【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體器件，具體涉及一種半導體器件終端結構及其制作工藝。
技術介紹
1、傳統的硅器件受限于自身材料特性，更進一步的性能提升被寄希望于更高性能的半導體材料。
2、以sic和ga2o3為代表的第三、第四代寬禁帶半導體材料應運而生，寬禁帶半導體材料在禁帶寬度、擊穿場強、電子飽和漂移速度等物理特性上較si更有優勢。
3、在功率開關應用中，以sic、ga2o3制備的功率器件如二極管、晶體管和功率集成電路具有更小的面積以及更優異的電氣特性。在如今具有更高功率密度以及更低功耗需求的電力電子應用中，sic和ga2o3材料具有更重大的研究意義以及更廣闊的市場應用前景。
4、阻斷狀態下，器件主要通過pn結在反向偏置下形成的耗盡區來承擔電壓，根據泊松方程，耗盡區中的電場強度的峰值位于pn結附近，當電場強度峰值達到半導體材料的臨界擊穿電場強度時，器件將被擊穿。
5、在實際制備過程中，由于在pn結的邊緣和四角會形成柱面結和球面結，曲率效應作用下柱面結和球面結附近的電場更加集中，電場強度遠大于中間區域平行平面結的電場強度，邊緣和四角會先于平行平面結發生擊穿，導致器件的擊穿電壓遠低于理想情況，如圖1所示。
6、為了緩解pn結（器件主結）的邊緣、四角由于曲率效應被提前擊穿導致器件阻斷能力降低的問題，業界往往在pn結（主結）的周圍增加結終端（terminal）結構，所引入的結終端結構可以分散原本聚集在主結邊緣的電場，使主結邊緣的電場強度被降低，器件的擊穿電壓更接近平行平面結的理想值。>
7、常用的結終端結構有場版、臺面、結終端擴展和場限環等，如圖2所示。
8、場板（field?plate，fp）結構的原理是通過在場板上外加電壓，拓展結終端表面耗盡層，從而緩解pn結邊緣處電場集中現象。臺面（mesa）結構的原理是通過刻蝕斜面來展寬pn結處的耗盡區寬度，從而降低電場集中現象。
9、結終端擴展（junction?termination?extension，jte）結構通過自身耗盡拓展p+主結的耗盡區，進而降低主結處電場集中現象。場限環（field?limiting?ring，flr）結構的存在相當于在平面型功率器件的主結邊緣增加了電壓分壓器，通過合理優化flr的量、環寬、摻雜濃度及環間距，能夠有效拓寬主結耗盡區寬度，降低主結和環的電場集中現象，從而提高擊穿電壓。
10、但是現有的結終端技術依然存在一些問題。以sic材料為例，主要存在以下技術缺陷：
11、技術缺陷1：盡管結終端技術對于si材料來講相對成熟，然而由于雜質在sic材料中的擴散系數極低，對sic材料的摻雜往往通過高溫離子注入形成pn淺結，造成sic功率器件pn結的曲率半徑更小、電場更容易集中，器件的阻斷能力以及結終端的保護能力進一步下降。此外，隨著器件結構設計能力的發展出現了npn型外延層，但受限于注入能力的限制，當前已有的終端不能很好地保護基于npn型外延層器件的主結。
12、技術缺陷2：在高壓、高溫、高濕的環境中，終端處會出現電荷累積、濕氣腐蝕、離子遷移等現象，器件正面的電極和切割道之間可能被短路。此時切割道與背面電極之間、主結與背面電極之間均需要承受器件的阻斷電壓。而傳統的終端結構只保護主結，而忽視了對切割道區域的保護，導致切割道區域泄漏電流增加或者切割道區域提前發生擊穿，器件的擊穿電壓低于理想值。
13、技術缺陷3：在結終端的外側、器件最邊緣的位置，即器件的切割道區域。當器件處于阻斷狀態時，切割道區域的電勢和母線電壓相等，而處于器件正面中間位置的電極的電勢為0v，這意味著電極和切割道之間存在巨大的電勢差，正面電極和切割道之間可能發生空氣擊穿，導致器件被燒毀。
14、技術缺陷4：半導體表面、器件的外側可能因為晶體缺陷，工作環境的因素存在帶電量不明的電荷。該部分電荷會影響器件終端的電場分布，使實際的電場分布與設計值不同，導致器件提前擊穿。
技術實現思路
1、針對現有結終端結構受限于材料熱擴散系數、離子注入深度等原因無法很好地保護功率器件主結，尤其是具有npn、功率器件表面電極和切割道之間發生空氣擊穿以及現有終端結構不能對切割道區域進行保護，最終導致器件的擊穿電壓嚴重降低的問題，本專利技術提供了一種新的結終端結構及其制作工藝。
2、本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：
3、本專利技術提供了一種新的結終端結構，所述半導體器件終端結構設置在n-p-n型摻雜的寬禁帶半導體外延片中；
4、本結構通過離子注入、或外延+離子注入等方式在p型摻雜埋層中設置n型摻雜電場截止區和n型摻雜電荷補償區。所述n型摻雜電場截止區最深處需要超過p型摻雜埋層深入n型摻雜漂移區，即，n型摻雜電場截止區需要將p型摻雜埋層貫穿；不少于一個所述n型摻雜電荷補償區與n型摻雜電場截止區可以通過使主結區到終端區方向上、切割道區域到終端區方向上電荷補償區間距逐漸減小或電荷補償區體積逐漸增加或電荷補償區摻雜濃度逐漸增加，或其他形式使p型摻雜埋層在從主結區到終端區方向上、切割道區域到終端區方向上p型摻雜埋層等效受主雜質原子量逐漸降低。
