横向高压功率器件的结终端结构的制作方法

本发明属于半导体技术领域，具体的说涉及一种横向高压功率器件的结终端结构。

背景技术：

高压功率集成电路的发展离不开可集成的横向高压功率半导体器件。横向高压功率半导体器件通常为闭合结构，包括圆形、跑道型和叉指状等结构。对于传统叉指状结构曲率终端区的衬底浓度很低，而漂移区的浓度相对较高，因此衬底无法充分辅助耗尽漂移区，这对器件得到高的击穿电压有一定的影响。

公开号为CN102244092A的中国专利公开了一种横向高压功率器件的结终端结构，图1所示为器件的版图结构，器件终端结构包括漏极N⁺接触区、N型漂移区、P型衬底、栅极多晶硅、栅氧化层、P-well区、源极N⁺、源极P⁺。器件结构分为两部分，包括直线结终端结构和曲率结终端结构。直线结终端结构中，P-well区与N型漂移区相连，当漏极施加高电压时，P-well区与N型漂移区所构成的PN结冶金结面开始耗尽，轻掺杂N型漂移区的耗尽区将主要承担耐压，电场峰值出现在P-well区与N型漂移区所构成的PN结冶金结面。为解决高掺杂P-well区与轻掺杂N型漂移区所构成的PN结曲率冶金结面的电力线高度集中，造成器件提前发生雪崩击穿的问题，该专利采用了如图1所示的曲率结终端结构，高掺杂P-well区与轻掺杂P型衬底相连，轻掺杂P型衬底与轻掺杂N型漂移区相连，高掺杂P-well区与轻掺杂N型漂移区的距离为L_P。当器件漏极加高压时，器件源极指尖曲率部分轻掺杂P型衬底与轻掺杂N型漂移区相连，代替了高掺杂P-well区与轻掺杂N型漂移区所构成的PN结冶金结面，轻掺杂P型衬底为耗尽区增加附加电荷，既有效降低了由于高掺杂P-well区处的高电场峰值，又与N型漂移区引入新的电场峰值。由于P型衬底和N型漂移区都是轻掺杂，所以在同等偏置电压条件下，冶金结处电场峰值降低。又由于器件指尖曲率部分高掺杂P-well区与轻掺杂P型衬底的接触增大了P型曲率终端处的半径，缓解了电场线的过度集中，避免器件在源极指尖曲率部分的提前击穿，提高器件指尖曲率部分的击穿电压。同时，该专利所提出的结终端结构还应用在纵向超结结构器件中。图1为器件XY平面的结构示意图，由于曲率结终端部分N型漂移区的掺杂浓度相对P型衬底部分较高，P型衬底无法充分耗尽N型漂移区，在交界处引入较高的电场，导致P型衬底和N型漂移区构成的PN结提前击穿，因此器件的耐压不是最优化，可靠性也降低。

技术实现要素：

本发明所要解决的，就是针对上述传统器件曲率终端结构部分高掺杂浓度的漂移区的N型杂质无法充分的被低掺杂浓度的衬底P型杂质充分耗尽而产生的漂移区与衬底交界处电荷不平衡影响耐压和可靠性的问题，提出一种横向高压功率器件的结终端结构。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种横向高压功率器件的结终端结构，包括直线结终端结构和曲率结终端结构；

所述曲率结终端结构包括漏极N⁺接触区、N型漂移区、P型衬底、栅极多晶硅、栅氧化层、P-well区、源极P⁺接触区，N型漂移区由内边界向外边界分成2₁、2₂….2_N N个子区域，相邻子区域之间填充P型衬底，N型漂移区和P型衬底包括底部的方型区域和顶部的半圆区域，P-well区表面上方是栅氧化层，栅氧化层的表面上方是栅极多晶硅；曲率结终端结构中的漏极N⁺接触区、栅极多晶硅、栅氧化层分别与直线结终端结构中的漏极N⁺接触区、栅极多晶硅、栅氧化层相连，而子区域2₁、2₂….2_N都和直线结终端结构中N型漂移区2_b相连；其中，曲率结终端结构中的漏极N⁺接触区包围子区域2₁、2₂….2_N，N型漂移区2内有环形栅极多晶硅和环形栅氧化层；曲率结终端结构中的P-well区与子区域2₁、2₂….2_N不相连且P-well区距离子区域2₁的内边界的距离为L_P，子区域2₁、2₂….2_N的宽度分别为d₁、d₂….d_N，相邻子区域之间的距离分别为S₁、S_2….S_N-1，L_d为器件的漂移区长度，其中，d₁、d₂….d_N以及S₁、S₂….S_N-1的取值均在0到L_d-L_p之间，且

