功率器件、用于功率器件制造的光掩膜板及集成电路的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种功率器件、用于功率器件制造的光掩膜板及集成电路。


背景技术：

2.功率半导体器件是电力电子技术及应用装置的基础，是推动电力电子变换器发展的主要源泉。功率半导体器件处于现代电力电子变换器的心脏地位，对装置的可靠性、成本和性能起着十分重要的作用。
3.当功率半导体器件的反压漏电高时，会导致功率半导体器件失效而无法使用。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对功率半导体器件的反压漏电高的问题提供一种功率器件、用于功率器件制造的光掩膜板及集成电路。
5.第一方面，提供了一种功率器件，包括：
6.主结；
7.横向变掺杂终端；
8.其中该横向变掺杂终端最靠近该主结的位置与该主结的间距为第一预设距离，该第一预设距离大于或等于主结横向扩散尺寸，小于或等于5倍的主结横向扩散尺寸，该主结横向扩散尺寸为主结掺杂后的横向热扩散尺寸。
9.在其中一个实施例中，该主结横向扩散尺寸范围为1微米至25微米。
10.在其中一个实施例中，该功率器件还包括场氧层，该场氧层分布于该横向变掺杂终端上以及该横向变掺杂终端与该主结之间的衬底上。
11.在其中一个实施例中，该衬底具有第一导电类型，该横向变掺杂终端具有第二导电类型，该第一导电类型和第二导电类型为相反的导电类型。
12.在其中一个实施例中，该功率器件还包括截止环，该横向变掺杂终端设于该主结和截止环之间。
13.在其中一个实施例中，该横向变掺杂终端的掺杂浓度沿远离该主结的方向逐渐降低。
14.第二方面，提供了一种用于功率器件制造的光掩膜板，包括：
15.主结窗口显影区，用于形成该功率器件的主结的掺杂窗口；
16.终端窗口显影区，用于形成该功率器件的横向变掺杂终端的掺杂窗口；
17.其中，该终端窗口显影区最靠近该主结窗口显影区的位置和该主结窗口显影区的间距为第二预设距离，该第二预设距离大于或等于3倍的主结横向扩散尺寸，小于或等于7倍的主结横向扩散尺寸，该主结横向扩散尺寸为该功率器件的主结掺杂后的横向热扩散尺寸。
18.在其中一个实施例中，该主结的横向扩散区域的横向尺寸范围为1微米至25微米。
19.在其中一个实施例中，该光掩膜板用于形成场氧化层的刻蚀窗口。
20.第三方面，提供了一种集成电路，包括如上述第一方面任一项所述的功率器件。
21.上述功率器件横向变掺杂终端最靠近所述主结的位置与所述主结的间距满足第一预设距离，功率器件的反压漏电正常，功率器件可以正常使用。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为第一实施例中提供的一种功率器件的截面结构示意图；
24.图2为第二实施例提供的一种功率器件的截面结构示意图；
25.图3为第三实施例提供的一种功率器件的截面结构示意图；
26.图4为第四实施例提供的一种用于功率器件制造的光掩膜板的俯视结构示意图。
27.附图标记说明：100
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功率器件，102
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主结，104
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横向变掺杂终端，200
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衬底，202
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场氧层，204
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场板层，206
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钝化层，302
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截止环，400
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光掩膜板，402
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主结窗口显影区，404
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终端窗口显影区。
具体实施方式
28.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
30.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为p型且第二掺杂类型可以为n型，或第一掺杂类型可以为n型且第二掺杂类型可以为p型。
31.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关
