超级结器件的终端保护结构的制作方法
超级结器件的终端保护结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超级结器件的终端保护结构，在电流流动区的各边外侧设置有长度方向和对应边垂直的交替排列的P型和N型薄层，在电流流动区的各角外侧为一过渡区，实现P型和N型薄层的连续交替排列，拐角区域的P型或N型薄层都为平行或垂直关系，且都和终端保护结构的其它区域的P型或N型薄层成平行或垂直关系，所以在沟槽中填充外延层形成P型或N型薄层时，能够实现终端保护结构各位置处的P型或N型薄层都为<100>晶向填充，从而能消除薄层中的空洞，降低器件的漏电。本发明通过设置一环绕于终端保护结构外侧的电荷辅助耗尽环，能提高P型或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽并能提高器件的源漏击穿电压以及性能。
【专利说明】超级结器件的终端保护结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种超级结器件的终端保护结构。
【背景技术】
[0002]超级结功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在普通双扩撒金属氧化物半导体(DMOS)的基础上,通过引入超级结(Super Junction)结构，除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、易电压控制、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了 DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。
[0003]超级结功率器件的一般都需要包括一终端保护结构，用于提高器件的耐压能力和可靠性。现有超级结器件的终端保护结构一般都为环形闭合结构，即终端保护结构是由围绕与超级结器件周围的闭合环组成，闭合环分为由N型薄层组成的闭合环和由P型薄层组成的闭合环，N型薄层和P型薄层呈交替排列结构。如图1所示的现有超级结器件的终端保护结构，超级结器件形成于N型外延层103上，包括位于中间区域的电流流动区101也即单元结构，终端保护结构环绕于电流流动区101的四周并呈闭环结构。电流流动区101呈一矩形结构，终端保护结构包括P型薄层102和N型薄层103a，P型薄层102和N型薄层103a都呈环状结构围绕在电流流动区101的四周，并从电流流动区101的外侧边缘开始N型薄层103a和P型薄层102依次往外交替排列。N型薄层103a和P型薄层102的环状结构也都呈矩形，但是在N型薄层103a和P型薄层102的环状结构的四个角的位置处都为圆弧形状,如虚线框104所示。P型薄层102是通过在沟槽中填充P型外延层形成，N型薄层103a直接由相邻P型薄层102之间的N型外延层103组成。由于P型薄层102的四个角落处存在圆弧，在圆弧处形成的沟槽的侧壁表面的晶面指数会不断变化，和硅衬底以及N型外延层103的表面的晶面指数不属于同一晶面族{100}，这样会使P型外延层在圆弧处的沟槽内的填充速率和其它区域的填充速率不一样，从而会在圆弧处的P型薄层102内形成空洞，从而导致漏电的发生。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件的终端保护结构，能消除P型薄层或N型薄层中的空洞，降低器件的漏电；还能提高P型薄层或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽，提高器件的源漏击穿电压以及性能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种超级结器件的终端保护结构，超级结器件包括电流流动区和终端保护结构；所述电流流动区包括由多个平行且长度相同的P型薄层和N型薄层横向交替排列结构，所述电流流动区的外周呈第一矩形结构；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的四周；所述终端保护结构包括两部分由P型薄层和N型薄层横向交替排列形成的结构。
[0006]第一部分结构由设置于所述第一矩形各边外侧的多个平行且长度相同的第一 P型薄层和第一 N型薄层横向交替排列形成，所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度方向和所对应的所述第一矩形边垂直，各所述第一矩形的边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的两侧的宽度边分别对齐并连成直线、且由各所述第一 P型薄层和各所述第一N型薄层的两侧的宽度边连成直线的两端点都分别和所对应的所述第一矩形边的两端点对齐。
[0007]第二部分结构设置于所述第一矩形的各角外侧，所述第二部分结构包括多个交替排列的P型薄层和N型薄层、且所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层形成P型薄层和N型薄层的连续交替排列结构，所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层为平行或垂直关系、且都和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层成平行或垂直关系。
[0008]进一步的改进是，位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层和第二 N型薄层横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层和第三N型薄层横向交替排列形成。
[0009]所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二 P型薄层和第二 N型薄层的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层和第三N型薄层和该第二边垂直。
[0010]所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构，所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构。
[0011]所述第一子部分的第二 P型薄层和第二 N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层和第三N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线。
[0012]所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。
[0013]进一步的改进是，位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一 P型薄层和第一 N型薄层横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第
一P型薄层和第一N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一 P型薄层或第一 N型薄层的长度边相交。[0014]进一步的改进是，所述电流流动区的P型薄层和N型薄层的深度和所述终端保护结构的P型薄层和N型薄层的深度相同，各所述P型薄层和所述N型薄层的深度越大，所述超级结器件的工作电压越大；所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度大于各所述P型薄层和所述N型薄层的深度，所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度越长，所述超级结器件的工作电压越大。