在直线结终端结构和曲率结终端结构相连部分，子区域2₁、2₂….2_N内壁向中间延伸至与直接结终端结构中N型漂移区2_b内边界连接，且曲率结终端结构的N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N包围了曲率结终端结构的P型衬底，相对传统结构曲率结终端结构的N型漂移区采用完整的一环来包围P型衬底，本发明的曲率结终端结构采用宽度由里向外渐变的N环N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N来包围P型衬底。在实际工艺中N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N是通过离子注入和退火推结后形成的，退火推结后，N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N会横向扩散，由于N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N的掺杂浓度很高会补偿掉他们之间P型衬底，形成一个完整的N型漂移区2_a，这个N型漂移区的掺杂浓度是从里往外越来越高的线性掺杂，所以曲率结终端结构的N型漂移区与P型衬底交界处的浓度相比传统结构要低，因此曲率结终端结构的N型漂移区与P型衬底交界处P型杂质更好耗尽N型杂质，电荷不平衡得到改善，器件的耐压也的到改善。通过调整N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N的注入剂量、窗口宽度以及退火时间，通过退火推结后可以得到不同坡度的线性变掺杂分布，选择合适的注入剂量和窗口宽度可以获得高的击穿电压。在上述方案中，应当理解的是，宽度由里向外渐变的N环N型漂移区子区域2₁、2₂….2_N只在曲率结终端结构中存在，在直线结终端结构中是与传统结构相同的N型漂移区2_b，内边界的含义是指N型漂移区靠近P型衬底的一侧。

作为优选方式，直线结终端结构为single RESURF的结构、double RESURF，triple RESURF结构其中的一种。

作为优选方式，所述直线结终端结构，包括：漏极N⁺接触区、N型漂移区2_b、P型衬底、栅极多晶硅、栅氧化层、P-well区、源极N⁺接触区、源极P⁺接触区；P-well区与N型漂移区2_b位于P型衬底的上层，其中P-well区位于中间，两边是N型漂移区2_b，且P-well区与N型漂移区2_b相连；N型漂移区2_b中远离P-well区的两侧是漏极N⁺接触区，P-well区的表面具有与金属化源极相连的源极N⁺接触区和源极P⁺接触区，其中源极P⁺接触区位于中间，源极N⁺接触区位于源极P⁺接触区两侧；源极N⁺接触区与N型漂移区2_b之间的P-well区表面的上方是栅氧化层，栅氧化层的表面的上方是栅极多晶硅，L_d为器件的漂移区长度。

作为优选方式，子区域2₁、2₂….2_N退火推结后形成一个完整N型漂移区2_a。

作为优选方式，子区域2₁、2₂….2_N的宽度从d₁到d_N依次递增。

作为优选方式，子区域2₁、2₂….2_N之间的距离从S₁到S_N-1依次递减。

作为优选方式，每个子区域2₁、2₂….2_N的离子注入的剂量完全相同。

作为优选方式，直线结终端结构中的N型漂移区2_b沿X轴分成多段。

作为优选方式，结终端结构的半导体材料为硅或碳化硅。

本发明的有益效果为：由于N型漂移区2_a的掺杂浓度要远高于P型衬底的掺杂浓度，N型漂移区每个子区域2₁、2₂….2_N会把它们之间P型衬底补偿掉，最后N型漂移区每个子区域2₁、2₂….2_N会连在一起形成一个完整的N型漂移区2_a，这个结终端结构的N型漂移区2_a掺杂分布是由内向外浓度越来越高的分布，与传统结终端结构的N型漂移区均匀的掺杂分布不一样，因此本发明的结终端结构的曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底交界处N型杂质的浓度比传统结终端结构的曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底交界处N型杂质的浓度要低，所以本发明的结终端结构的曲率结终端部分的N型漂移区能更好的被P型衬底所耗尽，不会产生电荷不平衡的现象，降低了N型漂移区和P型衬底交界处的峰值电场；正常工作时，会通过漏电极给N⁺接触区加上高压，因此同种类型掺杂的N型漂移区也为高电位，P型衬底通过衬底电极接低电位，所以曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底构成的PN结反偏，P型衬底会辅助P-well区耗尽N型漂移区，由于本发明的结构曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底交界处的N型掺杂浓度相比传统结构要降低许多，所以P型衬底能更有效的耗尽N型漂移区，所以器件的耐压得到更好优化。

附图说明

图1为传统的横向高压功率半导体器件的结终端结构的版图示意图；

图2为本发明的曲率结终端结构的版图示意图；

图3为本发明的横向高压功率器件的结终端结构3d示意图；

图4为本发明的横向高压功率器件的结终端X方向剖面图；

图5为本发明的横向高压功率器件的结终端Y方向的剖面图；

图6为传统的横向压功率器件的结终端结构Y方向的剖面的工艺仿真图；

图7为本发明的横向压功率半导体器件的结终端结构Y方向的剖面的工艺仿真图；

图8为本发明曲率结终端结构和传统曲率结终端结漂移区的表面浓度分布对比图；

图9为本发明曲率结终端结构和传统曲率结终端结构电场分布对比图；

图10为本发明曲率结终端结构和传统曲率结终端结构击穿电压的对比图；

1为漏极N⁺接触区，2为曲率结终端结构中的N型漂移区，2_a为完整的环形N型漂移区，2_b为直线结终端结构中的N型漂移区，3为P型衬底，4为栅极多晶硅，5为栅氧化层，6为P-well区，7为源极N⁺接触区，8为源极P⁺接触区，2₁、2₂….2_N为子区域。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

