一种功率器件结终端结构与制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种功率器件结终端结构与制造方法。所述功率器件结终端结构包括：场限环，其间隔设置于最外侧主结的外侧；电荷补偿区，其通过掺杂间隔形成于外延层，所述电荷补偿区贯穿所述最外侧主结的靠外侧的冶金结面和所述场限环的靠外侧的冶金结面，其中所述电荷补偿区的导电类型与所述场限环的导电类型相同。这种功率器件结终端结构耐压能力好、可靠性高。
【专利说明】一种功率器件结终端结构与制造方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率器件结终端结构，还涉及一种制造这种功率器件结终端结构的制造方法。
【背景技术】
[0002]相对于以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体，第三代半导体的碳化硅具有更大的禁带宽度和更高的临界击穿电场，非常适合制造高温大功率半导体器件。目前来看，碳化硅功率器件是国际上的开发热点。
[0003]就功率器件而言，需要对结终端进行良好设计。合理设计的结终端不仅是确保功率器件耐压能力的关键，也是保证功率器件可靠工作的重要部分。其中，场限环是纵向功率半导体器件的常用结终端结构，它可以与主结同时制作也可以单独制作。
[0004]碳化硅功率器件的结终端，特别是在高压情形下，常用浮空场限环的终端结构。但是场限环外侧(远离主结的一侧)的上表面的尖角位置更易于出现尖峰电场。此外，由于材料本身的特点，在碳化硅表面热生长较厚的二氧化硅薄膜受限制，因此碳化硅功率器件的结终端表面的介质钝化层通常是通过淀积得到的二氧化硅，其质量相对较差，相比于碳化硅较高的临界击穿电场，钝化层成为易于被击穿的地方。因此，尖角位置的电场尖峰可降低碳化硅功率器件的耐压能力以及可靠性。因此，急需一种耐压能力好、可靠性高的碳化硅功率器件结终端结构。
【发明内容】
[0005]针对上述的问题，本发明提出了一种碳化硅功率器件结终端结构，这种功率器件结终端结构耐压能力好、可靠性高。此外，本发明还提出了一种制造这种结终端结构的制造方法。
[0006]根据本发明的第一方面，提出了一种碳化硅功率器件结终端结构，该功率器件结终端结构包括:场限环，其间隔设置于最外侧主结的外侧；电荷补偿区，其通过掺杂间隔形成于外延层，电荷补偿区贯穿最外侧主结的靠外侧的冶金结面和场限环的靠外侧的冶金结面，其中电荷补偿区的导电类型与场限环的导电类型相同。
[0007]通过本发明的碳化硅功率器件结终端结构，场限环外侧的上表面的尖角位置被转移至半导体内，功率器件的耐压能力和可靠性得到较大提高。
[0008]在一个实施例中，电荷补偿区的每一个和与其相邻的靠外侧的场限环间隔预定距离，由此功率器件的性能得到优化。
[0009]在一个实施例中，电荷补偿区的结深小于场限环的结深。由此可降低碳化硅刻蚀工艺的难度。
[0010]在一个实施例中，电荷补偿区的杂质浓度低于场限环的杂质浓度。由于电荷补偿区的导电类型与主结以及场限环的导电类型相同，不影响场限环的功能。在一个优选的实施例中，电荷补偿区的杂质浓度范围为IXlO14Cnr3~5X1017cm_3。[0011]根据本发明的第二方面，还提出了一种功率器件结终端结构的制造方法，该制造方法包括以下步骤:步骤1:制作主结和场限环；步骤2:制作掩膜以间隔形成刻蚀窗口，并且刻蚀窗口横跨最外侧主结的靠外侧的冶金结面和场限环的靠外侧的冶金结面；步骤3:刻蚀外延层，以形成电荷补偿区的成形凹槽；步骤4:去除掩膜；步骤5:外延生长电荷补偿层，与此同时或在外延完成之后对电荷补偿层进行掺杂；步骤6:研磨和/或抛光外延层，以形成间隔设置的电荷补偿区。由此使得场限环外侧的上表面的尖角位置转移至半导体内，从而使得相对薄弱的钝化层不再受到最大尖峰电场的影响。在一个优选的实施例中，刻蚀深度为50nm?3000nm。
[0012]在一个实施例中，借助光刻工艺制作掩膜，掩膜采用二氧化硅或金属。采用光刻可以精确地控制掩膜的外形轮廓，提高了该工艺的精确性。
[0013]在一个实施例中，采用干法刻蚀外延层。由于干法刻蚀采用物理轰击的方式，因此具有能兼顾边缘侧向极微的侵蚀以及高蚀刻率的优点。
[0014]在本申请中，用语“外”、“内”规定为，远离器件有源区的方向为“外”，与“外”相反的方向为“内”。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于，场限环外侧的上表面的尖角位置转移至半导体内，从而使得相对薄弱的钝化层不再受到最大尖峰电场的影响，由此提高功率器件的耐压能力和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0017]图1是根据本发明的碳化硅功率器件结终端结构示意图；
[0018]图2是根据本发明的碳化硅功率器件结终端结构的制造方法的流程图；
[0019]图3是图2所示制造方法的步骤I的示意图；
[0020]图4是图2所示制造方法的步骤2的示意图；
[0021]图5是图2所示的制造方法的步骤3的示意图；
[0022]图6是图2所示的制造方法的步骤4的示意图；
[0023]图7是图2所示的制造方法的步骤5的示意图；
[0024]图8是图2所示的制造方法的步骤6的示意图。
