具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件制造技術

本發(fā)明專利技術公開一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件，包括場氧層和有源層，場氧層位于有源層之上。場氧層內(nèi)設有至少1個固定界面電荷區(qū)，該固定界面電荷區(qū)位于場氧層的下部，并與場氧層的下表面即場氧層和有源層的交界面相接觸。本發(fā)明專利技術能夠克服現(xiàn)有功率器件的FLR區(qū)中的雜質(zhì)擴散而導致的擊穿電壓下降和器件失效的問題，并有效提高了器件的擊穿電壓和改善了有源層表面的電場分布，使得電場分布更加均勻。

Power device with fixed interface charge field limiting ring

The invention discloses a power device with a fixed interface charge field limiting ring, comprising a field oxygen layer and an active layer, wherein the field oxygen layer is located on the active layer. The field oxygen layer is provided with at least 1 fixed interface charge areas, wherein the fixed interface charge area is located at the lower part of the field oxygen layer and contacts with the lower surface of the field oxygen layer, namely the boundary layer of the field oxygen layer and the active layer. The failure of the breakdown voltage drop and the device of the invention can overcome the impurity diffusion in the FLR area of the existing power devices caused problems, and effectively improve the breakdown voltage of the device and improve the electric field distribution on the surface of the active layer, so that a more uniform electric field distribution.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件
本專利技術涉及半導體功率器件
，具體涉及一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件。
技術介紹
功率集成電路(PowerIntegratedCircuit，PIC)集信號處理、傳感保護、功率傳輸技術于一體，自上世紀八十年代產(chǎn)生以來發(fā)展迅速，在武器裝備、電力電子、航空航天、平板顯示驅動和其它高新技術產(chǎn)業(yè)有著極為廣泛的應用。PIC是集成電路中的一個重要分支，與分立器件相比，PIC不僅在性能、功耗和穩(wěn)定性方面有很大優(yōu)勢，而且對于降低成本、減少體積和重量有著非常大的意義。因此，國內(nèi)外專家和學者對PIC投入了極大的關注和深入的研究。功率半導體器件主要包括功率二極管、晶閘管、功率MOSFET、功率絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和寬禁帶功率半導體器件等。其中除晶閘管在特大功率領域應用，功率MOS和IGBT是兩種主要的功率器件。由于寬禁帶材料寬帶隙、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場等突出優(yōu)勢，隨著碳化硅單晶生長技術和氮化鎵異質(zhì)結外延生長技術的不斷成熟，新一代寬禁帶功率半導體器件也獲得了國內(nèi)外半導體公司和研究機構的廣泛關注和深入研究。功率半導體器件設計的關鍵是優(yōu)化高耐壓、通態(tài)壓降、快速開關等關鍵特性參數(shù)之間的折衷。提高功率密度和降低損耗一直以來都是功率半導體器件的發(fā)展方向，而前者與功率器件的耐壓提高密切相關。場限環(huán)(FLR)技術是提高功率器件耐壓的關鍵。然而，現(xiàn)有場限環(huán)技術需要通過離子注入在有源層上部形成FLR區(qū)。由于FLR區(qū)位于有源層上部，因此當器件進行退火等高溫工藝時，F(xiàn)LR中的雜質(zhì)會向周圍擴散，使得FLR的尺寸參數(shù)偏離優(yōu)化值，從而導致器件的實際耐壓值與設計值發(fā)生較大的偏離。當器件有源層厚度設計得很薄時，雜質(zhì)的熱擴散會使得FLR區(qū)幾乎完全阻斷有源層，進而導致器件的失效，這樣就限制了功率器件尺寸的縮小和集成度的提高。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術所要解決的技術問題是現(xiàn)有功率器件的FLR區(qū)中的雜質(zhì)擴散而導致的擊穿電壓下降和器件失效的問題，提供一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件。為解決上述問題，本專利技術是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件，包括場氧層和有源層，場氧層位于有源層之上；場氧層內(nèi)設有至少1個固定界面電荷區(qū)，該固定界面電荷區(qū)位于場氧層的下部，并與場氧層的下表面即場氧層和有源層的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)為濃度大于等于1×1013cm-2的高濃度固定界面電荷區(qū)。上述方案中，當固定界面電荷區(qū)的個數(shù)為2個以上時，這些固定界面電荷區(qū)在場氧層的下表面處呈水平間斷設置。上述方案中，每2個固定界面電荷區(qū)之間的間距呈線性遞增變化。上述方案中，所有固定界面電荷區(qū)的濃度和/或高度均相等。上述方案中，固定界面電荷區(qū)通過離子注入方式注入到場氧層中，且注入的離子為銫離子、碘離子、鈉離子、硼離子和/或硅離子。本專利技術的工作原理：當器件反向耐壓時，柵電極附近的主結的耗盡區(qū)沿有源層向右擴展，當與高濃度的固定界面電荷區(qū)下方的耗盡區(qū)相連時，耗盡區(qū)的邊界變得更加平坦，減弱了平行平面結的曲率效應，從而降低了主結附近的電場峰值，提高了器件的擊穿電壓。