[发明专利]半导体功率器件及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于制造包括电荷平衡柱形结构的双极型功率二极管的工艺，和也包括电荷平衡柱形结构的用于半导体功率器件的边缘终端结构。

背景技术

如所共知的，在最近几年中，已经开发了很多用于增加半导体功率器件效率的解决方案，尤其是用在增加击穿电压和降低输出电阻方面。

例如，以本申请人的名字提出的美国专利6,586,798、6,228,719、6,300,171和6,404,010描述了一种垂直传导半导体功率器件，其中相反极性的柱形结构形成于外延层内部，形成了具有给定导电类型的部分漏极区。该柱形结构具有这样的掺杂剂浓度，其基本上与外延层的掺杂剂浓度相同但是类型相反，用这样的方式以便于提供基本的电荷平衡(所谓的“多漏极(MD)技术”)。该电荷平衡能获得高击穿电压，而且该高浓度外延层能实现低输出电阻(和较低的导电损耗)。

简言之，形成上述柱形结构设想按照以下顺序，生长N型外延层的多个步骤，每个步骤之后是注入P型掺杂剂的步骤。注入区域被叠置以便形成柱形结构。接下来，以柱形结构构成体区域向漏极区域中的延伸部分的这种方式，使功率器件的体区域形成为与柱形结构接触。

该技术的发展已经证明了形成器件的基本条带密度的逐渐增加，即使具有相同的击穿电压(其基本上与柱形结构的高度有关)，也进一步增加了外延层中的电荷浓度和获得了具有较小输出电阻的器件。然而，另一方面，增加基本条带密度已经引起器件的热平衡的降低和外延生长步骤数目的相应增加，并因此引起制造成本和时间的增加，并且引起与外延生长实质相关的缺陷的增加。

因此已经开发了替换技术，以获得电荷平衡柱形结构；这些技术例如设想在外延层内部形成沟槽，并使用适当掺杂的半导体材料填充沟槽以获得电荷平衡。

例如，在2006年4月11日提交的共同悬而未决的专利申请WO-PCTIT0600244和在2006年4月21日提交的WO-PCTIT0600273中，二者都以本申请人的名字提出，其中描述了一种用于形成沟槽和填充它们，尤其没有残留缺陷以获得电荷平衡结构和用于形成具有该电荷平衡结构的半导体功率器件的改进技术(在以下内容中将部分涉及到)。尤其，在WO-PCTIT0600273中，提出了在沟槽内部非选择性外延生长，也影响其中形成沟槽的层的顶表面。因此，在外延工艺结束时，形成了由半导体材料制成的起皱表面层，其特征在于在与柱形结构对应的区域中存在多个沟槽。还提出了形成至少部分在该起皱表面层中的功率器件。

而且，如所共知的，提供有效的边缘终端结构是关键，以确保功率器件的适当工作；事实上，考虑到电场线浓度，由于边缘区域的弯曲，正好在边缘区域中会发生最多的击穿。边缘终端具有局部降低电场强度的作用，以便防止该边缘处出现强度峰值。

目前为止，为电荷平衡功率器件提供能最大化所述器件的反向偏置性能的边缘终端结构的问题还没有得到令人满意的解决。

发明内容

因此本发明的目的是进一步改进制造电荷平衡功率器件的技术，尤其是用于制造双极性功率二极管的技术，和基于该功率二极管提供用于上述器件的有效边缘终端结构。

根据本发明，提供了一种制造半导体功率器件的工艺，包括：

提供具有第一顶表面的由半导体材料制成的本体；

在所述第一顶表面附近和所述本体的有源部分内部形成具有第一导电类型的有源区；和

形成边缘终端结构，包括具有所述第一导电类型和第一掺杂等级的环形区，其被设置在所述本体的外围边缘部分内并且电连接到所述有源区，其特征在于形成边缘终端结构的所述步骤进一步包括形成保护区，其具有所述第一导电类型和比所述第一掺杂等级高的第二掺杂等级，其在所述第一顶表面附近并且连接所述有源区至所述环形区；和其特征在于还包括：

在所述第一顶表面上、也在所述外围边缘部分处形成具有第一导电类型的表面层，其与所述保护区接触；和

蚀刻所述表面层，以蚀刻在所述保护区内部终止的方式去除在所述边缘部分上的表面层。

根据本发明，也提供了一种半导体功率器件，其包括：

由具有第一顶表面的半导体材料制成的本体；

具有第一导电类型的有源区，其被设置在所述第一顶表面附近内和所述本体的有源部分内部；和

边缘终端结构，其包括环形区域，该环形区域具有所述第一导电类型和第一掺杂等级，并被设置在所述本体的外部边缘中并电连接到所述有源区，