[0015]进一步的改进是，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度都相同，所述终端保护结构的各N型薄层的宽度都同，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度和载流子浓度的乘积等于所述终端保护结构的各N型薄层的宽度和载流子浓度的乘积。
[0016]进一步的改进是，在所述终端保护结构的外侧形成有围绕所述终端保护结构的电荷辅助耗尽环，所述电荷辅助耗尽环和各所述P型薄层和各所述N型薄层所位于的外延层掺杂类型相反；所述电荷辅助耗尽环为一连续线的环状结构、或者由多个断开的线段形成的环状结构，所述电荷辅助耗尽环的内侧边和各所述第一 P型薄层或各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边相接触、或相隔离。
[0017]进一步的改进是，各所述P型薄层是由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型薄层由位于各所述P型薄层之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族；或者，各所述N型薄层是由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型薄层由位于各所述N型薄层之间的所述P型外延层组成，所述P型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。
[0018]进一步的改进是，各所述P型薄层和各所述N型薄层位于N型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为P型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中；或者，各所述P型薄层和各所述N型薄层位于P型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为N型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中。
[0019]本发明的终端保护结构的四个拐角位置处的P型薄层或N型薄层都为平行或垂直关系，且都和终端保护结构的其它区域的P型薄层N型薄层成平行或垂直关系，所以在沟槽中填充外延层形成P型薄层或N型薄层时，能使各位置处的沟槽的底部表面和侧壁表面的晶面指数和形成于衬底上的外延层的晶面指数都属于相同的晶面族如{100}晶面族，这样能够实现终端保护结构各位置处的P型薄层或N型薄层都为〈100〉晶向填充，从而能消除P型薄层或N型薄层中的空洞，降低器件的漏电。
[0020]本发明还能在终端保护结构的P型薄层或N型薄层的外侧设置一环绕于P型薄层或N型薄层组成的交替排列结构外侧的电荷辅助耗尽环，该电荷辅助耗尽环能够减小终端保护结构的各薄层外侧的外延层对各薄层的影响，从而能提高P型薄层或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽，从而能够使用长度较短的薄层就能实现较高的耐压，能提高器件的源漏击穿电压以及性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0022]图1是现有超级结器件的终端保护结构的版图；[0023]图2是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的版图；
[0024]图3A-图3D是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的拐角处的四种版图；
[0025]图4是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的截面图；
[0026]图5是本发明实施例二超级结器件的终端保护结构的版图。
【具体实施方式】
[0027]如图2所示，是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的版图；本发明实施例一的超级结器件包括电流流动区I和终端保护结构。
[0028]所述电流流动区I包括由多个平行且长度相同的P型薄层和N型薄层横向交替排列结构，所述电流流动区I的外周呈第一矩形结构。
[0029]所述终端保护结构环绕于所述电流流动区I的四周；所述终端保护结构包括两部分由P型薄层和N型薄层横向交替排列形成的结构。
[0030]第一部分结构由设置于所述第一矩形各边外侧的多个平行且长度相同的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b横向交替排列形成，所述第一矩形的每条边的外侧所对应的第一部分结构如图2中的虚线框2所示。所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的长度方向和所对应的所述第一矩形边垂直，各所述第一矩形的边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的两侧的宽度边分别对齐并连成直线、且由各所述第一P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的两侧的宽度边连成直线的两端点都分别和所对应的所述第一矩形边的两端点对齐。
[0031]第二部分结构设置于所述第一矩形的各角外侧，所述第二部分结构包括多个交替排列的P型薄层和N型薄层、且所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层和第一部分结构的各所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b形成P型薄层和N型薄层的连续交替排列结构，所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层为平行或垂直关系、且都和第一部分结构的各所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b成平行或垂直关系。所述第一矩形的每个角的外侧所对应的第二部分结构位于如图2中的虚线框3所示区域中。图3A至图3D为虚线框3所对应的第二部分结构的四种版图结构。
[0032]如图3A所示，所述第二部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第一种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b横向交替排列形成。所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层4a和第三N型薄层4b和该第二边垂直。所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；所述第一子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 P型薄层3a，该第二 P型薄层3a和其长度方向相同的第一 N型薄层2b相接触从而使得所述第一子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；所述第二子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 P型薄层4a，该第二 P型薄层4a和其长度方向相同的第一 N型薄层2b相接触从而使得所述第二子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。所述第一子部分的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线。所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。具体为，所述第一子部分的最内侧的第二 P型薄层3a和位于第二边外侧且是靠近所述第一边一侧的最外侧的第一 N型薄层2b相交并呈L形即为垂直相交，所述第一子部分的中间的第二 N型薄层3b和所述第二子部分的最内侧的第三P型薄层4a相交并呈L形，所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a和所述第二子部分的中间的第三N型薄层4b相交并呈L形；所述第二子部分的最内侧的第三P型薄层4a和所述第一子部分的最内侧的第二P型薄层3a相交并呈L形，所述第二子部分的中间的第三N型薄层4b和所述第一子部分的中间的第二 N型薄层3b相交并呈L形，所述第二子部分的最外侧的第三P型薄层4a和所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a相交并呈L形。
