一种半导体器件的制作方法

专利名称：一种半导体器件的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体器件领域，尤其涉及一种半导体器件。
背景技术：
现代高压半导体器件IGBT、VDM0S、功率二极管diode作为第三代电力电子产品，由于其工作频率高、开关速度快、控制效率高而在电力电子领域得到越来越广泛的应用。现代高压功率半导体器件的阻断能力是衡量半导体器件发展水平的一个非常重要的标志，依据其应用，击穿电压的范围可从25V到6500V，但是由于现代半导体工艺采用平面型终端结构，结深较浅、结边缘弯曲严重，使得耐压降低、耐压稳定性差、器件的安全工作区较小，器件易破坏。因此，为了提高和稳定器件的耐压特性，除了体内各参数间的配合外，更重要的是对表面终止的PN结进行适当的处理，以改善器件边缘的电场分布，减弱表面电场集中，提高器件的耐压能力和稳定性。半导体器件一般包括有源区和终端区。其中，所述有源区内包括与终端区连接的过渡区，所述过渡区包括:半导体衬底及在半导体衬底表面内的阱区，所述半导体衬底与所述阱区的边界区域构成半导体器件的过渡区主结。所述终端区位于有源区外围，主要用于在半导体器件承受反向电压时，分担主结的电压，从而避免主结被击穿，提高半导体器件的反向耐压能力。但是，由于半导体器件有源区与终端区之间的过渡区主结区域是电场容易集中的部分，有可能在半导体器件终端区未发挥作用之前，半导体器件有源区与终端区之间的过渡区主结区域就发生了提前击穿，使得半导体器件的终端区失效，导致半导体器件损坏。

实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种半导体器件，可以平滑半导体器件有源区与终端区之间的过渡区主结区域的电场分布，避免此部分的主结发生提前击穿，以保护半导体器件。为实现上述目的，本实用新型实施例提供了如下技术方案:—种半导体器件，包括:半导体衬底；阱区，所述阱区形成于所述半导体衬底内；栅极总线，所述栅极总线形成于所述阱区的表面；第一场板，所述第一场板形成于所述半导体衬底表面且覆盖部分阱区；其中，所述第一场板与所述栅极总线电连接。优选的，所述栅极总线的组成包括:栅氧化层，位于栅氧化层表面的栅多晶硅和位于栅多晶娃表面的栅金属层。优选的，所述第一场板为阶梯状场板，从下往上包括第一阶梯场板和第二阶梯场板。优选的，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是多晶硅场板。优选的，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是与所述栅多晶硅同步形成的阶梯场板。[0012]优选的，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是金属场板。优选的，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是与所述栅金属层同步形成的阶梯场板。优选的，所述第一阶梯场板为多晶硅场板，所述第二阶梯场板为金属场板。优选的，所述第一阶梯场板是与所述栅多晶硅同步形成的阶梯场板；所述第二阶梯场板是与所述栅金属层同步形成的阶梯场板。优选的，所述半导体器件终端区包括形成于所述半导体衬底表面的第二场板。优选的，所述半导体器件终端区是形成于所述半导体衬底表面的场限环结构或结终端延伸结构。优选的，所述半导体器件还包括位于所述半导体器件终端区，形成于所述半导体衬底内场限环或结终端延伸结构。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点:本实用新型提供的半导体器件，在所述半导体器件的半导体衬底内具有阱区，所述阱区的部分表面被半导体衬底表面的第一场板覆盖，且所述第一场板与半导体器件的栅极总线电连接。当半导体器件承受反向电压时，半导体衬底表面的第一场板上的感应电荷与半导体衬底的耗尽区内相反极性的电荷相互作用，使半导体器件表面耗尽区展宽，提高反向击穿电压。再将第一场板与栅极总线电连接，使第一场板与栅极总线的电位保持一致，那么，当半导体器件承受相同的反向电压时，第一场板与半导体衬底之间的偏压差会有所增大，使得半导体表面的耗尽区进一步展宽，从而使半导体器件的反向耐压能力得到加强。

