本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件，涉及一種降低表面電場的vld終端。

背景技術(shù)：

1、功率半導(dǎo)體器件主要由元胞區(qū)和終端區(qū)兩部分組成，終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對功率器件的擊穿電壓特性至關(guān)重要。場板+場限環(huán)是最常用的終端結(jié)構(gòu)，但隨著器件耐壓的增加，當(dāng)場限環(huán)個(gè)數(shù)增加到一定程度后，對擊穿電壓的提高效果不再明顯，且浪費(fèi)了大量的芯片面積，增加了生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)stengl?r，gosele?u.variation?of?lateral?doping-a?newconcept?to?avoid?high?voltage?breakdown?of?planar?junctions，proceedings?ofinternational?electron?devices?meeting，1985等提出的橫向變摻雜(variablelateral?doping，vld)終端結(jié)構(gòu)，大大減小了終端長度與芯片面積，提高了耐壓效率，降低了成產(chǎn)成本，并逐漸被廣泛用于功率mosfet等器件。橫向變摻雜(variation?oflateraldoping，vld)終端是中、高壓功率器件中最常見的終端設(shè)計(jì)方法之一，通過在器件邊緣部分注入一塊雜質(zhì)濃度漸變的區(qū)域，能夠有效擴(kuò)展耗盡區(qū)、緩解電場集中，使器件表現(xiàn)出更好的阻斷性能。vld終端是一種通過設(shè)置合適的掩膜版窗口形狀和窗口的參數(shù)值，在重?fù)诫s的主結(jié)附近進(jìn)行離子注入形成橫向變摻雜結(jié)構(gòu)，離主結(jié)越近的地方注入量越大，越遠(yuǎn)的地方注入量越小，并通過雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散使得注入的雜質(zhì)連成一片。相較于場限環(huán)、場板終端，vld具有更小的終端面積；相較于jte終端，vld有更好的阻斷性能，對于終端雜質(zhì)注入劑量偏移也更不敏感。產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界一直致力于改進(jìn)vld終端以實(shí)現(xiàn)更好的阻斷性能及可靠性。

2、傳統(tǒng)vld終端雖然設(shè)計(jì)簡單，但在離子注入形成vld終端的過程中，采用通過控制掩膜版遮蔽區(qū)與開窗區(qū)的大小來實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)濃度的漸變分布。若掩膜版版圖、高溫退火工藝、注入劑量等設(shè)置不當(dāng)，高溫退火后形成的雜質(zhì)濃度分布會呈現(xiàn)出波浪形，偏離平滑的漸變雜質(zhì)分布，如圖1所示。這種波浪形分布會在低雜質(zhì)濃度位置j處產(chǎn)生過高的電場峰值，降低了vld終端的性能表現(xiàn)，影響了器件的耐壓能力與可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種降低表面電場的vld終端，該方法易于實(shí)現(xiàn)，電壓適用范圍廣，通過兩次離子注入來改善vld終端波浪形的雜質(zhì)分布，使得雜質(zhì)分布更接近平滑的漸變雜質(zhì)分布，從而改善vld終端因雜質(zhì)分布不均勻?qū)е碌谋砻骐妶龇逯颠^高的可靠性問題并提升vld終端的耐壓表現(xiàn)，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

2、如圖2所示為功率器件版圖整體結(jié)構(gòu)圖，圖3為一種橫向變摻雜終端，為圖2黑色虛線abcd所示區(qū)域，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括：包括漏電極金屬1，位于漏電極金屬之上的重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底2，位于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底2之上的輕摻雜第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)3，位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)3上表面的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體主結(jié)4、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5和重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體截止環(huán)6，位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體主結(jié)4之上的源電極金屬7，位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體截止環(huán)6之上的氧化層8。定義：從氧化層8垂直指向輕摻雜第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)3的方向?yàn)閥軸方向，從氧化層8與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5交界的平行方向?yàn)閤軸方向；

3、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

4、一種降低表面電場的vld終端，通過兩次離子注入來改善vld終端波浪形的雜質(zhì)分布，使得雜質(zhì)分布更接近平滑的漸變雜質(zhì)分布，從而改善vld終端因雜質(zhì)分布不均勻?qū)е碌谋砻骐妶龇逯颠^高的可靠性問題并提升vld終端的耐壓表現(xiàn)。其實(shí)現(xiàn)工藝流程如圖4所示。

5、(1)通過設(shè)置掩膜版，刻蝕氧化層8進(jìn)行開窗，進(jìn)行第一次離子注入；

6、(2)高溫退火，形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5；

7、(3)設(shè)置掩膜版，刻蝕氧化層8進(jìn)行開窗，進(jìn)行第二次離子注入；

8、(4)高溫退火，得到更平滑漸變的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5。

9、作為優(yōu)選方式，步驟(1)進(jìn)一步為：

10、圖5為vld終端第一次離子注入掩膜版設(shè)置示意圖，將vld終端bc分為n段，每段長度為lvld/n，其中vld終端的長度為lvld。第n段掩模版的開窗寬度為an，該區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的注入。遮蔽區(qū)寬度為bn，二者滿足an+bn＝lvld/n。第一次離子注入劑量為dose1。