[0033]如图3B所示，所述第二部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第二种版图结构，第二种版图结构和第一种版图结构的区别在于:第一种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相同，图3A中都是第一N型薄层2b ;第二种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相反，图3B中一个为第一 N型薄层2b、另一个为第一 P型薄层2a。第二种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b横向交替排列形成。所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层4a和第三N型薄层4b和该第二边垂直。所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；具体为，所述第一子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 P型薄层3a，该第二P型薄层3a和其长度方向相同的第一 N型薄层2b相接触从而使得所述第一子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。
[0034]所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；具体为，所述第二子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 N型薄层4b，该第二 N型薄层4b和其长度方向相同的第一 P型薄层2a相接触从而使得所述第一子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。
[0035]所述第一子部分的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线。
[0036]所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。具体为，所述第一子部分的最内侧的第二 P型薄层3a和位于第二边外侧且是靠近所述第一边一侧的最外侧的第一 P型薄层2a相交并呈L形即为垂直相交，所述第一子部分的中间的第
二N型薄层3b和所述第二子部分的最内侧的第三N型薄层4b相交并呈L形，所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a和所述第二子部分的中间的第三P型薄层4a相交并呈L形；所述第二子部分的最内侧的第三N型薄层4b和所述第一子部分的最内侧的第二 P型薄层3a相交并呈L形，所述第二子部分的中间的第三P型薄层4a和所述第一子部分的中间的第二 N型薄层3b相交并呈L形，所述第二子部分的最外侧的第三N型薄层4b和所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a相交并呈L形。
[0037]如图3C所示，所述第二部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第三种版图结构，第三种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相同，都是第一N型薄层2b。第三种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一 P型薄层或第一 N型薄层的长度边相交。
[0038]如图3D所示，所述第四部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第二种版图结构，第四种版图结构和第三种版图结构的区别在于:第二种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相反，图3D中一个为第一 N型薄层2b、另一个为第一 P型薄层2a。第四种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一P型薄层或第一N型薄层的长度边相交。
[0039]图3A至图3D中所示的四种拐角处的第二部分结构的版图能够分别单独采用，也能在同一终端保护结构中同时采用其中的两至四种不同的结构。
[0040]在所述终端保护结构的外侧形成有围绕所述终端保护结构的电荷辅助耗尽环5，所述电荷辅助耗尽环5和各所述P型薄层和各所述N型薄层所位于的外延层掺杂类型相反；所述电荷辅助耗尽环5为一连续线的环状结构，而在如图6所示的本发明第二实施例中所述电荷辅助耗尽环5为由多个断开的线段5a形成的环状结构。所述电荷辅助耗尽环5的内侧边和各所述第一 P型薄层2a或各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边相接触、或相隔尚。
[0041]如图4所示，是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的截面图；所述电流流动区I的P型薄层和N型薄层的深度H和所述终端保护结构的P型薄层和N型薄层的深度H相同，各所述P型薄层和所述N型薄层的深度H越大，所述超级结器件的工作电压越大；所述终端保护结构的所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的长度LI大于各所述P型薄层和所述N型薄层的深度H，所述终端保护结构的所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的长度LI越长，所述超级结器件的工作电压越大。所以当产品所要求的工作电压确定后，只要将长度LI和深度H的值设定为能够大于该工作电压的值即可，不必要刻意增加长度LI和深度H的值。
[0042]所述终端保护结构的各P型薄层的宽度Wp都相同，所述终端保护结构的各N型薄层的宽度Wn都同，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度Wp和载流子浓度的乘积等于所述终端保护结构的各N型薄层的宽度Wp和载流子浓度的乘积，即宽度Wp和宽度Wn的设置要符合电荷平衡原理，使得相邻的P型薄层和N型薄层的载流子数量相同，从而能够实现完全耗尽，宽度Wp和宽度Wn还要根据具体生产线工艺条件来修订，使得最后得到的相邻的P型薄层和N型薄层的载流子数量相同。