通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。图1是本实用新型实施例一公开的一种半导体器件芯片版图的俯视图；图2是本实用新型实施例一公开的一种半导体器件的剖面图；图3是本实用新型实施例二公开的一种半导体器件的剖面图；图4是本实用新型实施例三公开的一种半导体器件的剖面图；图5是本实用新型公开的一种终端区为场限环结构的半导体器件的剖面图；图6是本实用新型公开的一种终端区为结终端延伸结构的半导体器件的剖面图；图7是本实用新型公开的一种终端区为场板结构和场限环结合的半导体器件的剖面图；图8是本实用新型公开的一种终端区为场板结构和结终端延伸结构结合的半导体器件的剖面图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点能够更加明显易懂，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如背景技术部分所述，现有技术中的半导体器件，虽然通过在有源区外围增加半导体终端区来提高半导体器件承受反向电压的能力。但是，由于半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域是电场容易集中的部分，有可能在半导体器件终端区未发挥作用之前，半导体器件主结在有源区与终端区之间的过渡区主结区域就发生了提前击穿，使得所述的半导体器件的终端区失效，导致所述半导体器件损坏。发明人研究发现，这是因为半导体器件的结构决定了半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域容易产生电场集中的现象，而在半导体器件承受反向电压时，虽然半导体器件的终端区可以分担有源区的电场，但是并不能改善半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域的电场分布形态，导致主结区域周围的电场很可能在终端区未发挥作用之前已经达到峰值电压，从而造成半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域提前击穿。基于上述原因，本实用新型实施例提供了一种新的半导体器件，以解决现有技术中半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域容易提前击穿的问题，具体描述参见以下实施例。需要说明的是，为了便于描述，以下实施例中的半导体器件为N型IGBT器件，但是本实用新型适用于其他种类的半导体器件，如P型IGBT器件、VDM0S、功率二极管等。本实用新型提供了一种半导体器件，包括:半导体衬底；阱区，所述阱区形成于所述半导体衬底内；栅极总线，所述栅极总线形成于所述阱区的表面，且所述栅极总线包括栅氧化层，位于栅氧化层表面的栅多晶娃和位于栅多晶娃表面的栅金属层；第一场板，所述第一场板形成于所述半导体衬底表面且覆盖部分阱区，与所述栅极总线电连接，且所述第一场板包括第一阶梯场板和第二阶梯场板，其中，第一阶梯场板与半导体衬底表面接触，第二阶梯场板通过绝缘层与半导体衬底表面隔离。在本实用新型一个实施例中，第一阶梯场板和第二阶梯场板均为多晶硅场板；在本实用新型又一个实施例中，第一阶梯场板和第二阶梯场板均为金属场板；在本实用新型第三个实施例中，第一阶梯场板为多晶娃场板，第二阶梯场板为金属场板。由上述方案可以看出，本实用新型提供的半导体器件，半导体器件有源区内存在与终端区连接的过渡区，所述过渡区的半导体衬底内的掺杂阱构成过渡区主结，同时，在半导体衬底的表面还包括第一场板，所述第一场板可以利用其与半导体衬底之间的电压差，使半导体器件表面的耗尽区展开，从而提高半导体器件的反向耐压能力。再在所述第一场板结构与半导体器件的栅极总线之间建立电连接，第一场板与栅极总线电连接后，当半导体器件承受反向电压时，第一场板与栅极总线保持等电位，使得第一场板与半导体衬底之间的电压差有所提高，进一步展开半导体器件表面的耗尽区，从而更有效地平滑半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域的电场分布，降低半导体器件有源区与终端区之间过渡区主结区域的峰值电场，避免半导体器件有源区与终端区之间过渡区主结区域的电场集中，防止过渡区主结区域的提前击穿，最终起到保护半导体器件的作用。