CN102254932B - 一种沟槽正斜角终端结构及其制备方法 - Google Patents
一种沟槽正斜角终端结构及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102254932B CN102254932B CN 201110196911 CN201110196911A CN102254932B CN 102254932 B CN102254932 B CN 102254932B CN 201110196911 CN201110196911 CN 201110196911 CN 201110196911 A CN201110196911 A CN 201110196911A CN 102254932 B CN102254932 B CN 102254932B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- region
- groove
- terminal
- trench
- source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 6
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical group C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 boron ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Thyristors (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构及其制备方法，整个器件以n+区为衬底，中央区域为芯片的有源区，外围区域为芯片的终端区；在有源区和终端区的n+衬底底部为器件的漏极；有源区的结构是，n+衬底区上表面设有n-漂移区，n-漂移区中设有多个并联的元胞，每个元胞最下面是p+阱区，p+阱区上面设有p体区，p体区中设有多个n+源区，每个n+源区上方设有源电极；相邻的两个源电极之间设有一个多晶硅栅极，多晶硅栅极的正下面设有栅氧化层；终端区的结构是，在n-外延层内的pn结的弯曲处，设有与表面法线方向为夹角δ的沟槽，沟槽的底部设有p掺杂区，沟槽中设有填充物。本发明的结构有效实现了击穿电压和终端面积的最佳折衷。
Description
技术领域
本发明属于电力半导体器件技术领域，涉及一种适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构，本发明还涉及该沟槽正斜角终端结构的制备方法。
背景技术
终端技术的选择会直接影响功率器件的耐压及其稳定性和可靠性。由于高压MOS器件(如高压MOSFET、IGBT及IEGT等)采用多元胞并联结构，最外侧的元胞存在表面终止的pn结，终端通常采用场板和场环等复合技术。这些技术虽然工艺简单，但当耐压较高时，终端所占的芯片面积很大，导致芯片的利用率大大降低。并且，这些器件通常为方片，也不能采用类似于常规圆片的机械磨角方法来形成台面终端。以上这些原因都使得现有的高压MOS器件的开发受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构，解决了现有高压MOS器件结终端稳定性差、占用芯片面积大的问题。
本发明的另一目的是提供一种前述的沟槽正斜角终端结构的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构，整个高压MOS器件以n+区为衬底，中央区域为芯片的有源区，外围区域为芯片的终端区；在有源区和终端区的n+衬底底部为器件的漏极D；
所述的有源区的结构是，从n+衬底区上表面设置有n-漂移区，n-漂移区中设置有多个并联的元胞，每个元胞最下面是p+阱区，p+阱区上面设置有p体区，p体区中设置有多个n+源区，每个n+源区上方设置有源电极S，源电极S用于将n+源区与p体区短路连接；相邻的两个源电极S之间设有一个多晶硅栅极G，多晶硅栅极G的正下面设置有栅氧化层；
所述的终端区的结构是，在n-外延层内的pn结的弯曲处，设有与表面法线方向夹角为δ的沟槽，沟槽的底部设置有一个p掺杂区，沟槽中填充有填充物。
本发明所采用的另一技术方案是，一种沟槽正斜角台面终端结构的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1、利用常规工艺完成芯片的有源区制备；
步骤2、利用感应耦合等离子体刻蚀机进行沟槽刻蚀，通过控制刻蚀的条件，形成开口宽度为w，沟槽为d、侧面斜角为δ的沟槽；
步骤3、利用离子注入机进行硼离子斜角注入，形成沟槽底部的p掺杂区，并进行退火、推进；
步骤4、利用旋涂工艺直接进行沟槽的树脂填充，并在低于300℃的温度下进行固化；最后完成背面减薄、电极制备即成。