[0043]本发明实施例一中，各所述P型薄层是由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型薄层由位于各所述P型薄层之间的所述N型外延层组成；所述电荷辅助耗尽环5为P型环，所述电荷辅助耗尽环5由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中；所述N型外延层表面、各所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。在如图5所示的本发明实施例二中，各所述P型薄层和各所述N型薄层也都位于N型外延层中。在其它实施例中也能为:各所述N型薄层是由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型薄层由位于各所述N型薄层之间的所述P型外延层组成；所述电荷辅助耗尽环5为N型环，所述电荷辅助耗尽环5由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型外延层表面、各所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。由上可知，本发明实施例能使各位置处的沟槽的底部表面和侧壁表面的晶面指数和形成于衬底上的外延层的晶面指数都属于相同的晶面族如{100}晶面族，这样能够实现终端保护结构各位置处的P型薄层或N型薄层都为〈100〉晶向填充，从而能消除P型薄层或N型薄层中的空洞，降低器件的漏电。
[0044]如图4所述，位于所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的所述电荷辅助耗尽环5为P型环，所述电荷辅助耗尽环5的深度也为H，宽度为L2，长度为L3，通过所述电荷辅助耗尽环5围绕在终端保护结构的P型薄层或N型薄层的外侧，能够减少终端保护结构的各薄层外侧的N型外延层对各薄层的影响，从而能提高P型薄层或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽，从而能够使用长度较短的薄层就能实现较高的耐压，即为了得到相同的耐压，本发明实施例的所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的LI能够设置的比现有技术中的薄层长度更短，所以本发明能提高器件的源漏击穿电压以及性能。
[0045]以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种超级结器件的终端保护结构，超级结器件包括电流流动区和终端保护结构；所述电流流动区包括由多个平行且长度相同的P型薄层和N型薄层横向交替排列结构，所述电流流动区的外周呈第一矩形结构；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的四周；其特征在于:所述终端保护结构包括两部分由P型薄层和N型薄层横向交替排列形成的结构； 第一部分结构由设置于所述第一矩形各边外侧的多个平行且长度相同的第一P型薄层和第一 N型薄层横向交替排列形成，所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度方向和所对应的所述第一矩形边垂直，各所述第一矩形的边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的两侧的宽度边分别对齐并连成直线、且由各所述第一 P型薄层和各所述第一N型薄层的两侧的宽度边连成直线的两端点都分别和所对应的所述第一矩形边的两端点对齐； 第二部分结构设置于所述第一矩形的各角外侧，所述第二部分结构包括多个交替排列的P型薄层和N型薄层、且所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层形成P型薄层和N型薄层的连续交替排列结构，所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层为平行或垂直关系、且都和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层成平行或垂直关系。
2.如权利要求1所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层和第二 N型薄层横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层和第三N型薄层横向交替排列形成； 所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二P型薄层和第二 N型薄层的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层和第三N型薄层和该第二边垂直； 所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成`连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构，所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构； 所述第一子部分的第二 P型薄层和第二 N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层和第三N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线； 所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。
3.如权利要求1所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一P型薄层和第一N型薄层横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一P型薄层和第一N型薄层和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一P型薄层或第一N型薄层的长度边相交。
4.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:所述电流流动区的P型薄层和N型薄层的深度和所述终端保护结构的P型薄层和N型薄层的深度相同，各所述P型薄层和所述N型薄层的深度越大，所述超级结器件的工作电压越大；所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度大于各所述P型薄层和所述N型薄层的深度，所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度越长，所述超级结器件的工作电压越大。
5.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:所述终端保护结构的各P型薄层的宽度都相同，所述终端保护结构的各N型薄层的宽度都同，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度和载流子浓度的乘积等于所述终端保护结构的各N型薄层的宽度和载流子浓度的乘积。
6.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:在所述终端保护结构的外侧形成有围绕所述终端保护结构的电荷辅助耗尽环，所述电荷辅助耗尽环和各所述P型薄层和各所述N型薄层所位于的外延层掺杂类型相反；所述电荷辅助耗尽环为一连续线的环状结构、或者由多个断开的线段形成的环状结构，所述电荷辅助耗尽环的内侧边和各所述第一 P型薄层或各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边相接触、或相隔离。