與此同時，多個高濃度的固定界面電荷區(qū)會引入多個新的電場尖峰，改善了有源層表面的電場分布，使得電場分布更加均勻。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術具有如下特點：1、固定界面電荷區(qū)在場氧層中的高溫擴散遠低于場限環(huán)在有源層中的高溫擴散，這有利于獲得更高、更穩(wěn)定的擊穿電壓；2、固定界面電荷區(qū)位于場氧層中，不占據(jù)有源層中的區(qū)域，從而在器件導通時，不會占用電流的導通路徑，這有利于提高器件的輸出電流和功率密度；3、當器件厚度變得很薄時，不會出現(xiàn)場限環(huán)阻斷有源層導致器件失效，從而能夠進一步縮小器件尺寸和提高集成度；4、固定界面電荷區(qū)濃度范圍等于或大于1×1013cm-2，等于或大于該值時，摻雜濃度對擊穿電壓幾乎沒有影響，工藝容差較好；5、在需要多次離子注入的多層結構中，固定界面電荷區(qū)可以在場氧層中代替表面高摻雜區(qū)域，從而有利于實現(xiàn)復雜的器件結構。附圖說明圖1為常規(guī)P型SOILDMOS功率器件的結構示意圖；圖2為本專利技術提出的一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即P型SOILDMOS器件的結構示意圖；圖3為本專利技術提出的一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即P型SOILDMOS器件與常規(guī)P型SOILDMOS功率器件的擊穿電壓比較圖；圖4為本專利技術提出的一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即P型SOILDMOS器件與常規(guī)P型SOILDMOS功率器件反向擊穿時的表面電場比較圖。圖5為常規(guī)功率二極管的結構示意圖；圖6為本專利技術提出的另一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即功率二極管的結構示意圖；圖7為本專利技術提出的另一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即功率二極管與常規(guī)功率二極管的擊穿電壓比較圖；圖8為本專利技術提出的另一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即功率二極管與常規(guī)功率二極管反向擊穿時的表面電場比較圖；圖9為本專利技術提出的另一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即功率二極管與常規(guī)功率二極管反向擊穿時的表面電勢比較圖。圖中標號：1、襯底；2、埋層；3、P-漂移區(qū)；4、場氧層；5、源電極；6、柵電極；7、漏電極；8、N阱；9、N+接觸區(qū)；10、P+源區(qū)；11、P+漏區(qū)；12、固定界面電荷區(qū)；13、N-漂移區(qū)；14、陽極P+區(qū)；15、陰極N+區(qū)；16、陽極；17、陰極。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。實施例1：一種具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件即P型SOILDMOS器件，如圖2所示，包括襯底1、埋層2、P-漂移區(qū)3、場氧層4、源電極5、柵電極6、漏電極7、N阱8、N+接觸區(qū)9、P+源區(qū)10、P+漏區(qū)11和至少1個固定界面電荷區(qū)12。襯底1、埋層2、P-漂移區(qū)3和場氧層4自下而上依次疊置。其中P-漂移區(qū)3即為有源層。源電極5、柵電極6和漏電極7設置在場氧層4的兩側，其中源電極5和柵電極6位于場氧層4的左側，漏電極7位于場氧層4的右側。N阱8、N+接觸區(qū)9、P+源區(qū)10、P+漏區(qū)11位于P-漂移區(qū)3的上部，并與P-漂移區(qū)3的上表面接觸。固定界面電荷區(qū)12位于場氧層4的下部，并與場氧層4的下表面接觸。固定界面電荷區(qū)12為濃度大于等于1×1013cm-2的高濃度固定界面電荷區(qū)12。固定界面電荷區(qū)12通過離子注入方式注入到場氧層4中，且注入的離子為銫離子、碘離子、鈉離子、硼離子和/或硅離子。當固定界面電荷區(qū)12的個數(shù)為2個以上時，所有固定界面電荷區(qū)12的濃度和高度均相等，且這些固定界面電荷區(qū)12在場氧層4的下表面處呈水平間斷設置。每2個固定界面電荷區(qū)12之間的間距相等或不等。在本實施例中，每2個固定界面電荷區(qū)12之間的間距自左至右線性遞增，即最靠近場氧層4的左側即源電極5和柵電極6的2個固定界面電荷區(qū)12之間的間距最小，而最靠近場氧層4的右側即漏電極7的2個固定界面電荷區(qū)12之間的間距最大。在本實施例中，場氧層4為二氧化硅介質(zhì)。P-漂移區(qū)3的濃度設置為6E14/cm3。N阱8的濃度設置為1E17/cm3。P+漏區(qū)11、P+源區(qū)10和N+接觸區(qū)9的濃度均設置為1E18/cm3。固定界面電荷區(qū)12的面電荷密度為1E13本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件，包括場氧層(4)和有源層，場氧層(4)位于有源層之上；其特征在于：場氧層(4)內(nèi)設有至少1個固定界面電荷區(qū)(12)，該固定界面電荷區(qū)(12)位于場氧層(4)的下部，并與場氧層(4)的下表面即場氧層(4)和有源層的交界面相接觸；固定界面電荷區(qū)(12)為濃度大于等于1×10

【技術特征摘要】
1.具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件，包括場氧層(4)和有源層，場氧層(4)位于有源層之上；其特征在于：場氧層(4)內(nèi)設有至少1個固定界面電荷區(qū)(12)，該固定界面電荷區(qū)(12)位于場氧層(4)的下部，并與場氧層(4)的下表面即場氧層(4)和有源層的交界面相接觸；固定界面電荷區(qū)(12)為濃度大于等于1×1013cm-2的高濃度固定界面電荷區(qū)(12)。2.根據(jù)權利要求1所述的具有固定界面電荷場限環(huán)的功率器件，其特征在于：當固定界面電荷區(qū)(12)的個數(shù)為2個以上時，這些固定界面電荷區(qū)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李琦，文藝，李海鷗，首照宇，陳永和，楊年炯，李思敏，張法碧，高喜，傅濤，
申請(專利權)人：桂林電子科技大學，廣西科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西,45