[发明专利]一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及受可动离子沾污影响的硅制高压功率器件，特别适用于硅制超结纵向双扩散金属氧化物场效应晶体管(Superjunction VDMOS,即超结VDMOS，一下均简写为超结VDMOS)，更具体的说，涉及一种在高温反偏条件下具有高可靠性的硅制超结VDMOS的终端结构。

背景技术

目前，功率器件在日常生活、生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由于它们拥有较快的开关速度、较小的驱动电流、较宽的安全工作区，因此受到了众多研究者们的青睐。如今，功率器件正向着提高工作电压、增加工作电流、减小导通电阻和集成化的方向发展。超结的发明是功率金属氧化物半导体场效应晶体管技术上的一个里程碑。

功率器件不仅在国防、航天、航空等尖端技术领域倍受青睐，在工业，民用家电等领域也同样为人们所重视。随着功率器件的日益发展，其可靠性也已经成为人们普遍关注的焦点。功率器件为电子设备提供所需形式的电源和电机设备提供驱动，几乎一切电子设备和电机设备都需用到功率器件，所以对器件可靠性的研究有着至关重要的意义。

可靠性的定义是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。所谓规定的条件，主要指使用条件和环境条件。使用条件是指那些将进入到产品或材料内部而起作用的应力条件，如电应力、化学应力和物理应力。可靠性试验的范围非常广泛，其目的是为了考核电子元器件等电子产品在储存、运输和工作过程中可能遇到各种复杂的机械、环境条件。

由于功率器件的应用场合，高温高压条件下的可靠性性显得尤为重要，高温反偏(High Temperature Reverse bias,HTRB)测试正是为了评估功率芯片在高温反偏条件下的使用寿命以及可靠性所进行的一种可靠性测试；在高温高压条件下由封装引入的可动离子(主要是纳离子)会有一定几率穿过功率器件芯片的钝化层和介质层进入到硅与二氧化硅的界面，这些可动离子会改变功率器件的硅表面电场分布使器件的耐压退化。因此，降低功率器件在高温反偏测试下的耐压敏感度有着极其重要的意义。

通过在超结VDMOS的终端结构硅表面设置可动离子阻断结构能够抑制可动离子由超结VDMOS的终端结构区域向芯片中心区域移动。一方面，可动离子阻断结构能够隔断氧化层，切断可动离子移动的路径；另一方面，由场板构成的可动离子阻断结构能够感应出与可动离子极性相反极性的电荷，补偿可动离子，确保硅表面的电场不受可动离子的影响。

发明内容

本发明提供一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，所涉及的结构能够隔断氧化层，切断可动离子扩散的路径，终端表面电势分布更为均匀；抑制浮空场板末端的峰值电场，提高超结VDMOS芯片在高温反偏工作条件下的可靠性。

本发明采用如下技术方案：

一种带浮空场板的超结金属氧化物场效应管终端结构，包括：兼做漏区的N型重掺杂硅衬底、过渡区I及终端区II，在N型重掺杂硅衬底的下表面设置有漏极金属，在N型重掺杂硅衬底的上表面设有N型掺杂硅外延层，在N型掺杂硅外延层内设有过渡区I及终端区II且终端区II位于过渡区I外部，在过渡区I内设有过渡区I的超结结构，在终端区II内设有终端区II的超结结构，所述的超结结构包括P型掺杂硅柱状区域和N型掺杂硅柱状区域，P型掺杂硅柱状区域和N型掺杂硅柱状区域交替排列，在过渡区I内设有P型掺杂半导体区且P型掺杂半导体区与过渡区I的内边界相邻，在N型掺杂硅外延层上设有N型重掺杂半导体区且N型重掺杂半导体区位于终端区II的外部，在N型掺杂硅外延层的上方设有氧化层，在P型掺杂半导体区的上方设有过渡区多晶硅层且过渡区多晶硅层位于氧化层内，在过渡区多晶硅层上电连接有第一金属场板，且所述第一金属场板向外覆盖到过渡区I内的最外侧的P型掺杂柱状半导体区上方，在终端区II的超结结构中的各个N型掺杂硅柱状区域的上方分别设有终端区多晶硅层且终端区多晶硅层位于氧化层内，各个终端区多晶硅层分别向过渡区I延伸并分别止于与各个N型掺杂硅柱状区域相邻的P型掺杂柱状半导体区的上方，在各个终端区多晶硅层上电连接有第二金属场板，且最外侧的第二金属场板以外的其他第二金属场板向终端区II的外边界延伸并止于下一块终端区多晶硅层的上方，最外侧的第二金属场板向终端区II的外边界延伸并越过与其相连的终端区多晶硅层，所述的终端区多晶硅层覆盖了半个P型掺杂硅柱状区域和与其相邻的至少半个N型掺杂硅柱状区域。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：