7.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:各所述P型薄层是由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型薄层由位于各所述P型薄层之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族；或者，各所述N型薄层是由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型薄层由位于各所述N型薄层之间的所述P型外延层组成，所述P型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。
8.如权利要求6所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:各所述P型薄层和各所述N型薄层位于N型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为P型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中；或者，各所述P型薄层和各所述N型薄层位于P型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为N型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中。
【文档编号】H01L29/06GK103681841SQ201210337294
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】衷世雄 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司
【专利摘要】本发明公开了一种超级结器件的终端保护结构，在电流流动区的各边外侧设置有长度方向和对应边垂直的交替排列的P型和N型薄层，在电流流动区的各角外侧为一过渡区，实现P型和N型薄层的连续交替排列，拐角区域的P型或N型薄层都为平行或垂直关系，且都和终端保护结构的其它区域的P型或N型薄层成平行或垂直关系，所以在沟槽中填充外延层形成P型或N型薄层时，能够实现终端保护结构各位置处的P型或N型薄层都为<100>晶向填充，从而能消除薄层中的空洞，降低器件的漏电。本发明通过设置一环绕于终端保护结构外侧的电荷辅助耗尽环，能提高P型或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽并能提高器件的源漏击穿电压以及性能。
【专利说明】超级结器件的终端保护结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种超级结器件的终端保护结构。
【背景技术】
[0002]超级结功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在普通双扩撒金属氧化物半导体(DMOS)的基础上,通过引入超级结(Super Junction)结构，除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、易电压控制、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了 DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。
[0003]超级结功率器件的一般都需要包括一终端保护结构，用于提高器件的耐压能力和可靠性。现有超级结器件的终端保护结构一般都为环形闭合结构，即终端保护结构是由围绕与超级结器件周围的闭合环组成，闭合环分为由N型薄层组成的闭合环和由P型薄层组成的闭合环，N型薄层和P型薄层呈交替排列结构。如图1所示的现有超级结器件的终端保护结构，超级结器件形成于N型外延层103上，包括位于中间区域的电流流动区101也即单元结构，终端保护结构环绕于电流流动区101的四周并呈闭环结构。电流流动区101呈一矩形结构，终端保护结构包括P型薄层102和N型薄层103a，P型薄层102和N型薄层103a都呈环状结构围绕在电流流动区101的四周，并从电流流动区101的外侧边缘开始N型薄层103a和P型薄层102依次往外交替排列。N型薄层103a和P型薄层102的环状结构也都呈矩形，但是在N型薄层103a和P型薄层102的环状结构的四个角的位置处都为圆弧形状,如虚线框104所示。P型薄层102是通过在沟槽中填充P型外延层形成，N型薄层103a直接由相邻P型薄层102之间的N型外延层103组成。由于P型薄层102的四个角落处存在圆弧，在圆弧处形成的沟槽的侧壁表面的晶面指数会不断变化，和硅衬底以及N型外延层103的表面的晶面指数不属于同一晶面族{100}，这样会使P型外延层在圆弧处的沟槽内的填充速率和其它区域的填充速率不一样，从而会在圆弧处的P型薄层102内形成空洞，从而导致漏电的发生。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件的终端保护结构，能消除P型薄层或N型薄层中的空洞，降低器件的漏电；还能提高P型薄层或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽，提高器件的源漏击穿电压以及性能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种超级结器件的终端保护结构，超级结器件包括电流流动区和终端保护结构；所述电流流动区包括由多个平行且长度相同的P型薄层和N型薄层横向交替排列结构，所述电流流动区的外周呈第一矩形结构；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的四周；所述终端保护结构包括两部分由P型薄层和N型薄层横向交替排列形成的结构。
[0006]第一部分结构由设置于所述第一矩形各边外侧的多个平行且长度相同的第一 P型薄层和第一 N型薄层横向交替排列形成，所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度方向和所对应的所述第一矩形边垂直，各所述第一矩形的边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的两侧的宽度边分别对齐并连成直线、且由各所述第一 P型薄层和各所述第一N型薄层的两侧的宽度边连成直线的两端点都分别和所对应的所述第一矩形边的两端点对齐。
[0007]第二部分结构设置于所述第一矩形的各角外侧，所述第二部分结构包括多个交替排列的P型薄层和N型薄层、且所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层形成P型薄层和N型薄层的连续交替排列结构，所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层为平行或垂直关系、且都和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层成平行或垂直关系。
[0008]进一步的改进是，位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层和第二 N型薄层横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层和第三N型薄层横向交替排列形成。
[0009]所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二 P型薄层和第二 N型薄层的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层和第三N型薄层和该第二边垂直。
[0010]所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构，所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构。