5、本結構可以通過調整不少于一個的n型摻雜電荷補償區間隔、體積、摻雜濃度的方式實現從主結區到終端區方向上、切割道區域到終端區方向上，p型摻雜埋層等效受主雜質原子量逐漸降低的效果，最終起到降低主結區的曲率效應，緩解主結附近電場集中問題，避免功率器件主結提前發生擊穿的問題。調整n型摻雜電荷補償區體積包括調整寬度、和/或深度、和/或厚度。
6、更具體地，
7、一種半導體器件終端結構，所述半導體器件終端結構設置在n-p-n型摻雜的寬禁帶半導體外延片中，所述寬禁帶半導體外延片包括依次連接且包含p型摻雜埋層的主結區、終端區和切割道；
8、本結構通過離子注入或外延+離子注入的方式在p型摻雜埋層中設置n型摻雜電場截止區和n型摻雜電荷補償區，所述n型摻雜電場截止區最深處超過p型摻雜埋層并深入n型摻雜漂移區，通過改變n型摻雜電荷補償區的間隔、和/或體積、和/或摻雜濃度的方式，使p型摻雜埋層在從主結區到終端區方向上、切割道區域到終端區方向上，越靠近n型摻雜電場截止區，p型摻雜埋層等效受主雜質原子量越低；
9、改變體積包括改變深度、和/或寬度、和/或厚度。
10、進一步地，上述的一種半導體器件終端結構，所述寬禁帶半導體外延片包括從下到上依次連接的n型摻雜襯底、n型摻雜漂移區、p型摻雜埋層、n型摻雜電流擴散層、p型摻雜主結區，所述n型摻雜襯底遠離p型摻雜埋層的一側連接陰極，所述p型摻雜主結區一端遠離p型摻雜埋層的一側連接陽極，靠近陽極的一端形成主結區，遠離陽極的一端形成切割道，中間為終端區；
11、所述p型摻雜主結區上方依次連接用于隔絕金屬離子的第一絕緣介質層、用于隔絕水汽的第二絕緣介質層、用于隔絕外部電場的第三絕緣介質層，且3層絕緣介質層靠近陽極的一端與陽本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述半導體器件終端結構設置在N-P-N型摻雜的寬禁帶半導體外延片中，所述寬禁帶半導體外延片包括依次連接且包含P型摻雜埋層的主結區、終端區和切割道；
2.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述N型摻雜電場截止區、左側不少于一個的N型摻雜電荷補償區、右側不少于一個的N型摻雜電荷補償區相接，從而使N型摻雜電場截止區兩側形成朝其傾斜的臺階形結構。
4.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，
6.根據權利要求2所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述第一絕緣介質層的材質為氧化硅；和/或
7.根據權利要求2所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述N型摻雜漂移區的摻雜元素為氮；所述P型摻雜埋層的摻雜元素為鋁或硼；所述N型摻雜電流擴散層的摻雜元素為氮；所述P型摻雜主結區的摻雜元素為鋁或硼；所述N型摻雜襯底的材質為
8.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，施加相反類型的摻雜，N型摻雜改為P型摻雜、P型摻雜改為N型摻雜。
9.根據權利要求2~7任一項所述的一種半導體器件終端結構的制作工藝，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的一種半導體器件終端結構的制作工藝，其特征在于，形成P型摻雜埋層之后先形成N型摻雜電場截止區和N型摻雜電荷補償區，再形成N型摻雜電流擴散層。
...【技術特征摘要】
1.一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述半導體器件終端結構設置在n-p-n型摻雜的寬禁帶半導體外延片中，所述寬禁帶半導體外延片包括依次連接且包含p型摻雜埋層的主結區、終端區和切割道；
2.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述n型摻雜電場截止區、左側不少于一個的n型摻雜電荷補償區、右側不少于一個的n型摻雜電荷補償區相接，從而使n型摻雜電場截止區兩側形成朝其傾斜的臺階形結構。
4.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，
6.根據權利要求2所述的一種半導體器件終端結構，其特征在于，所述第一絕緣介質層的材...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳陽陽，郭飛，王寬，袁俊，成志杰，陳偉，
申請(專利權)人：湖北九峰山實驗室，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。