一种功率器件的终端结构及制备方法与流程

本发明涉及半导体器件领域，尤其是一种功率器件的终端结构及制备方法。

背景技术：

1、igbt是一种被广泛应用于新能源汽车、光伏、储能、轨道交通等领域的高压大功率器件，它很好的结合了mosfet高频率与bjt低导通压降的优点，在功率器件领域占据主要市场。igbt芯片主要由元胞区及终端区两部分组成，其中终端区设置有用于增加器件耐压的终端结构。目前，主要的终端结构包括场限环结构，场限环加场板结构、结型终端扩展(jte)结构，横向变掺杂结构(vld)等。其中jte结构因具有制作简单，所需面积小及制作工艺成熟等优点，在igbt中被广泛应用。

2、以n型衬底的igbt器件为例，jte结构一般包括p型掺杂区及位于p型掺杂区上的场板结构，p型掺杂区与n型衬底形成pn结。由于曲率效应，jte结构所形成的pn结末端会发生曲面弯曲，形成曲面结结构。曲面结在曲面弯曲处的电力线较集中，在相同的电压下，曲面弯曲处的电场强度大于理想平面结的电场强度，因此，曲率效应会影响jte结构的耐压效果。同时，jte结构中场板结构的末端也易聚集较强的表面电场，从而降低器件的耐压能力。

3、igbt的栅极结构主要包括沟槽栅和平面栅，且沟槽栅已逐步取代了平面栅。目前，高饱和电流、高沟道电流密度及小元胞尺寸的igbt器件已成为主流，但是不断缩小的沟槽尺寸及不断增加的沟槽密度会使晶圆应力增加，发生严重翘曲。这些应力主要是沟槽中的多晶硅在经历高温退火后发生晶变，造成晶体体积收缩引起的。晶圆翘曲会增加后续光刻对位偏差，影响器件参数。严重的晶圆翘曲还会造成机台设备报警，使晶圆无法使用，降低器件的制备良率。

技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种功率器件的终端结构及制备方法，本发明的技术方案如下：

2、一种功率器件的终端结构，位于第一导电类型衬底的终端区内，所述终端区环绕包围位于衬底中心区的有源区；

3、所述终端结构包括制备于衬底内的耐压单元及沟槽隔离单元，所述耐压单元至少包括第二导电类型终端耐压环，所述第二导电类型终端耐压环环绕包围所述有源区；

4、所述沟槽隔离单元包括若干个用于抑制曲率效应的第一类隔离沟槽，所述第一类隔离沟槽呈环形环绕包围有源区，且第一类隔离沟槽内填充有第一类绝缘介质；

5、所述耐压单元仅包括第二导电类型终端耐压环时，第二导电类型终端耐压环的第一侧和/或第二侧设置有第一类隔离沟槽，第一类隔离沟槽靠近第二导电类型终端耐压环的一侧与第二导电类型终端耐压环接触。

6、其进一步的技术方案为，所述耐压单元还包括第二导电类型终端扩展环，所述第二导电类型终端扩展环位于第二导电类型终端耐压环远离有源区的一侧；

7、所述第二导电类型终端扩展环与第二导电类型终端耐压环或第一类隔离沟槽接触；

8、所述第二导电类型终端扩展环环绕第二导电类型终端耐压环，且与第二导电类型终端耐压环呈同心分布。

9、其进一步的技术方案为，所述耐压单元包括第二导电类型终端耐压环及第二导电类型终端扩展环时，所述第一类隔离沟槽设置于第二导电类型终端耐压环靠近有源区的一侧，和/或第二导电类型终端扩展环远离有源区的一侧，和/或第二导电类型终端耐压环与第二导电类型终端扩展环之间；

10、所述第二导电类型终端耐压环和/或第二导电类型终端扩展环与对应第一类隔离沟槽的侧壁接触；

11、所述第一类隔离沟槽的槽深不小于第二导电类型终端耐压环及第二导电类型终端扩展环的结深。

12、其进一步的技术方案为，耐压单元及沟槽隔离单元上方覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层上方支撑有终端场板；