[0011]所述第一子部分的第二 P型薄层和第二 N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层和第三N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线。
[0012]所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。
[0013]进一步的改进是，位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一 P型薄层和第一 N型薄层横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第
一P型薄层和第一N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一 P型薄层或第一 N型薄层的长度边相交。[0014]进一步的改进是，所述电流流动区的P型薄层和N型薄层的深度和所述终端保护结构的P型薄层和N型薄层的深度相同，各所述P型薄层和所述N型薄层的深度越大，所述超级结器件的工作电压越大；所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度大于各所述P型薄层和所述N型薄层的深度，所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度越长，所述超级结器件的工作电压越大。
[0015]进一步的改进是，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度都相同，所述终端保护结构的各N型薄层的宽度都同，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度和载流子浓度的乘积等于所述终端保护结构的各N型薄层的宽度和载流子浓度的乘积。
[0016]进一步的改进是，在所述终端保护结构的外侧形成有围绕所述终端保护结构的电荷辅助耗尽环，所述电荷辅助耗尽环和各所述P型薄层和各所述N型薄层所位于的外延层掺杂类型相反；所述电荷辅助耗尽环为一连续线的环状结构、或者由多个断开的线段形成的环状结构，所述电荷辅助耗尽环的内侧边和各所述第一 P型薄层或各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边相接触、或相隔离。
[0017]进一步的改进是，各所述P型薄层是由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型薄层由位于各所述P型薄层之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族；或者，各所述N型薄层是由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型薄层由位于各所述N型薄层之间的所述P型外延层组成，所述P型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。
[0018]进一步的改进是，各所述P型薄层和各所述N型薄层位于N型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为P型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中；或者，各所述P型薄层和各所述N型薄层位于P型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为N型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中。
[0019]本发明的终端保护结构的四个拐角位置处的P型薄层或N型薄层都为平行或垂直关系，且都和终端保护结构的其它区域的P型薄层N型薄层成平行或垂直关系，所以在沟槽中填充外延层形成P型薄层或N型薄层时，能使各位置处的沟槽的底部表面和侧壁表面的晶面指数和形成于衬底上的外延层的晶面指数都属于相同的晶面族如{100}晶面族，这样能够实现终端保护结构各位置处的P型薄层或N型薄层都为〈100〉晶向填充，从而能消除P型薄层或N型薄层中的空洞，降低器件的漏电。
[0020]本发明还能在终端保护结构的P型薄层或N型薄层的外侧设置一环绕于P型薄层或N型薄层组成的交替排列结构外侧的电荷辅助耗尽环，该电荷辅助耗尽环能够减小终端保护结构的各薄层外侧的外延层对各薄层的影响，从而能提高P型薄层或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽，从而能够使用长度较短的薄层就能实现较高的耐压，能提高器件的源漏击穿电压以及性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0022]图1是现有超级结器件的终端保护结构的版图；[0023]图2是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的版图；
[0024]图3A-图3D是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的拐角处的四种版图；
[0025]图4是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的截面图；
[0026]图5是本发明实施例二超级结器件的终端保护结构的版图。
【具体实施方式】
[0027]如图2所示，是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的版图；本发明实施例一的超级结器件包括电流流动区I和终端保护结构。
[0028]所述电流流动区I包括由多个平行且长度相同的P型薄层和N型薄层横向交替排列结构，所述电流流动区I的外周呈第一矩形结构。
[0029]所述终端保护结构环绕于所述电流流动区I的四周；所述终端保护结构包括两部分由P型薄层和N型薄层横向交替排列形成的结构。
[0030]第一部分结构由设置于所述第一矩形各边外侧的多个平行且长度相同的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b横向交替排列形成，所述第一矩形的每条边的外侧所对应的第一部分结构如图2中的虚线框2所示。所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的长度方向和所对应的所述第一矩形边垂直，各所述第一矩形的边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的两侧的宽度边分别对齐并连成直线、且由各所述第一P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的两侧的宽度边连成直线的两端点都分别和所对应的所述第一矩形边的两端点对齐。
[0031]第二部分结构设置于所述第一矩形的各角外侧，所述第二部分结构包括多个交替排列的P型薄层和N型薄层、且所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层和第一部分结构的各所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b形成P型薄层和N型薄层的连续交替排列结构，所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层为平行或垂直关系、且都和第一部分结构的各所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b成平行或垂直关系。所述第一矩形的每个角的外侧所对应的第二部分结构位于如图2中的虚线框3所示区域中。图3A至图3D为虚线框3所对应的第二部分结构的四种版图结构。
