氧化膜层第二次光刻、腐蚀后的形貌图；图9是本实用新型提供的实施例2栅氧化膜生长、刻蚀，多晶硅栅极生长、刻蚀以及P阱、N阱的注入后的形貌图；图10是本实用新型提供的实施例2生成隔离氧化膜和SiOxNy层后的形貌图；图11是本实用新型提供的实施例2生成SiO2薄膜后的形貌图；图12是本实用新型提供的实施例2多级场板终端结构的形貌图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。本实用新型提供一种半导体器件多级场板终端结构，多级场板终端结构为阶梯结构，用于IGBT和快恢复二极管FRD等半导体器件，其形貌图如图6所示，包括衬底区表面的栅极氧化膜I和场氧化膜层2、沉积在栅极氧化膜I和场氧化膜层2上的多晶硅栅极3、沉积在场氧化膜层2上的隔离氧化膜4以及沉积在隔离氧化膜4上的SiO2薄膜5 ;在场氧化层中间及隔离氧化膜4和SiO2薄膜5之间设置SiOxNy层，SiOxNy层为腐蚀阻挡层。栅极氧化膜I和场氧化膜层2均生长在衬底6上，衬底6为N-衬底。场氧化膜层2通过热氧化方式生长，并通过两次光刻、腐蚀形成两个台阶，第一次光刻并腐蚀采用热氧化方式生成的场氧化膜层2，其厚度为0.5-0.Sum ;第二次光刻并腐蚀采用淀积方式形成的场氧化膜层2，其厚度为0.7-1.0um ;在两种不同生长方式生成的场氧化膜层之间设置SiOxNy层。场氧化膜层场氧化膜层场氧化膜层栅极氧化膜I通过热氧化方式生长，其厚度为0.09-0.12um。SiO2薄膜5采用化学气相淀积方式生成，厚度为4.0_5um。SiOxNy层用于阻止外部杂质离子侵入多级场板终端结构，其厚度为0.12um。实施例1半导体器件中的IGBT (绝缘栅双极晶体管)同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。IGBT芯片由功能划分为:有源区、终端区和栅极区三部分。有源区又称元胞区，为芯片的功能区域；主要影响芯片的电流相关参数，如导通电压，阈值电压参数；终端区位于芯片的边缘区域，主要影响芯片的耐压参数；栅极区为芯片的栅极控制区域，影响器件的开关特性。IGBT芯片制造技术主要包括:光刻，扩散/注入，腐蚀，薄膜四大模块。IGBT芯片制造技术即通过相应的制造技术将掩模版上的图形转移到半导体圆片上的技术。IGBT制造技术即采用相应的技术完成IGBT芯片有源区，终端区及栅极区的技术。本实用新型还提供一种IGBT芯片五台阶多级场板终端结构的制造方法，具体包括下述步骤:A、清洗衬底6，在有源区和终端连接处设置P型保护环(简称P Ring环)，并对P型保护环进行光刻、注入；衬底清洗后生长0.2um的氧化层，作为注入阻挡层，并在有源区和终端连接处设置P型保护环，对P型保护环光刻后注入硼离子，注入量为Iel3-lel4，然后对光刻后的P型保护环去胶清洗。B、在衬底6上米用热氧化方式生成场氧化膜层2,并对场氧化膜层2进行第一次光亥IJ、腐蚀；采用热氧化方式生成场氧化膜层2的厚度为0.5-0.8um并进行第一次光刻、腐蚀，加入PRing环后场氧化膜层第一次光刻、腐蚀后的形貌图如图1所示。C、在第一次光刻、腐蚀场氧化膜层2后依次生成SiOxNy层，场氧化膜层；在第一次光刻、腐蚀后的场氧化膜层2上采用等离子体增强化学气相沉积生成SiOxNy层，场氧化膜层，所述SiOxNy层的厚度为0.12um，所述场氧化膜层层厚度为
0.7-1.0um0D、对场氧化膜层2进行第二次光刻、腐蚀；对步骤C采用化学气相淀积方式生成的场氧化膜层2进行第二次光刻，并采用缓冲氟化氢(BHF)溶液进行湿法腐蚀。场氧化膜层，在第一次光刻后场氧化膜层上生成第一SiOxNy层后的形貌图如图2所不。E、在衬底6上生成栅极氧化膜I并对其进行刻蚀；栅极氧化膜I通过热氧化方式生长，生长温度不高于1050 ° C，其厚度为