本发明的有益效果是，沟槽正斜角终端可获得接近体击穿电压的表面击穿电压，并在击穿电压和终端面积之间取得非常好的折衷，可以推广到IGBT、IEGT等其他浅结的高压MOS器件中。
附图说明
图1是本发明的沟槽正斜角终端结构示意图；
图2是本发明的沟槽正斜角终端的击穿电压随关键结构的变化曲线，其中图a是正斜角δ与击穿电压的关系；图b是δ＝10°时槽宽w和槽深d与击穿电压的关系；图c是δ＝0°时槽宽w和槽深d与击穿电压的关系；
图3是采用本发明沟槽正斜角终端的功率MOSFET击穿特性曲线；
图4是本发明沟槽正斜角终端结构制备方法流程图，其中，图a是步骤1的制作结构变化示意图，图b是步骤2的制作结构变化示意图，图c是步骤3的制作结构变化示意图，图d是步骤4的制作结构变化示意图；
图5是本发明的另一种沟槽正斜角终端结构实施例的示意图；
图6是本发明的两种沟槽正斜角终端结构的实施例(δ＝0°时)示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1是本发明的适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构剖面图，其中央区域为芯片的有源区，外围区域为芯片的终端区，有源区和终端区共同的n+衬底底部为器件的共同漏极D，
在有源区中，位于n+衬底之上为n-漂移区，n-漂移区中设置有多个元胞，每个元胞最下面是p+阱区，p+阱区上面设置有p体区，p体区中设有n+源区，n+源区上方为源电极S，源电极S将n+源区与p体区短路连接；相邻的两个源电极S之间设有一个多晶硅栅极G，多晶硅栅极G的正下面设置有栅氧化层；
在终端区的p+区中，设有一个与表面倾斜的沟槽，底部设有p掺杂区，其中填充有填充物，优选苯并环丁烯(BenzoCycloBuwene，简称BCB)。
本发明适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构的耐压机理是：
通过在表面终止的pn结末端设置正斜角，减小了pn结末端耗尽层的曲率，缓解表面电场集中；同时，在沟槽底部设置p掺杂区，解决了沟槽侧壁和拐角处电场集中的问题。因此，该发明的沟槽终端可将最高电场由表面转移到体内平行平面结处，实现理想的体击穿电压。
通过选择合理的结构参数，使沟槽底部的p掺杂区在体内平行平面结发生击穿前全部耗尽，于是电力线就会沿沟槽底部均匀分布，避免了沟槽拐角处的电场集中。
为了提取最佳的沟槽正斜角结构参数，以功率MOSFET为例，利用ISE软件模拟分析了沟槽结构参数对表面击穿电压的影响。
图2是本发明的沟槽正斜角终端结构的表面击穿电压随各关键参数的变化曲线。由图2a可见，当δ从0°到30°之间变化，击穿电压先增大后减小。并且当δ为10°时器件击穿电压有最大值。由图2b可见，当δ为10°、w一定时，击穿电压随d的增加而增大，但增加趋势随w的增加变缓；当d一定时，击穿电压随w的增大而增大，增加趋势也随d的增加逐渐变缓。并且，当δ为10°、d＝20μm、w＞30μm或d＝25μm、w＞20μm，功率MOSFET的击穿将发生于体内pn结处。由图2c可见，当δ＝0°时，d＝20μm、w＞50μm或d＝25μm、w＞35μm，才能使器件发生体内击穿。即当δ＝0°时，要实现与δ为10°时相同的耐压所需的沟槽更深、更宽。
本发明的器件的特性评价是：
图3给出了采用上述沟槽结构终端的VDMOS器件击穿特性的模拟曲线，其中带“△”曲线表示采用沟槽正斜角终端的击穿特性，带“□”曲线表示其体内平行平面结的击穿特性。可见，采用沟槽正斜角终端VDMOS的击穿电压接近其平行平面结击穿电压，约为688V，对应的终端区为60μm。通常，采用场限环结构只能实现平行平面结85％的击穿电压，且场限环尺寸至少需要210μm。这说明，采用沟槽正斜角终端结构不仅能实现器件的体击穿，而且能显著提高芯片面积的利用率。
图4是本发明的沟槽正斜角终端结构制备方法流程图，其中a-d为各个步骤的制作结构变化示意图。
参照图4，本发明的适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1、利用常规工艺完成芯片的有源区制备(图4a)；
步骤2、利用感应耦合等离子体刻蚀机(ICP)进行沟槽刻蚀，通过控制刻蚀(各向异性)的条件，形成开口宽度为w，沟槽为d、侧面斜角为δ的沟槽(图4b)；
步骤3、利用离子注入机进行硼离子(B+)斜角注入，形成沟槽底部的p掺杂区，并进行退火、推进(图4c)；
步骤4、利用旋涂工艺直接进行沟槽的树脂填充，并在低于300℃的温度下进行固化(图4d)；最后完成背面减薄、电极制备等后续工艺即成(参照图1结构)。
如图5所示，本发明实施例2的沟槽正斜角结构是，整个沟槽与表面法线方向夹角为δ，底部与沟槽壁垂直，并设有p掺杂区，沟槽中有填充物。由于沟槽底部呈一个斜面，有助于进一步减小槽底的电力线的分布曲率，使沟槽底部可以承受更高的电压。
采用实施例2的沟槽正斜角结构，也可获得接近平行平面结的击穿电压，并且所需的沟槽深度和终端区尺寸均比上述结构的小。可见，实施例2的沟槽正斜角结构比前述的第一种结构在节约终端区面积与提高器件终端击穿电压方面更为优越。