一种横向高压功率器件的结终端结构，包括直线结终端结构和曲率结终端结构；

所述曲率结终端结构包括漏极N⁺接触区1、N型漂移区2、P型衬底3、栅极多晶硅4、栅氧化层5、P-well区6、源极P⁺接触区8，N型漂移区2由内边界向外边界分成2₁、2₂….2_N N个子区域，相邻子区域之间填充P型衬底3，N型漂移区2和P型衬底3包括底部的方型区域和顶部的半圆区域，P-well区6表面上方是栅氧化层5，栅氧化层5的表面上方是栅极多晶硅4；曲率结终端结构中的漏极N⁺接触区1、栅极多晶硅4、栅氧化层5分别与直线结终端结构中的漏极N⁺接触区1、栅极多晶硅4、栅氧化层5相连，而子区域2₁、2₂….2_N都和直线结终端结构中N型漂移区2_b相连；其中，曲率结终端结构中的漏极N⁺接触区1包围子区域2₁、2₂….2_N，N型漂移区2内有环形栅极多晶硅4和环形栅氧化层5；曲率结终端结构中的P-well区6与子区域2₁、2₂….2_N不相连且P-well区6距离子区域2₁的内边界的距离为L_P，子区域2₁、2₂….2_N的宽度分别为d₁、d₂….d_N，相邻子区域之间的距离分别为S₁、S₂….S_N-1，L_d为器件的漂移区长度，其中，d₁、d₂….d_N以及S₁、S₂….S_N-1的取值均在0到L_d-L_p之间，且

子区域2₁、2₂….2_N退火推结后形成一个完整N型漂移区2_a。子区域2₁、2₂….2_N的宽度从d₁到d_N依次递增。子区域2₁、2₂….2_N之间的距离从S₁到S_N-1依次递减。每个子区域2₁、2₂….2_N的离子注入的剂量完全相同。

所述直线结终端结构，包括：漏极N⁺接触区1、N型漂移区2_b、P型衬底3、栅极多晶硅4、栅氧化层5、P-well区6、源极N⁺接触区7、源极P⁺接触区8；P-well区6与N型漂移区2_b位于P型衬底3的上层，其中P-well区6位于中间，两边是N型漂移区2_b，且P-well区6与N型漂移区2_b相连；N型漂移区2_b中远离P-well区6的两侧是漏极N⁺接触区1，P-well区6的表面具有与金属化源极相连的源极N⁺接触区7和源极P⁺接触区8，其中源极P⁺接触区8位于中间，源极N⁺接触区7位于源极P⁺接触区8两侧；源极N⁺接触区7与N型漂移区2_b之间的P-well区6表面的上方是栅氧化层5，栅氧化层5的表面的上方是栅极多晶硅4，L_d为器件的漂移区长度。

直线结终端结构不仅可以为single RESURF结构，还可以为double RESURF结构、triple RESURF结构其中的一种。

作为另一种变形方式，直线结终端结构中的N型漂移区2_b沿X轴分成多段。

结终端结构的半导体材料为硅或碳化硅。

由于N型漂移区2_a的掺杂浓度要远高于P型衬底的掺杂浓度，N型漂移区每个子区域2₁、2₂….2_N会把它们之间P型衬底补偿掉，最后N型漂移区每个子区域2₁、2₂….2_N会连在一起形成一个完整的N型漂移区2_a，这个结终端结构的N型漂移区2_a掺杂分布是由内向外浓度越来越高的分布，与传统结终端结构的N型漂移区均匀的掺杂分布不一样，因此本发明的结终端结构的曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底交界处N型杂质的浓度比传统结终端结构的曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底交界处N型杂质的浓度要低，所以本发明的结终端结构的曲率结终端部分的N型漂移区能更好的被P型衬底所耗尽，不会产生电荷不平衡的现象，降低了N型漂移区和P型衬底交界处的峰值电场；正常工作时，会通过漏电极给N⁺接触区加上高压，因此同种类型掺杂的N型漂移区也为高电位，P型衬底通过衬底电极接低电位，所以曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底构成的PN结反偏，P型衬底会辅助P-well区6耗尽N型漂移区，由于本发明的结构曲率结终端部分的N型漂移区与P型衬底交界处的N型掺杂浓度相比传统结构要降低许多，所以P型衬底能更有效的耗尽N型漂移区，所以器件的耐压得到更好优化。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。