0.09-0.12um。F、在栅极氧化膜I和场氧化膜层2上生成多晶硅栅极3，并对多晶硅栅极3进行刻蚀；对多晶硅栅极3进行光刻并进行等离子体刻蚀。 G、P阱和N阱在衬底6上进行注入；P阱和N阱在衬底6上光刻、注入，P阱注入硼离子，注入量为Iel3_lel4 ;NSD注入砷离子，注入量为3el5-5el5。栅氧化膜生长、刻蚀，加入第一 SiOxNy层后多晶硅栅极生长、刻蚀以及P阱、N阱注入后的形貌图如图3所示。H、生成隔离氧化膜4并在其上生成SiOxNy层；生成的隔离氧化膜4的厚度为1.0-1.2um,并在隔离氧化膜4上采用等离子体增强化学气相沉积生成SiOxNy层，SiOxNy层的厚度为0.12um，加入第一 SiOxNy层后生成隔离氧化膜和第二 SiOxNy层后的形貌图如图4所示。1、在第二 SiOxNy层上生成SiO2薄膜5并对其进行刻蚀:米用化学气相淀积生成的SiO2薄膜5的厚度为4.0_5um,光刻后米用缓冲氟化氢(BHF)溶液进行湿法腐蚀，加入第一 SiOxNy层后生成SiO2薄膜后的形貌图如图5所示。为了确保半导体器件制造的完整性，还进行半导体器件的孔刻蚀、金属刻蚀和钝化刻蚀及背面制造，形成完整的IGBT器件。实施例2实施例2与实施例1的区别是形成场氧化膜层的两个台阶的方法不同。实施例1氧化层采取两次生长法，先采用热氧化法生成一层场氧化膜层，以便形成良好的界面态，后采用化学气相沉积法生成第二层场氧化膜层，在两层场氧化膜层之间淀积一薄层SiOxNy层，作为腐蚀阻挡层，这种生成方法对湿法刻蚀精度要求不高；实施例2场氧化层采取一次生长法，采用热氧化生长法，然后在此热氧化膜上湿法刻蚀出一个台阶，这种生成方法对湿法刻蚀精度要求较高。场氧化膜层实施例2多级场板终端结构的形貌图如图12所示，具体步骤如下:A’、清洗衬底6，在有源区和终端连接处设置P型保护环(简称P Ring环)，并对P型保护环进行光刻、注入；衬底清洗后生长0.2um的氧化层，作为注入阻挡层，并在有源区和终端连接处设置P型保护环，对P型保护环光刻后注入硼离子，注入量为Iel3-lel4，然后对光刻后的P型保护环去胶清洗。B’、在衬底6上采用热氧化方式生长生成场氧化膜层2并对场氧化膜层2进行第一次光刻、腐蚀；采用热氧化方式生成场氧化膜层2的厚度为1.0-1.5um并进行第一次光刻、腐蚀，场氧化膜层第一次光刻、腐蚀后的形貌图如图7所示。C’、对场氧化膜层2进行第二次光刻、腐蚀；[0065]对步骤B’生成的场氧化膜层2进行第二次光刻，并采用缓冲氟化氢(BHF)溶液进行湿法腐蚀，腐蚀后的厚度为0.5-0.8um，场氧化膜层第二次光刻、腐蚀后的形貌图如图8所示。D’、在衬底6上生成栅极氧化膜I并对其进行刻蚀；栅极氧化膜I通过热氧化方式生长，生长温度不高于1050 ° C，其厚度为
0.09—0.12um。E’、在栅极氧化膜I和场氧化膜层2上生成多晶硅栅极3，并对多晶硅栅极3进行刻蚀；对多晶硅栅极3进行光刻并进行等离子体刻蚀。F’、P阱和N阱在衬底6上进行注入；P阱和N阱在衬底6上光刻、注入，P阱注入硼离子，注入量为Iel3_lel4 ；N阱注入砷离子，注入量为3el5-5el5。栅氧化膜生长、刻蚀，多晶硅栅极生长、刻蚀以及P阱、N阱的注入后的形貌图如图9所不。G’、生成隔离氧化膜4并在其上采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在，在压强4.5-5.5Pa，温度100° C_300° C条件下按比例5:7:12通入硅烷、笑气、氨气(SiH4:N20:NH3=5:7:12)生成SiOxNy层；生成隔离氧化膜和SiOxNy层后的形貌图如图10所示。