以上是本实用新型的核心思想，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例一本实用新型实施例一提供了一种半导体器件，其结构如图1和图2所示，图1为该半导体器件的俯视图，图2为该半导体器件的剖面图。下面结合图1和图2对该半导体器件的结构进行详细说明。该半导体器件的结构，如图1所示，包括:有源区102，所述有源区102位于半导体器件的中心，主要包括半导体器件基区，发射区，集电区等部分；终端区104，所述终端区104位于半导体器件的外围，主要作用是提高半导体器件的反向耐压能力，可以为场限环终端、场板终端，场板与场限环结合的终端或者JTE终端；栅极总线103，所述栅极总线103位于半导体器件有源区外围的一圈，主要用于降低有源区上方多晶硅栅极的串联电阻；栅压线板101，所述栅压线板101是在半导体器件表面开的窗口，用于封装时焊接金属丝，与管脚相连引出电位。该半导体器件沿AB方向的剖面结构，如图2所示，包括:半导体衬底201 ；
阱区203，所述阱区位于所述半导体衬底内，且掺杂类型与半导体衬底201的掺杂类型相反，一般通过对半导体衬底表面进行扩散工艺形成。栅极总线202，所述栅极总线202由三层结构组成，包括:栅氧化层2023，位于所述栅氧化层2023表面的栅多晶娃2022和位于所述栅多晶娃2022表面的栅金属层2021。第一场板204，所述第一场板204与栅极总线202电连接；第一场板204由第一阶梯场板204A和第二阶梯场板204B组成，且第一阶梯场板204A和第二阶梯场板204B均为多晶硅场板，其中第一阶梯场板204A与半导体表面接触，第二阶梯场板204B通过绝缘层205与半导体衬底201表面隔离，所述绝缘层205的主要成分是SiO2,厚度为0.5 μ πΓ .5 μ m，主要用于保护半导体器件免受外来杂质离子，水汽等的污染。该半导体器件的有源区以及终端区上方覆盖一定厚度的钝化层，本实施例各附图中并未示出，所述钝化层的材料可以为SiO2,也可为PSG、BPSG或者为两层Si3N4夹着SiO2的叠层结构，且所述钝化层的厚度为I μ πΓ5 μ m。该半导体器件终端区包括形成于所述半导体衬底表面的第二场板206。所述第一场板和第二场板的级数视终端所承受的耐压而定，所述第一场板和第二场板终端适用于反向耐压为600V1500V的半导体器件，所述第一场板和第二场板的级数一般在2 30之间。所述第一场板204和第二场板206在半导体器件承受外加反向电压时，根据高斯定律，场板上的感应电荷与半导体耗尽区内相反极性的电荷相互作用，使半导体表面耗尽区展开，有效的降低终端区的峰值电场，提高了器件的耐压能力。该半导体器件终端区还可以为形成于所述半导体衬底内的场限环506 (如图5所示)、结终端延伸结构606 (如图6所示)。场限环506通过在半导体器件的正面通过离子注入或者扩散的方法形成掺杂类型与半导体衬底相反的阱，阱的个数视半导体器件终端区所要完成的耐压而定，场限环506适用于反向耐压为600V 1700V的半导体器件，场限环的个数一般为2 15个，而结终端延伸结构606是先形成特殊的注入或扩散窗口，然后通过离子注入或者扩散的方法在半导体衬底内形成与半导体衬底掺杂类型相反的阱，形成的结终端延伸结构606沿有源区到终端区边缘的方向，掺杂浓度以及结深都是递减的。在半导体器件承受的反向电压达到半导体器件的雪崩击穿电压之前，保证过渡区主结区域的耗尽区能与终端区的场限环506或结终端延伸结构606的耗尽区相连，分担主结承受的电压，进一步提高半导体器件承受反向电压的能力。需要说明的是，半导体器件的终端区不仅可以为以上所述的场板结构、场限环结构、结终端延伸结构，还可以为场板与场限环结合的结构、场板与结终端延伸结构相结合的结构或任何可以作为半导体器件终端的结构，以用来提高半导体器件承受反向电压的能力。当所述半导体器件的终端区为场板与场限环结合的结构时，如图7所示，第二场板与场限环结合的结构适用于反向耐压为600V飞500V的半导体器件，场限环707的个数与第二场板706的个数相同，分为第一阶梯场板706A和第二阶梯场板706B，且在半导体衬底701内的场限环707的位置也与半导体衬底701表面的第二场板706的第一阶梯场板706A
