[发明专利]一种半导体器件多级场板终端结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种终端结构，尤其涉及一种半导体器件多级场板终端结构及其制造方法。

背景技术

IGBT（绝缘栅双极晶体管）同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，在几十千赫高压中大电流器件中处于垄断地位，促进电力电子技术高频时代的到来。

在IGBT制造工艺过程中，扩散是在光刻掩膜开窗口后进行，p-n结中间近似于平面结，而在边角处，在Si-SiO2的界面附近，由于氧化层中带正电荷会吸引电子在Si表面集中导致Si表面N型区表面浓度升高，进而导致耗尽层在表面处相比于内部变窄，p-n结发生弯曲,电场强度比体内高，容易发生击穿，使得器件实际击穿电压只有理想情况的10%-30%；而且平面工艺使表面产生的缺陷和离子沾污降低了表面区域的临界击穿电场。因此必须采取一定的终端技术对表面电场进行优化，以达到提高表面击穿电压的目的。

已开发的终端结构有表面成形技术、电场限制环(FLR)、场板技术、结表面扩展等，这些结构实际上起到将主结耗尽区向外展宽的作用，最终提高击穿电压。其中场板结构因为其可以采用常规工艺实现，终端面积小，对界面电荷不是很敏感等优点，是一种常被采用的结构，其中英飞凌公司四级台阶多级场板终端结构非常成熟，已经市场化多年，而市场上未见过五级台阶多级场板终端结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种半导体器件多级场板终端结构，另一目的是提供半导体器件多级场板终端结构的制造方法，该结构终端为五个台阶，终端面积小，对界面电荷不敏感，可以突破国外四台阶多级场板结构专利的封锁；在场氧化膜中间及隔离氧化膜和SiO₂薄膜之间设置SiO_xN_y层，，在工艺控制上可以作为腐蚀阻挡层，降低对工艺精度的要求，操作简单，其次由于SiO_xN_y具有良好的致密性，有较强的阻止外部杂质离子侵入的能力，可以提高器件的稳定性和可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种半导体器件多级场板终端结构，所述多级场板终端结构为阶梯结构，用于IGBT和快恢复二极管FRD半导体功率器件中，其改进之处在于，所述多级场板终端结构包括衬底区表面的栅极氧化膜1和场氧化膜层2、沉积在栅极氧化膜1和场氧化膜层2上的多晶硅栅极3、沉积在场氧化膜层2上的隔离氧化膜4以及沉积在隔离氧化膜4上的SiO₂薄膜5；在场氧化膜层2中间及隔离氧化膜4和SiO₂薄膜5之间设置SiO_xN_y（其中x、y依据实际试验确定）层，所述SiO_xN_y层为腐蚀阻挡层。

优选的，所述栅极氧化膜1和场氧化膜层2均生长在衬底6上，所述衬底6为N-衬底。

优选的，所述场氧化膜层2通过两次光刻、腐蚀形成两个台阶，第一次光刻并腐蚀采用热氧化方式生成的场氧化膜层2，其厚度为0.5-0.8um；第二次光刻并腐蚀采用淀积方式形成的场氧化膜层2，其厚度为0.7-1.0um；在两种不同生长方式生成的场氧化膜层之间设置SiO_xN_y层。

优选的，所述栅极氧化膜1通过热氧化方式生长，其厚度为0.09-0.12um。

优选的，所述SiO₂薄膜5采用化学气相淀积方式生成，厚度为4.0-5um。

优选的，所述SiO_xN_y层均用于阻止外部杂质离子侵入多级场板终端结构，厚度均为0.12um。

本发明基于另一目的提供的一种半导体器件多级场板终端结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括下述步骤：

A、清洗衬底6，在有源区和终端连接处设置P型保护环（简称P Ring环），并对P型保护环进行光刻、注入；

B、在衬底6上采用热氧化方式生成场氧化膜层2，并对场氧化膜层2进行第一次光刻、腐蚀；

C、在第一次光刻、腐蚀场氧化膜层2后依次生成SiO_xN_y层、场氧化层2；

D、对场氧化膜层2进行第二次光刻、腐蚀；

E、在衬底6上生成栅极氧化膜1并对其进行刻蚀；

F、在栅极氧化膜1和场氧化膜层2上生成多晶硅栅极3，并对多晶硅栅极3进行刻蚀；