[0032]如图3A所示，所述第二部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第一种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b横向交替排列形成。所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层4a和第三N型薄层4b和该第二边垂直。所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；所述第一子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 P型薄层3a，该第二 P型薄层3a和其长度方向相同的第一 N型薄层2b相接触从而使得所述第一子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；所述第二子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 P型薄层4a，该第二 P型薄层4a和其长度方向相同的第一 N型薄层2b相接触从而使得所述第二子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。所述第一子部分的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线。所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。具体为，所述第一子部分的最内侧的第二 P型薄层3a和位于第二边外侧且是靠近所述第一边一侧的最外侧的第一 N型薄层2b相交并呈L形即为垂直相交，所述第一子部分的中间的第二 N型薄层3b和所述第二子部分的最内侧的第三P型薄层4a相交并呈L形，所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a和所述第二子部分的中间的第三N型薄层4b相交并呈L形；所述第二子部分的最内侧的第三P型薄层4a和所述第一子部分的最内侧的第二P型薄层3a相交并呈L形，所述第二子部分的中间的第三N型薄层4b和所述第一子部分的中间的第二 N型薄层3b相交并呈L形，所述第二子部分的最外侧的第三P型薄层4a和所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a相交并呈L形。
[0033]如图3B所示，所述第二部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第二种版图结构，第二种版图结构和第一种版图结构的区别在于:第一种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相同，图3A中都是第一N型薄层2b ;第二种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相反，图3B中一个为第一 N型薄层2b、另一个为第一 P型薄层2a。第二种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b横向交替排列形成。所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层4a和第三N型薄层4b和该第二边垂直。所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；具体为，所述第一子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 P型薄层3a，该第二P型薄层3a和其长度方向相同的第一 N型薄层2b相接触从而使得所述第一子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。
[0034]所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构；具体为，所述第二子部分最内侧的薄层为长度最长的第二 N型薄层4b，该第二 N型薄层4b和其长度方向相同的第一 P型薄层2a相接触从而使得所述第一子部分和所述对应的第一部分结构的P型薄层和N型薄层形成连续的交替排列结构。
[0035]所述第一子部分的第二 P型薄层3a和第二 N型薄层3b外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层4a和第三N型薄层4b外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层2a和各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边对齐并连成直线。
[0036]所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。具体为，所述第一子部分的最内侧的第二 P型薄层3a和位于第二边外侧且是靠近所述第一边一侧的最外侧的第一 P型薄层2a相交并呈L形即为垂直相交，所述第一子部分的中间的第
二N型薄层3b和所述第二子部分的最内侧的第三N型薄层4b相交并呈L形，所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a和所述第二子部分的中间的第三P型薄层4a相交并呈L形；所述第二子部分的最内侧的第三N型薄层4b和所述第一子部分的最内侧的第二 P型薄层3a相交并呈L形，所述第二子部分的中间的第三P型薄层4a和所述第一子部分的中间的第二 N型薄层3b相交并呈L形，所述第二子部分的最外侧的第三N型薄层4b和所述第一子部分的最外侧的第二 P型薄层3a相交并呈L形。
[0037]如图3C所示，所述第二部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第三种版图结构，第三种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相同，都是第一N型薄层2b。第三种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一 P型薄层或第一 N型薄层的长度边相交。
[0038]如图3D所示，所述第四部分结构在各角外侧的P型薄层和N型薄层的第二种版图结构，第四种版图结构和第三种版图结构的区别在于:第二种版图结构所对应的角落处的第一边和第二边最外侧的所述第一部分结构的薄层的掺杂类型相反，图3D中一个为第一 N型薄层2b、另一个为第一 P型薄层2a。第四种版图结构为:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层2a和第一 N型薄层2b平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一P型薄层或第一N型薄层的长度边相交。
[0039]图3A至图3D中所示的四种拐角处的第二部分结构的版图能够分别单独采用，也能在同一终端保护结构中同时采用其中的两至四种不同的结构。
[0040]在所述终端保护结构的外侧形成有围绕所述终端保护结构的电荷辅助耗尽环5，所述电荷辅助耗尽环5和各所述P型薄层和各所述N型薄层所位于的外延层掺杂类型相反；所述电荷辅助耗尽环5为一连续线的环状结构，而在如图6所示的本发明第二实施例中所述电荷辅助耗尽环5为由多个断开的线段5a形成的环状结构。所述电荷辅助耗尽环5的内侧边和各所述第一 P型薄层2a或各所述第一 N型薄层2b的外侧的宽度边相接触、或相隔尚。