的位置——对应。当所述半导体器件的终端区为场板与结终端延伸结构相结合的结构时，如图8所示，所述第二场板806位于结终端延伸结构807的靠近半导体器件外侧的半导体衬底801表面，且所述第二场板806中的第一阶梯场板806A与半导体衬底801表面接触，且第一阶梯场板806A的全部位于结终端延伸结构807上方,而第二阶梯场板806B与半导体衬底801表面之间存在一层氧化层805，且第二阶梯场板806B只有部分位于结终端延伸结构807上方。本实施例所提供的半导体器件，第一场板204可以利用其与半导体衬底之间的电压差，使半导体器件表面的耗尽区展开，从而提高半导体器件的反向耐压能力。再将所述第一场板204与半导体器件的栅极总线202电连接，第一场板204与栅极总线202电连接后，当半导体器件承受反向电压时，第一场板204与栅极总线保持相等电位，使得第一场板204与半导体衬底之间的电压差增大，进一步展开半导体器件表面的耗尽区，从而更有效地平滑半导体器件有源区与终端区之间的过渡区主结区域的电场分布，降低半导体器件有源区与终端区之间的过渡区主结区域的峰值电场，避免半导体器件有源区与终端区之间的过渡区主结区域的电场集中，防止过渡区主结区域的提前击穿，最终起到保护半导体器件的作用。另一方面，当第一场板204与栅极总线202实现电连接后，使得栅极总线202的等效面积有了一定程度的增加，降低了栅极总线202的电阻，从而提高了半导体器件的开关速度，改善了半导体器件的动态特性。需要强调的是，在本实用新型制作过程中，所述第一场板204的第一阶梯场板204A和第二阶梯场板204B可以与栅极结构202的栅多晶硅层2022同步覆盖到半导体衬底表面，也可以各自单独在半导体衬底表面形成。可根据具体需求进行合理选择，从而保证实现本实用新型的同时，不会增加半导体器件制作的工艺步骤。实施例二[0061]本实用新型实施例二公开了一种半导体器件，如图3所示，与上一实施例不同的是，该半导体器件的第一场板的第一阶梯场板和第二阶梯场板均为金属场板。该半导体器件的第一场板304与栅极结构302电连接；第一场板304的第一阶梯304A和第二阶梯场板304B均为金属场板,且第一场板304与栅极总线302的电连接。在制作过程中，第一场板304的第一阶梯场板304A和第二阶梯场板304B可以与栅极总线302的栅金属层3021同步形成，也可以单独形成。根据具体需求进行合理选择，以实现不增加半导体器件制作的工艺步骤的目的。本实施例提供的半导体器件，第一场板304可以利用其与半导体衬底之间的电压差，使半导体器件表面的耗尽区展开，从而提高半导体器件的反向耐压能力。再将所述第一场板304与半导体器件的栅极总线302电连接，第一场板304与栅极总线302电连接后，当半导体器件承受反向电压时，第一场板304与栅极总线302等电位，使得第一场板304与半导体衬底之间的电压差增大，进一步展开半导体器件表面的耗尽区，从而更有效地平滑半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域的电场分布，降低半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域的峰值电场，避免半导体器件有源区与终端区之间过渡区的主结区域的电场集中，防止过渡区主结的提前击穿，最终起到保护半导体器件的作用。同样的，栅极总线302与第一场板304电连接后，栅极总线302的等效表面积有所增加，降低了栅极总线的电阻，从而提高了半导体器件的开关速度，同时也改善了半导体器件的动态特性。实施例三本实用新型实施例三公开了一种半导体器件，如图4所示，与以上实施例不同的是，该半导体器件第一场板的第一阶梯场板为多晶硅场板，第二阶梯场板为金属场板。该半导体器件的第一场板404与栅极总线402电连接；所述第一场板404的第一阶梯场板404A为多晶娃场板,第二阶梯场板404B为金属场板。