系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
32.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
33.这里参考作为本实用新型的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述使用新型的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本实用新型的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本实用新型的范围。
34.请参阅图1，其示出了本技术第一实施例提供的一种功率器件的截面结构示意图。如图1所示，该功率器件100可以包括：主结102和横向变掺杂终端104。
35.可选的，通过在衬底的第一导电类型的外延层内形成具有重掺杂第一导电类型的主结102。一般的，横向变掺杂终端104通过渐变的掩膜窗口采用扩散或离子注入的方式加高温推进，形成的一个深度、宽度以及掺杂浓度均连续变化的掺杂分布，由于有效地增大了主结曲率半径及空间电荷区展宽，可以达到降低表面电场，提高耐压的目的。
36.本技术实施例不对横向变掺杂终端的掺杂浓度做限制，只要掺杂浓度满足所需即可。在本技术一个可选实施例中，横向变掺杂终端的掺杂浓度沿远离主结的方向逐渐降低。应说明的，如果横向变掺杂终端的掺杂浓度过高，峰值电场会出现在横向变掺杂终端边缘附近，造成器件的提前击穿。如果浓度过低，对表面电场的优化效果不明显，且靠近主结附近横向变掺杂终端表面处会发生击穿。
37.具体的，横向变掺杂终端104最靠近主结102的位置与主结102的间距为第一预设距离d1，第一预设距离d1大于或等于主结横向扩散尺寸d2，小于或等于5倍的主结横向扩散尺寸d2，即d2≤d1≤5*d2。该主结横向扩散尺寸d2为主结102掺杂后的横向热扩散尺寸。
38.应说明的，一般地，在形成主结和横向变掺杂终端的工艺中，需要将杂质原子通过氧化层窗口由表面向体内纵向扩散，形成主结和横向变掺杂终端。但是在纵向扩散的同时也会形成横向扩散。由于主结和横向变掺杂终端扩散时会形成曲面弧度，因此，如图1所示，横向变掺杂终端最靠近主结的位置与主结间距，是指主结与最靠近主结的横向变掺杂终端的水平位置处弧度的切线间距。
39.应说明的，如图1所示，主结横向扩散尺寸为形成主结而设计的开窗位置与主结水平位置处弧度的切线之间的距离。
40.应说明的，横向扩散尺寸与掺杂浓度、掺杂扩散温度及扩散时间强相关。具体的，横向扩散尺寸与掺杂浓度、掺杂扩散温度及扩散时间成指数正比关系。
41.在本技术一个可选实施例中，主结横向扩散尺寸范围可以为1微米至25微米。可选的，主结横向扩散尺寸为1微米、5微米、10微米、15微米、20微米或25微米。
42.上述功率器件设置了终端结构，可以缓解功率器件局部电场集中、改善器件可靠性及稳定性、提高表面耐压、使功率器件的实际击穿电压最大程度接近平行平面结的理想值。
43.进一步的，横向变掺杂终端实现了终端尺寸的小型化，相比于flr
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flp和结终端扩展(jte终端)，在满足相应反压参数的同时，能够大大降低成本。
44.功率器件横向变掺杂终端最靠近所述主结的位置与所述主结的间距满足第一预设距离，功率器件的反压漏电正常，功率器件可以正常使用。进一步的，在功率器件横向变掺杂终端最靠近所述主结的位置与所述主结的间距满足第一预设距离的情况下，功率器件的常温及高温反压和反压漏电优良，相比于一般终端结构，高温漏电为其他的终端类型的50％以下。
45.综上，当功率器件横向变掺杂终端最靠近所述主结的位置与所述主结的间距为第一预设距离时，既能节约功率器件的制备成本，又能实现高效能的功率器件终端结构。
46.请参照图2，其示出了本技术第二实施例提供的一种功率器件的截面结构示意图。如图2所示，上述实施例提供的功率器件100还可以包括：主结102、横向变掺杂终端104、衬底200。
47.对于主结102和横向变掺杂终端104的描述详见上文实施例，在此不再赘述。
48.在本技术一个可选实施例中，横向变掺杂终端的制备方法可以包括：
49.s202：提供第一导电类型衬底。
50.s204：在第一导电类型衬底上方形成第一导电类型外延层。
51.s206：在第一导电类型外延层掺入第二导电类型杂质，形成横向变掺杂终端结构。
52.如上述实施例所述，衬底具有第一导电类型，横向变掺杂终端具有第二导电类型。具体的，第一导电类型和第二导电类型为相反的导电类型。可选的，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型。可选的，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。
53.请继续参照图2，在本技术一个可选实施例中，上述功率器件100除了主结102、横向变掺杂终端104、衬底200，还可以包括场氧层202、场板层204。
