[发明专利]一种横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法

说明书

本发明提供一种横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法，终端结构包括所述重掺杂第一导电类型半导体衬底1、所述第一导电类型半导体漂移区2和所述第二导电类型半导体终端区3。而它的制备方法也较为简单，先在所述第一导电类型半导体漂移区2上生长牺牲氧化层，然后关键步骤是根据最优的注入窗口宽度分布函数a(x_n)制作掩膜版，下一步进行光刻以及刻蚀，最后对光刻出来的离子注入窗口进行注入以及高温退火，形成所述第二导电类型半导体终端区3。本发明提出了优化模型对横向变掺杂的终端窗口进行设计，使终端区得到与有源区距离成反比的杂质浓度分布，从而优化了终端区表面电场，提高了终端的耐压。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种横向变掺杂终端结构及设计方法和制备方法。

背景技术

功率半导体器件由元胞区域和终端区域组成，元胞区域的设计影响器件的阈值电压、导通电阻、电容、击穿电压等参数，终端区的设计主要影响器件的击穿电压。场限环和场板是最常用的终端结构，当器件的耐压要求较高时，场限环以及场板的数量随之增加，并且随着场限环数量增加，终端承受的耐压会趋于饱和，场限环及场板的数量增加使耐压的增量越来越小，在很大程度上会浪费芯片面积。在结终端延伸的技术基础上，研究者在1985年提出了利用多个渐变扩散窗口，通过离子注入技术以及高温推进，形成硅表面掺杂浓度渐变的横向变掺杂(Variation of Lateral Doping,VLD)终端结构。

VLD终端结构电势分布均匀，调节离子注入窗口的大小可有效调节掺杂结深以及掺杂的平滑，同时相比场限环加场板的终端结构大大提高了终端区域的面积利用率。VLD终端在设计过程中，关键问题和难点在于VLD的杂质浓度分布方式，若VLD终端末端电荷量过大，耐压时不能保证完全耗尽，多余的终端电荷产生较大的电场峰值，导致击穿点转移到VLD终端外侧，发生提前击穿；同理，当靠近主结的VLD终端部分电荷量过小时，无法为主结提供足够的电荷补偿，不能有效解决主结曲率效应造成的表面电场增大问题，使得击穿仍然发生在主结表面，耐压得不到提高。因此只有合适的杂质浓度分布才能发挥VLD终端最大的耐压作用。但是，对于VLD终端结构的设计，通常是采用仿真软件反复进行仿真迭代的方法，效率较低，且难于达到最优设计。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种横向变掺杂终端结构掩膜版窗口宽度设计的新方法，通过优化掩膜开口大小，进一步优化VLD终端的杂质浓度分布，从而获得更加均匀的终端表面电场分布，使器件击穿电压提高，且设计效率也得到很大的提升。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种横向变掺杂终端结构，包括重掺杂第一导电类型半导体衬底1、重掺杂第一导电类型半导体衬底1上表面的第一导电类型半导体漂移区2、第一导电类型半导体漂移区2上表面的第二导电类型半导体终端区3；所述第一导电类型半导体漂移区2的掺杂浓度为N_D，以所述第二导电类型半导体终端区3的靠近有源区4一侧的起始位置为坐标原点，以所述第二导电类型半导体终端区3上表面为x轴，以靠近器件有源区4一侧、指向远离器件有源区4一侧为x轴正方向，第二导电类型半导体终端区3中某一点x的掺杂浓度C(x)满足：

其中d为第二导电类型半导体终端区3的厚度，r为终端耗尽区最大深度，R为耗尽区边界所构成的圆弧半径，h为耗尽区边界所构成的圆弧的圆心到第二导电类型半导体终端区3的距离。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种所述的一种横向变掺杂终端结构的设计方法，采用如下设计流程，包括步骤：