本实施例提供的半导体器件，第一场板404利用第一阶梯场板404A与栅极总线402电性连接，当半导体器件承受反向电压时，第一场板404与栅极总线402相连，保持与栅极总线402等电位，即第一场板404与半导体衬底之间的电压差增大，使第一场板404具有更大的电场屏蔽作用，能更好的平滑过渡区的主结区域的电场分布；另一方面，栅极总线402与第一场板404电连接后，一定程度上，增大了栅极总线402的等效面积，降低了栅极总线402的电阻，提高了半导体器件的开关速度，改善了半导体器件的动态特性；而且，在制作过程中，第一阶梯场板404A可以与栅极总线402的栅多晶硅层4022同步形成，也可以单独形成，而对于第二阶梯场板404B可以与栅极总线的栅金属层4021同步形成，也可以单独形成。可根据具体需求进行合理选择，以保证在实现本实用新型的前体下，不增加半导体器件的制作工艺。以上所述实施例，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
权利要求1.一种半导体器件，其特征在于，包括:半导体衬底；阱区，所述阱区形成于所述半导体衬底内；栅极总线，所述栅极总线形成于所述阱区的表面；第一场板，所述第一场板形成于所述半导体衬底表面且覆盖部分阱区；其中，所述第一场板与所述栅极总线电连接。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述栅极总线的组成包括:栅氧化层，位于栅氧化层表面的栅多晶娃和位于栅多晶娃表面的栅金属层。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一场板为阶梯状场板，从下往上包括第一阶梯场板和第二阶梯场板。
4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是多晶娃场板。
5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是与所述栅多晶硅同步形成的阶梯场板。
6.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是金属场板。
7.根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述第一阶梯场板和第二阶梯场板均是与所述栅金属层同步形成的阶梯场板。
8.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述第一阶梯场板为多晶硅场板，所述第二阶梯场板为金属场板。
9.根据权利要求8所述的器件，其特征在于，所述第一阶梯场板是与所述栅多晶硅同步形成的阶梯场板；所述第二阶梯场板是与所述栅金属层同步形成的阶梯场板。
10.根据权利要求1-9任一项所述的器件，其特征在于，所述半导体器件终端区包括形成于所述半导体衬底表面的第二场板。
11.根据权利要求1-9任一项所述的器件，其特征在于，所述半导体器件终端区是形成于所述半导体衬底表面的场限环结构或结终端延伸结构。
12.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，所述半导体器件还包括位于所述半导体器件终端区，形成于所述半导体衬底内的场限环或结终端延伸结构。
专利摘要本实用新型提供了一种半导体器件，包括半导体衬底；阱区，所述阱区形成于所述半导体衬底内；栅极总线，所述栅极总线形成于所述阱区的表面；第一场板，所述第一场板形成于所述半导体衬底表面且覆盖部分阱区；其中，所述第一场板与所述栅极总线电连接。本实用新型提供的半导体器件的第一场板与栅极总线电连接，使第一场板与栅极总线的电位保持一致，那么，当半导体器件承受相同的反向电压时，第一场板与半导体衬底之间的偏压差会有所增大，使得半导体表面的耗尽区进一步展宽，从而使半导体器件的反向耐压能力得到加强。
文档编号H01L29/739GK203013732SQ201220647148
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者褚为利, 朱阳军, 左小珍, 赵佳, 田晓丽 申请人:上海联星电子有限公司, 中国科学院微电子研究所, 江苏中科君芯科技有限公司