54.具体的，场氧层202分布于横向变掺杂终端104上以及横向变掺杂终端104与主结102之间的衬底200上。场板层204可以分布于场氧层202上。可选的，所述场板层204可以包括多晶硅场板。
55.请继续参照图2，在本技术一个可选实施例中，上述功率器件100还可以包括钝化膜206。具体的，所述钝化膜206位于场氧层202上方。应说明的，在钝化层206在与场氧化层202有开孔的位置对应的位置处也开有通孔。可选的，钝化层可以包括二氧化硅、氮化硅和二氧化硅
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氮化硅复合材料中的一种或多种。
56.本技术实施例提供的具有钝化膜的功率器件，保护了功率器件表面不受污染物质的影响，在功率器件的场氧化层上提供保护，阻挡水蒸气深入和可动离子的迁移，降低半导体表面态密度，从而提高功率器件的可靠性和成品率。
57.请参照图3，其示出了本技术第三实施例提供的一种功率器件的截面结构示意图，如图3所示，上述实施例提供的功率器件100可以包括主结102、横向变掺杂终端104、衬底200、场氧层202、场板204和截止环302。
58.对于主结102、横向变掺杂终端104、衬底200、场氧层202、场板204的描述详见上文实施例，在此不再赘述。
59.具体的，横向变掺杂终端104设于主结102和截止环302之间，即将截止环302设置于横向变掺杂终端104远离主结102的一侧。可选的，在终端截止区上首先掺入第一导电类型杂质，然后再注入第二导电类型杂质形成截止环。应说明的上述实施例提供的衬底为第一导电类型衬底。上述实施例提供的截止环对功率器件进行接地，防止电荷累积损伤功率器件。
60.在本技术一个可选实施例中，请参照图4，其示出了本技术第四实施例提供的一种用于功率器件制造的光掩膜板400的俯视结构示意图，如图4所示，光掩膜板400可以包括：主结窗口显影区402和终端窗口显影区404。
61.具体的，主结窗口显影区402用于形成功率器件的主结的掺杂窗口，终端窗口显影区404用于形成功率器件的横向变掺杂终端的掺杂窗口。
62.具体的，终端窗口显影区404最靠近主结窗口显影区402的位置和主结窗口显影区402的间距为第二预设距离d3，第二预设距离d3大于或等于3倍的主结横向扩散尺寸，小于或等于7倍的主结横向扩散尺寸，主结横向扩散尺寸为功率器件的主结掺杂后的横向热扩散尺寸，即第二预设距离d3的范围为3*d2≤d3≤7*d2。
63.对于主结横向扩散尺寸的描述详见上文实施例，在此不再赘述。
64.在本技术一个可选实施例中，第二预设距离d3的范围可以为3*d2+d≤d3≤7*d2+d，其中d与横向变掺杂终端和主结的横向扩散距离的差值相关。由于第二预设距离的设计需要考虑主结的横向扩散距离、横向变掺杂终端的横向扩散距离，但是由于横向变掺杂终端和主结的掺杂浓度不同等原因，横向变掺杂终端和主结的横向扩散距离不同，上述实施例提供的第二预设距离d3包括d，提高了设计的精确度，进而提升了功率器件的性能。
65.利用本技术实施例提供的用于功率器件制造的光掩膜板制备的功率器件的常温及高温反压和反压漏电十分优良，相比一般光掩膜版制备的终端结构，用本技术实施例提供的光掩膜板制备的终端结构的高温漏电基本是其他终端类型50％以下。本技术实施例的光掩膜板的终端窗口显影区最靠近主结窗口显影区的位置和主结窗口显影区的间距满足第二预设距离，不仅使得制备功率器件的成本降低，而且实现了高效能的功率器件终端结构。
66.在本技术一个可选实施例中，主结横向扩散尺寸范围可以为1微米至25微米。可选的，主结横向扩散尺寸为1微米、5微米、10微米、15微米、20微米或25微米。
67.应说明的，横向扩散尺寸与掺杂浓度、掺杂扩散温度及扩散时间强相关。具体的，横向扩散尺寸与掺杂浓度、掺杂扩散温度及扩散时间成指数正比关系。因此，可以根据需要自由调整主结掺杂浓度、掺杂扩散温度以及扩散时间，以获得需要的主结横向扩散尺寸。
68.可选的，上述实施例提供的用于功率器件制造的光掩膜板还可以用于形成氧化层的刻蚀窗口。如上文实施例提供的功率器件还可以包括场氧层和场板层等结构，请参照图3，场板层204需要贯穿场氧层202与横向变掺杂终端104接触，为了制造具有如图3所示的功
率器件100，可以利用本技术实施例提供的光掩膜版形成场氧层的刻蚀窗口，进而形成接触孔，形成相应的功率器件100。
69.在本技术一个可选实施例中，提供了一种集成电路，该集成电路至少包括上文实施例提供的其中一种功率器件。
70.上述实施例的集成电路包括上文实施例提供的功率器件，相对于一般的集成电路，该集成电路的制造成本降低，且常温及高温反压和反压漏电优良。
71.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
72.上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
73.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。