H’、在SiOxNy层上生成SiO2薄膜5并对其进行刻蚀。采用化学气相淀积生成的SiO2薄膜5的厚度为4.0-5um,光刻后采用并采用缓冲氟化氢(BHF)溶液进行湿法腐蚀。生成SiO2薄膜后的形貌图如图11所示。为了确保半导体器件制造的完整性，同样进行半导体器件的孔刻蚀、金属刻蚀、钝化刻蚀及背面制造，形成完整的IGBT器件。本实用新型基于现有工艺平台提供一个具有五个台阶IGBT芯片的多级场板终端结构，该结构终端面积小，对界面电荷不敏感，突破国外四台阶多级场板结构专利的封锁；场氧化层中间及多级场板厚SiO2结构下添加一薄层SiOxNy层，在工艺控制上可以作为腐蚀阻挡层，降低对工艺精度的要求，制造方法简单，其次由于SiOxNy具有良好的致密性，有较强的阻止外部杂质离子侵入的能力，可以提高器件的稳定性和可靠性。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种半导体器件多级场板终端结构，其特征在于，所述多级场板终端结构包括衬底区表面的栅极氧化膜(I)和场氧化膜层(2)、沉积在栅极氧化膜(I)和场氧化膜层(2)上的多晶硅栅极(3)、沉积在场氧化膜层(2)上的隔离氧化膜(4)以及沉积在隔离氧化膜(4)上的SiO2薄膜(5);在场氧化膜中间及隔离氧化膜(4)和SiO2薄膜(5)之间设置SiOxNy层，所述SiOxNy层为腐蚀阻挡层。
2.如权利要求1所述的半导体器件多级场板终端结构，其特征在于，所述栅极氧化膜(1)和场氧化膜层(2)均生长在衬底(6 )上，所述衬底(6 )为N-衬底。
3.如权利要求1所述的半导体器件多级场板终端结构，其特征在于，所述场氧化膜层(2)通过两次光刻、腐蚀形成两个台阶，第一次光刻并腐蚀采用热氧化方式生成的场氧化膜层(2)，其厚度为0.5-0.Sum ;第二次光刻并腐蚀采用淀积方式形成的场氧化膜层(2)，其厚度为0.7-1.0um ;在两种不同生长方式生成的场氧化膜层之间场氧化膜层设置SiOxNy层。
4.如权利要求1所述的半导体器件多级场板终端结构，其特征在于，所述栅极氧化膜(I)通过热氧化方式生长，其厚度为0.09-0.12um。
5.如权利要求1所述的半导体器件多级场板终端结构，其特征在于，所述SiO2薄膜(5)米用化学气相淀积方式生成，厚度为4.0-5um。
6.如权利要求1和3中任一项所述的半导体器件多级场板终端结构，其特征在于，所述SiOxNy层均作为腐蚀阻挡层，用于阻止外部杂质离子侵入多级场板终端结构，厚度均为0.12um。
专利摘要本实用新型涉及一种半导体器件多级场板终端结构，包括衬底区表面的栅极氧化膜和场氧化膜层、沉积在栅极氧化膜和场氧化膜层上的多晶硅栅极、沉积在场氧化膜层上的隔离氧化膜以及沉积在隔离氧化膜上的SiO2薄膜；在隔离氧化膜和SiO2薄膜之间设置SiOxNy层，SiOxNy层为腐蚀阻挡层。本实用新型提供的结构终端为五个台阶，终端面积小，对界面电荷不敏感，突破国外四台阶多级场板结构专利的封锁；多级场板场氧化膜层中间及SiO2薄膜下添加SiOxNy薄膜层作为腐蚀阻挡层，降低对工艺精度的要求，操作简单，由于SiOxNy具有良好的致密性，阻止外部杂质离子侵入的能力，提高器件的稳定性和可靠性。
文档编号H01L29/06GK203165901SQ20132007894
公开日2013年8月28日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者高明超, 王耀华, 刘江, 赵哿, 金锐 申请人:国网智能电网研究院, 国家电网公司