[0025]在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0027]如图1所示，本发明提供的碳化硅功率器件结终端结构包括场限环30和电荷补偿区40。下面将详细地描述该结终端结构及其各个部分。
[0028]如图1所示，场限环30间隔设置于最外侧主结20的外侧。最外侧主结以外的区域属于结终端区域。电荷补偿区40通过掺杂间隔形成于外延层10，并且电荷补偿区40贯穿最外侧主结20的靠外侧的冶金结面和场限环30的靠外侧的冶金结面，并且电荷补偿区40的导电类型与场限环30的导电类型相同。由于半导体碳化硅承受电场的能力高于钝化层，因此提高了结终端区域的耐压能力和抗击穿能力。[0029]如图1所示，电荷补偿区40的每一个可以和与其相邻的靠外侧的场限环30搭接或者对接，由此能够起到电荷补偿的作用。作为优选地，电荷补偿区40中的每一个和与其相邻的靠外侧的场限环30间隔预定距离。由于合理确定电荷补偿区的浓度和上述预定距离就能够使得电荷补偿区40的最大尖峰电场不会出现在电荷补偿区40的上表面的四个角处，而是从场限环30外侧的上表面的尖角位置A转移至图1中所示的尖角位置B，从而在能够起到电荷补偿作用的同时，提高了结终端区域的耐压能力和抗击穿能力。例如电荷补偿区的浓度为I X IO14CnT3?5X 1017cm_3，电荷补偿区40的每一个和与其相邻的靠外侧的场限环30间隔的预定距离为lOOnm-lOOOnm。
[0030]作为优选的实施例，如图1所示，电荷补偿区40的结深小于场限环30的结深。由此可降低碳化娃刻蚀工艺的难度。
[0031]作为优选地，电荷补偿区40的杂质浓度低于场限环30的杂质浓度。电荷补偿区40的导电类型与主结和场限环的导电类型相同，由此不影响场限环30的功能。进一步地，电荷补偿区40的杂质浓度范围为IX IO14CnT3?5X 1017cm_3。
[0032]如图2所示，根据本发明的第二方面，还提供的功率器件结终端结构的制造方法包括以下步骤:步骤I为S1:制作主结和场限环40，如图3所示，在外延层10上同时制作有源区的主结和结终端区域的场限环40，提高了制作功率器件效率的同时，降低生产成本。步骤2为S2:如图4所示，制作掩膜50以形成刻蚀窗口 60，并且刻蚀窗口 60横跨最外侧主结20的靠外侧的冶金结面和场限环40的外侧的冶金结面。步骤3为S3:刻蚀外延层，以形成电荷补偿区的成形凹槽80，如图5所示。步骤4为S4:去除掩膜50，如图6所示。步骤5为S5:外延生长电荷补偿层70，与此同时或在外延完成之后对该电荷补偿层70进行掺杂，如图7所示。步骤6为S6:研磨和/或抛光外延层，以形成电荷补偿区40,如图8所示。由此使得场限环30外侧的上表面的尖角位置转移至半导体内，从而使得相对薄弱的钝化层不再受到最大尖峰电场的影响。在一个优选的实施例中，刻蚀深度为50nm?3000nm。
[0033]在一个优选实施例中，借助光刻工艺制作掩膜50，掩膜采用二氧化硅或金属。采用光刻可以精确地控制掩膜50的外形轮廓，提高了该工艺的精确性。
[0034]在一个优选实施例中，采用干法刻蚀外延层10。由于干法刻蚀采用物理轰击的方式，因此具有能兼顾边缘侧向极微的侵蚀以及高蚀刻率的优点。
[0035]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1.一种功率器件结终端结构，其特征在于，包括: 场限环，其间隔设置于最外侧主结的外侧； 电荷补偿区，其通过掺杂间隔形成于外延层，所述电荷补偿区贯穿所述最外侧主结的靠外侧的冶金结面和所述场限环的靠外侧的冶金结面，其中所述电荷补偿区的导电类型与所述场限环的导电类型相同。
2.根据权利要求1所述的结终端结构，其特征在于，所述电荷补偿区的每一个和与其相邻的靠外侧的场限环间隔预定距离。
3.根据权利要求1所述的结终端结构，其特征在于，所述电荷补偿区的结深小于所述场限环的结深。
4.根据权利要求1所述的结终端结构，其特征在于，所述电荷补偿区的杂质浓度低于所述场限环的杂质浓度。
5.根据权利要求4所述的结终端结构，其特征在于，所述电荷补偿区的杂质浓度范围为 I X IO14Cm 3 ?5 X IO17Cm 3。
6.一种功率器件结终端结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:制作主结和场限环； 步骤2:制作掩膜以间隔形成刻蚀窗口，并且所述刻蚀窗口横跨最外侧主结的靠外侧的冶金结面和所述场限环的靠外侧的冶金结面； 步骤3:刻蚀所述外延层，以形成电荷补偿区的成形凹槽； 步骤4:去除所述掩膜； 步骤5:外延生长电荷补偿层，掺杂所述电荷补偿层； 步骤6:研磨和/或抛光所述电荷补偿层，以形成间隔设置的所述电荷补偿区。
7.根据权利要求6所述的结终端结构，其特征在于，刻蚀深度为50nm?3000nm。
8.根据权利要求6所述的结终端结构，其特征在于，采用光刻制作所述掩膜。
9.根据权利要求6所述的结终端结构，其特征在于，采用干法刻蚀所述外延层。
【文档编号】H01L29/06GK103824879SQ201410044426
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月30日 优先权日:2014年1月30日
【发明者】蒋华平, 刘可安, 吴煜东, 李诚瞻, 赵艳黎, 吴佳, 唐龙谷 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司