如图6所示，当δ为0°时，前述的两种沟槽正斜角结构相同。要实现理想的体内击穿，该结构所需的沟槽深度和终端区尺寸均比上述两种结构的大，但制作工艺与成本最低。
上述的终端区沟槽截面为梯形时，深度d为22～25μm，沟槽口宽度w为25～50μm，斜角δ为0°～10°，槽底p掺杂区的表面浓度为5×1015～1×1016cm-3、结深为2～3μm。
上述的终端区沟槽截面为斜长条形时，深度d为20～25μm，沟槽口宽度w为20～45μm，斜角δ为0°～10°，槽底p掺杂区的表面浓度为5×1015～1×1016cm-3、结深为2～3μm。
Claims (8)
1.一种适用于高压MOS器件的沟槽正斜角终端结构，其特征在于：整个高压MOS器件以n+区为衬底，中央区域为芯片的有源区，外围区域为芯片的终端区；在有源区和终端区的n+衬底底部为器件的漏极（D）；
所述的有源区的结构是，从n+衬底区上表面设置有n-漂移区，n-漂移区中设置有多个并联的元胞，每个元胞最下面是p+阱区，p+阱区上面设置有p体区，p体区中设置有多个n+源区，每个n+源区上方设置有源电极（S），源电极（S）用于将n+源区与p体区短路连接；相邻的两个源电极（S）之间设有一个多晶硅栅极（G），多晶硅栅极（G）的正下面设置有栅氧化层；
所述的终端区的结构是，在n-漂移区内的pn结的弯曲处，设有与表面法线方向夹角为δ的沟槽，沟槽的底部设置有一个p掺杂区，沟槽中填充有填充物。
2.根据权利要求1所述的沟槽正斜角终端结构，其特征在于：所述的终端区沟槽截面为梯形，深度d为22～25μm，沟槽口宽度w为25～50μm，斜角δ为0°～10°，槽底p掺杂区的表面浓度为5×1015～1×1016cm-3、结深为2～3μm。
3.根据权利要求1所述的沟槽正斜角终端结构，其特征在于：所述的终端区沟槽截面为斜长条形，深度d为20～25μm，沟槽口宽度w为20～45μm，斜角δ为0°～10°，槽底p掺杂区的表面浓度为5×1015～1×1016cm-3、结深为2～3μm。
4.根据权利要求2或3所述的沟槽正斜角终端结构，其特征在于：终端部分的填充物为苯并环丁烯。
5.一种沟槽正斜角台面终端结构的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1、完成芯片的有源区制备；
步骤2、利用感应耦合等离子体刻蚀机进行沟槽刻蚀，通过控制刻蚀的条件，形成开口宽度为w，沟槽为d、侧面斜角为δ的沟槽；
步骤3、利用离子注入机进行硼离子斜角注入，形成沟槽底部的p掺杂区，并进行退火、推进；
步骤4、利用旋涂工艺直接进行沟槽的树脂填充，并在低于300℃的温度下进行固化；最后完成背面减薄、电极制备即成。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的沟槽截面为梯形，深度d为22～25μm，沟槽口宽度w为25～50μm，斜角δ为0°～10°，槽底p掺杂区的表面浓度为5×1015～1×1016cm-3、结深为2～3μm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的沟槽截面为斜长条形，深度d为20～25μm，沟槽口宽度w为20～45μm，斜角δ为0°～10°，槽底p掺杂区的表面浓度为5×1015～1×1016cm-3、结深为2～3μm。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：终端部分的填充物为苯并环丁烯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110196911 CN102254932B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 一种沟槽正斜角终端结构及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110196911 CN102254932B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 一种沟槽正斜角终端结构及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102254932A CN102254932A (zh) | 2011-11-23 |
| CN102254932B true CN102254932B (zh) | 2013-03-13 |
Family
