[发明专利]一种具有可变角度的场限环终端结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有可变角度的场限环终端结构及其制备方法，该场限环终端结构包括：半导体层(101)；多个场限环结构(102)，间隔分布在所述半导体层(101)的表面区域中，所述场限环结构(102)的第一边缘(103)与所述场限环结构(102)的第一顶部表面(104)之间形成预设夹角，所述预设夹角为30～60°；有源区(105)，位于所述半导体层(101)表面区域中且位于多个所述场限环结构(102)形成的环形内部，所述有源区(105)的第二边缘(106)与所述有源区(105)的第二顶部表面(107)之间形成所述预设夹角。该场限环终端结构中场限环结构和有源区的边缘均具备一定倾角，不仅有效的提高了器件的击穿电压，同时提高了器件的反向耐压稳定性。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种具有可变角度的场限环终端结构及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的快速发展，传统硅基电力电子器件由于硅材料自身的窄禁带、低热导率、低临界电场等材料特性的制约，已经不能充分的满足高压大功率器件抗辐射、漏电小、高温、高压等要求。第三代半导体材料之一的碳化硅(SiC)具有禁带宽(硅的3倍)、热导率高(硅的3.3倍)、击穿电场大(硅的10倍)的材料特性。禁带宽决定其有良好的抗辐射性能，热导率高决定其适用于高温工作环境，有利于电力电子系统的散热，从而提高系统效率；击穿电场大决定其比硅材料更耐压，可以有效满足各种高压工作要求，因此碳化硅功率器件有广阔的应用前景。近年来，碳化硅(SiC)基高压功率器件在衬底研制、外延技术等各层次上获得了广泛的研究，但由于在反向偏压工作下，PN结边缘位置存在电场集中，造成了器件的提前击穿。为提高器件在反偏高压下的可靠性，终端结构技术被广泛的应用。其中，场限环终端(Field Limiting Rings，FLRs)结构以其制备工艺简单，与有源区可采用一次掩膜同时形成而被广泛采用。

目前传统的场限环终端结构普遍采用的是非均匀分布的场限环终端。对于碳化硅基器件，有源区及各浮空场环由离子注入形成，由于杂质在碳化硅材料中的低热扩散性，即使经过高温激活退火，注入的杂质原子也不会产生明显的高温推结现象。因此在碳化硅基器件中，形成的注入型PN结结构一般具有近似理想的柱面或球面结边缘，即其宏观剖面结构呈现准矩形掺杂边缘形貌特征。由于矩形边缘处的曲率半径小，电场集中效应十分显著。这就导致：1)传统的具有准矩形掺杂边缘形貌特征的场限环结构其击穿电压由于边缘电场集中并不能完全达到目标设计要求，往往需要增加环数来实现目标击穿电压，这使得芯片面积增大，成本上升；2)传统的具有准矩形掺杂边缘形貌特征的场限环结构的实际工艺制备有其最小的线宽尺寸，最优的环间距往往容易受工艺精度限制或波动而造成偏差，而这种环间距的偏差会造成器件反向击穿电压的不稳定。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有可变角度的场限环终端结构及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种具有可变角度的场限环终端结构，包括：

半导体层；

多个场限环结构，间隔分布在所述半导体层的表面区域中，所述场限环结构的第一边缘与所述场限环结构的第一顶部表面之间形成预设夹角，所述预设夹角为30～60°；

有源区，位于所述半导体层表面区域中且位于多个所述场限环结构形成的环形内部，所述有源区的第二边缘与所述有源区的第二顶部表面之间形成所述预设夹角。

在本发明的一个实施例中，所述场限环结构的剖面形状和所述有源区的剖面形状均为倒梯形。

在本发明的一个实施例中，所述场限环结构的深度和所述有源区的深度均为0～1μm，所述场限环结构的底部宽度为2～5μm。

在本发明的一个实施例中，相邻两个所述场限环结构底部之间的距离为：

S_n＝S₁+(n-1)×d