[发明专利]半导体器件结终端结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率晶体管或开关，特别是涉及到采用沟槽技术的半导体器件的结终端结构。

背景技术

随着便携式手持设备的广泛使用和节能环保理念逐渐深入人心，电能的有效变换和利用越来越得到重视和研究。作为电源管理领域的核心器件，功率半导体器件广泛地应用于手机充电器、笔记本电脑适配器、锂离子电池保护、CPU电源和LED背光等。

传统的结终端结构一般采用场限环(Field Ring)和场板(Field Plate)，如图1所示。

该结构利用场限环和场板引入感生电荷，能够避免电场向有源区主结集中，并降低P/N结在Si/SiO₂表面的电场强度，有效地提升结终端的击穿电压。

但是，传统结终端结构具有以下缺点：

1.该结构对许多参数极为敏感，包括场限环的结深、场限环的侧向扩散长度、Si/SiO₂界面电荷等工艺参数，以及场限环-场限环的间距、场限环-场板的间距、场板的长度等版图设计参数，而这些参数往往又相互关联，错综复杂。因此，传统的场限环或场板结构设计需要做大量的工程试验，增加了工程成本和延缓了新品上市的时间。

2.该结构占据较大的芯片面积，增加了器件的单位成本。

3.器件额定击穿电压越低，场限环-场限环的间距和场限环-场板的间距就必须设计得越窄，工艺控制就越困难。这直接限制了多环和多场板结构在低压器件领域的使用。“单环+单场板”的结构在版图设计上虽然较为简单，但一般不能有效地避免电场向有源区主结集中，导致结终端击穿电压不能满足应用需求。同时，由于不能有效地消除Si/SiO₂界面电场尖峰，“单环+单场板”的结构还经常导致击穿电压向外漂移(Breakdown Walk-out)的现象，存在极大的稳定性和可靠性风险。

发明内容

本发明公开了一种半导体结终端结构，其包括：一种半导体器件结构，该结构包括：一个或多个有源器件区域；由重掺杂浓度的第一导电类型区和轻掺杂的第二导电类型区构成的双层掺杂区，所述的第一导电类型区由器件上表面向下延伸至第一深度位置，第二导电类型区由第一深度位置向下延伸至第二深度位置。由轻掺杂的第二导电类型区构成的单层掺杂区，所述的第二导电类型区由器件上表面向下延伸至第二深度位置。所述的双层掺杂区或单层掺杂区，与沟槽区由内向外交替紧密排列，构成无间断的横向多层结构，包围着所述的有源器件区域；所述的横向多层结构的最外围为所述的双层掺杂区或单层掺杂区，其通过介质层与沟道截止区进行电压耦合。所述的双层掺杂区、单层掺杂区和沟槽区，电位均浮空。其中：

第一导电类型区和第二导电类型区的导电类型相反。

浮空双层掺杂区中的第一导电类型区为重掺杂区，其在电场中可以等效为一个导体，表现出静电屏蔽效应。

浮空沟槽区填充物为导电材料，在电位上浮空，其与浮空双层掺杂区、浮空单层掺杂区、以及与具有第一导电类型的外延层之间，通过介质层进行隔离。

可选的，浮空沟槽区填充物为电介质材料。

可选的，该电介质材料含有一定的固定电荷，有利于进一步改善器件的击穿电压特性。

可选的，在所述的有源器件区域与所述的横向多层结构之间，包含一个器件有源区域-结终端的过渡区。

可选的，所述的横向多层结构与场板、场限环相结合，构成复合的结终端结构。

本发明公开的结终端技术利用了重掺杂的第一导电类型区在电场中的屏蔽效应，能有效地降低器件界面电场强度，提升击穿电压，具有极高的稳定性、坚固性和可靠性，且工艺窗口宽、版图布局紧凑、设计规则简洁，具有较低的研发成本和制造成本。

附图说明

图1是采用场限环和场板的传统结终端结构的局部截面正视图；

图2是采用4个浮空双层掺杂区与3个浮空沟槽区交替紧密排列形成的结终端结构的局部截面正视图。浮空沟槽的填充物为导电的多晶硅；

图3是图2结构在反向电压击穿时的电势分布局部截面正视图；

图4(a)～4(d)是图2结构在反向电压击穿时，沿平行于器件表面的切线的电场分布；

图5(a)～5(i)为实施图2结构的半导体制造工艺；

图6是采用2个浮空双层掺杂区和1个浮空单层掺杂区，与3个浮空沟槽区交替紧密排列形成的结终端结构的局部截面正视图。浮空沟槽的填充物为导电的多晶硅；

图7是采用4个浮空双层掺杂区与3个浮空沟槽区交替紧密排列形成的结终端结构的局部截面正视图。浮空沟槽的填充物为电介质；

具体实施方式