13、所述终端场板覆盖耐压单元且与耐压单元电连接，所述终端场板远离有源区的边缘位于耐压单元与衬底边缘之间。

14、其进一步的技术方案为，所述沟槽隔离单元还包括第二类隔离沟槽；

15、所述第二类隔离沟槽设置于耐压单元远离有源区的一侧，第二类隔离沟槽呈环形环绕有源区，且第二类隔离沟槽内填充有第二类绝缘介质；

16、所述第二类隔离沟槽与终端场板远离有源区的边缘交叠。

17、其进一步的技术方案为，所述第二导电类型终端耐压环的掺杂浓度不小于第二导电类型终端扩展环的掺杂浓度。

18、其进一步的技术方案为，所述有源区内包括若干平行排布的条形元胞沟槽，所述终端区内包括设置于有源区与耐压单元之间的应力平衡单元，所述应力平衡单元包括若干个应力沟槽；

19、所述应力沟槽为条形沟槽或环形沟槽，所述应力沟槽为条形沟槽时，应力平衡单元中的若干个应力沟槽在有源区与耐压单元之间平行排布，且平行方向与有源区内条形元胞沟槽的平行方向不同；

20、所述应力沟槽为环形沟槽时，应力平衡单元中的若干个应力沟槽在有源区与耐压单元之间且环绕所述有源区。

21、其进一步的技术方案为，所述应力沟槽中填充有第三类绝缘介质；

22、所述应力平衡单元包括一个以上的应力沟槽，且所述应力沟槽为环形沟槽时，所有应力沟槽呈同心分布。

23、其进一步的技术方案为，应力平衡单元中应力沟槽的槽深与沟槽隔离单元中第一类隔离沟槽的槽深相同，且通过同一工艺步骤形成。

24、其进一步的技术方案为，用于制备上述的功率器件终端结构，所述功率器件终端结构的制备方法包括：

25、提供第一导电类型的衬底，在衬底的终端区内制备终端结构，所述终端区环绕包围位于衬底中心区的有源区；

26、所述终端结构包括制备于衬底内的耐压单元及沟槽隔离单元，所述耐压单元至少包括第二导电类型终端耐压环，所述第二导电类型终端耐压环环绕包围所述有源区；

27、所述沟槽隔离单元包括若干个用于抑制曲率效应的第一类隔离沟槽，所述第一类隔离沟槽呈环形环绕包围有源区，且第一类隔离沟槽内填充有第一类绝缘介质；

28、所述耐压单元仅包括第二导电类型终端耐压环时，第二导电类型终端耐压环的第一侧和/或第二侧设置有第一类隔离沟槽，第一类隔离沟槽靠近第二导电类型终端耐压环的一侧与第二导电类型终端耐压环接触。

29、所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于n型功率器件，第一导电类型指n型，第二导电类型为p型；对于p型功率器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与n型器件相反。

30、本发明的有益技术效果是：

31、本发明在jte结构中增加了填充绝缘介质的第一类隔离沟槽，jte结构中的p型终端耐压环及p型终端扩展环与n型衬底形成pn结时，所述第一类隔离沟槽截断了pn结末端形成的曲面结弯曲，从而抑制了曲率效应，改善了pn结末端的电场集中现象。同时，在终端场板末端对应的衬底内设置了填充绝缘介质的第二类隔离沟槽，以避免场板末端处出现电场尖峰现象，增强了终端结构的耐压性、稳定性及可靠性。

32、此外，在有源区与耐压单元之间设置了应力平衡单元，所述应力平衡单元包括若干个应力沟槽，通过设置应力沟槽使晶圆不再受到单一方向的应力，能够调节晶圆的应力分布状态，从而降低晶圆的翘曲度，提高器件的制备良率。