11、作為優(yōu)選方式，步驟(2)進(jìn)一步為：

12、高溫退火，通過雜質(zhì)的擴(kuò)散使得注入的雜質(zhì)連成一片，形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5。高溫是指大于1100℃。對于開窗區(qū)域an-1和an，二者所注入雜質(zhì)分布經(jīng)過高溫退火后滿足高斯分布函數(shù)，對于掩膜版遮蔽區(qū)bn下的雜質(zhì)分布，近似滿足開窗區(qū)域an-1與an所注入雜質(zhì)的疊加，如圖6所示，其掩膜版遮蔽區(qū)bn下的雜質(zhì)分布函數(shù)c(x)滿足

13、

14、其中，第一次離子注入劑量為dose1，xn為an中心位置所對應(yīng)的x軸坐標(biāo)，xn-1為an-1中心位置所對應(yīng)的x軸坐標(biāo)，d為雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，與退火溫度等因素相關(guān)，t代表高溫退火時(shí)間。根據(jù)雜質(zhì)分布函數(shù)c(x)，顯然在掩膜版遮蔽區(qū)bn下xj位置處，存在最低雜質(zhì)濃度點(diǎn)j。

15、作為優(yōu)選方式，步驟(3)進(jìn)一步為：

16、第二次離子注入的掩膜版如圖7所示。將vld終端bc分為n段，每段長度為lvld/n，其中vld終端的長度為lvld。第n段掩模版的開窗寬度為cn，該區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的注入。遮蔽區(qū)寬度為dn，二者滿足cn+dn＝lvld/n。第n段掩模版的開窗寬度為cn位于第一次離子注入掩膜版遮蔽區(qū)bn內(nèi)部，即在第一次離子注入遮蔽區(qū)域bn內(nèi)部的部分區(qū)域進(jìn)行離子注入。

17、圖1中最低雜質(zhì)濃度點(diǎn)j位于bn下方，為保證第二次離子注入能彌補(bǔ)最低雜質(zhì)濃度點(diǎn)j處的雜質(zhì)濃度，以改善波浪形的雜質(zhì)分布，使雜質(zhì)分布更平滑漸變。

18、對于xn位置的雜質(zhì)分布近似滿足

19、

20、對于xn-1位置的雜質(zhì)分布近似滿足

21、

22、若遮蔽區(qū)bn的中心位置的x軸坐標(biāo)為根據(jù)c(x)表達(dá)式，xj滿足

23、

24、第二次離子注入掩膜版開窗區(qū)域cn范圍即為xj所在范圍。

25、第二次離子注入劑量為dose2，應(yīng)小于第一次離子注入劑量為dose1，二者之間滿足

26、0＜dose2≤0.25dose1

27、作為優(yōu)選方式，步驟(4)進(jìn)一步為：

28、高溫退火，通過雜質(zhì)的擴(kuò)散使得注入的雜質(zhì)連成一片，形成更平滑的漸變雜質(zhì)分布的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體變摻雜區(qū)5，圖1中低雜質(zhì)濃度位置j處凹陷得到補(bǔ)充，表面電場降低。高溫是指大于1100℃。

29、此時(shí)xj位置雜質(zhì)分布滿足

30、

31、其中，第二次離子注入劑量為dose2，xn為an中心位置所對應(yīng)的x軸坐標(biāo)，xn-1為an-1中心位置所對應(yīng)的x軸坐標(biāo)，d為雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，與退火溫度等因素相關(guān)，t代表第一次離子注入高溫退火時(shí)間，t′代表第二次離子注入高溫退火時(shí)間。

32、此時(shí)有

33、

34、由此提高最低雜質(zhì)濃度點(diǎn)j處的雜質(zhì)濃度，波浪形的雜質(zhì)分布得到改善，使雜質(zhì)分布更平滑漸變，此時(shí)表面電場能夠降低，j點(diǎn)處的峰值表面電場由emax1降低至emax2,如圖1所示。

35、作為優(yōu)選方式，所述實(shí)現(xiàn)工藝流程用于二極管、bjt、mosfet、jfet、igbt功率半導(dǎo)體器件的橫向變摻雜終端設(shè)計(jì)。

36、作為優(yōu)選方式，采用硅、鍺、鍺硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵半導(dǎo)體材料制作帶有該終端的功率半導(dǎo)體器件。

37、本發(fā)明的原理為：

38、本發(fā)明基于傳統(tǒng)vld終端的掩膜版設(shè)置方式，在一次離子注入的基礎(chǔ)上，設(shè)置第二次離子注入，得到更加平滑的漸變雜質(zhì)分布，從而改善vld終端因雜質(zhì)分布不均勻?qū)е碌谋砻骐妶龇逯颠^高的可靠性問題并提升vld終端的耐壓表現(xiàn)。

39、本發(fā)明的有益效果為：

40、可實(shí)現(xiàn)性高，可以有效改善vld終端因雜質(zhì)分布不均勻，部分區(qū)域雜質(zhì)濃度過低導(dǎo)致的表面電場峰值過高的可靠性問題，提升了vld終端的耐壓表現(xiàn)。如圖1所示，通過第二次離子注入，有效改善了傳統(tǒng)vld終端一次注入后整體雜質(zhì)分布呈波浪形的問題，使vld雜質(zhì)分布更加平滑，表面電場由emax1降低至emax2。