ID=44982058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110196911 Active CN102254932B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 一种沟槽正斜角终端结构及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102254932B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015056643A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| CN103745987B (zh) * | 2013-12-17 | 2016-06-22 | 西安理工大学 | 一种场限环-负斜角复合终端结构 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6900523B2 (en) * | 2002-07-03 | 2005-05-31 | International Rectifier Corporation | Termination structure for MOSgated power devices |
-
2011
- 2011-07-14 CN CN 201110196911 patent/CN102254932B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102254932A (zh) | 2011-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI512844B (zh) | 利用耗盡ｐ－屏蔽的低輸出電容的高頻開關ｍｏｓｆｅｔ | |
| CN107204372B (zh) | 一种优化终端结构的沟槽型半导体器件及制造方法 | |
| TWI518803B (zh) | 用於負載開關和直流－直流器件的高密度ｍｏｓｆｅｔ的器件結構及其制備方法 | |
| CN102214678B (zh) | 一种功率半导体器件的3d-resurf结终端结构 | |
| CN108364870A (zh) | 改善栅极氧化层质量的屏蔽栅沟槽mosfet制造方法 | |
| CN103035677B (zh) | 超级结结构、超级结mos晶体管及其制造方法 | |
| CN102810556B (zh) | 用于高压半导体功率器件的边缘终接的新型及改良型结构 | |
| CN102479805A (zh) | 一种超级结半导体元件及其制造方法 | |
| CN104576710A (zh) | 半导体装置 | |
| CN108091685A (zh) | 一种提高耐压的半超结mosfet结构及其制备方法 | |
| CN108321187B (zh) | 一种带沟槽的终端结构 | |
| CN107731926B (zh) | 提高耐压范围的mosfet器件及其制备方法 | |
| CN102254932B (zh) | 一种沟槽正斜角终端结构及其制备方法 | |
| CN107818920A (zh) | 屏蔽栅沟槽mosfet的栅氧层结构及制造方法 | |
| CN106920752A (zh) | 低压超结mosfet栅源氧化层结构及制造方法 | |
| CN102254931B (zh) | 一种浅槽负斜角终端结构及其制备方法 | |
| CN107731908B (zh) | 提高耐压的屏蔽栅mosfet结构及其制备方法 | |
| CN102637731A (zh) | 一种沟槽功率mos器件的终端结构及其制造方法 | |
| CN103137688A (zh) | 一种沟槽mos结构半导体装置及其制造方法 | |
| CN103839978B (zh) | 一种中高压沟槽型功率器件的终端结构及其制作方法 | |
| CN103681780B (zh) | 一种高压超结终端结构 | |
| CN118610234A (zh) | 一种嵌入式层间介质层结构及其制备方法 | |
| CN106098781B (zh) | 一种沟槽结构的vdmos | |
| CN104900703A (zh) | 一种沟槽mosfet终端结构和沟槽mosfet器件及其制备方法 | |
| CN205004340U (zh) | 功率晶体管的结终端结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201112 Address after: Room E101, No. 211 Tiangu Eighth Road, Xi'an High-tech Zone, Shaanxi Province Patentee after: XI'AN SEMIPOWER ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 710048 Shaanxi city of Xi'an Province Jinhua Road No. 5 Patentee before: XI'AN University OF TECHNOLOGY |