[0041]如图4所示，是本发明实施例一超级结器件的终端保护结构的截面图；所述电流流动区I的P型薄层和N型薄层的深度H和所述终端保护结构的P型薄层和N型薄层的深度H相同，各所述P型薄层和所述N型薄层的深度H越大，所述超级结器件的工作电压越大；所述终端保护结构的所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的长度LI大于各所述P型薄层和所述N型薄层的深度H，所述终端保护结构的所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的长度LI越长，所述超级结器件的工作电压越大。所以当产品所要求的工作电压确定后，只要将长度LI和深度H的值设定为能够大于该工作电压的值即可，不必要刻意增加长度LI和深度H的值。
[0042]所述终端保护结构的各P型薄层的宽度Wp都相同，所述终端保护结构的各N型薄层的宽度Wn都同，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度Wp和载流子浓度的乘积等于所述终端保护结构的各N型薄层的宽度Wp和载流子浓度的乘积，即宽度Wp和宽度Wn的设置要符合电荷平衡原理，使得相邻的P型薄层和N型薄层的载流子数量相同，从而能够实现完全耗尽，宽度Wp和宽度Wn还要根据具体生产线工艺条件来修订，使得最后得到的相邻的P型薄层和N型薄层的载流子数量相同。
[0043]本发明实施例一中，各所述P型薄层是由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型薄层由位于各所述P型薄层之间的所述N型外延层组成；所述电荷辅助耗尽环5为P型环，所述电荷辅助耗尽环5由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中；所述N型外延层表面、各所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。在如图5所示的本发明实施例二中，各所述P型薄层和各所述N型薄层也都位于N型外延层中。在其它实施例中也能为:各所述N型薄层是由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型薄层由位于各所述N型薄层之间的所述P型外延层组成；所述电荷辅助耗尽环5为N型环，所述电荷辅助耗尽环5由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型外延层表面、各所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。由上可知，本发明实施例能使各位置处的沟槽的底部表面和侧壁表面的晶面指数和形成于衬底上的外延层的晶面指数都属于相同的晶面族如{100}晶面族，这样能够实现终端保护结构各位置处的P型薄层或N型薄层都为〈100〉晶向填充，从而能消除P型薄层或N型薄层中的空洞，降低器件的漏电。
[0044]如图4所述，位于所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的所述电荷辅助耗尽环5为P型环，所述电荷辅助耗尽环5的深度也为H，宽度为L2，长度为L3，通过所述电荷辅助耗尽环5围绕在终端保护结构的P型薄层或N型薄层的外侧，能够减少终端保护结构的各薄层外侧的N型外延层对各薄层的影响，从而能提高P型薄层或N型薄层电荷匹配能力、实现终端保护结构的良好耗尽，从而能够使用长度较短的薄层就能实现较高的耐压，即为了得到相同的耐压，本发明实施例的所述第一 P型薄层2a和所述第一 N型薄层2b的LI能够设置的比现有技术中的薄层长度更短，所以本发明能提高器件的源漏击穿电压以及性能。
[0045]以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种超级结器件的终端保护结构，超级结器件包括电流流动区和终端保护结构；所述电流流动区包括由多个平行且长度相同的P型薄层和N型薄层横向交替排列结构，所述电流流动区的外周呈第一矩形结构；所述终端保护结构环绕于所述电流流动区的四周；其特征在于:所述终端保护结构包括两部分由P型薄层和N型薄层横向交替排列形成的结构； 第一部分结构由设置于所述第一矩形各边外侧的多个平行且长度相同的第一P型薄层和第一 N型薄层横向交替排列形成，所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度方向和所对应的所述第一矩形边垂直，各所述第一矩形的边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的两侧的宽度边分别对齐并连成直线、且由各所述第一 P型薄层和各所述第一N型薄层的两侧的宽度边连成直线的两端点都分别和所对应的所述第一矩形边的两端点对齐； 第二部分结构设置于所述第一矩形的各角外侧，所述第二部分结构包括多个交替排列的P型薄层和N型薄层、且所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层形成P型薄层和N型薄层的连续交替排列结构，所述第二部分结构的P型薄层和N型薄层为平行或垂直关系、且都和第一部分结构的各所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层成平行或垂直关系。
2.如权利要求1所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构都包括两个子部分，第一子部分由多个平行且长度依次减少的第二 P型薄层和第二 N型薄层横向交替排列形成，第二子部分由多个平行且长度依次减少的第三P型薄层和第三N型薄层横向交替排列形成； 所述第一子部分和所对应的两个相邻边的第一边外侧的第一部分结构相接续、且第二P型薄层和第二 N型薄层的长度方向和该第一边垂直；所述第二子部分和所对应的两个相邻边的第二边外侧的第一部分结构相接续、且第三P型薄层和第三N型薄层和该第二边垂直； 所述第一子部分最内侧的薄层和所述第一边外侧的第一部分结构的在靠近所述第二边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成`连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构，所述第二子部分最内侧的薄层和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层掺杂类型相反形成连续的P型薄层和N型薄层交替排列结构； 所述第一子部分的第二 P型薄层和第二 N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第一边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线；所述第二子部分的第三P型薄层和第三N型薄层外侧的宽度边对齐、且和所述第二边所对应的各所述第一 P型薄层和各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边对齐并连成直线； 所述第一子部分的最内侧薄层的内侧的宽度边和所述第二边外侧的第一部分结构的在靠近所述第一边一侧的最外侧薄层的长度边相交并呈L形，所述第一子部分的最内侧薄层外的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第二子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形，所述第二子部分的各薄层的内侧的宽度边由内往外依次和所述第一子部分的由最内侧薄层开始往外的各薄层的长度边相交并都呈L形。
3.如权利要求1所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:位于所述第一矩形的各角外侧的所述第二部分结构由第一P型薄层和第一N型薄层横向交替排列形成，各角处的所述第二部分结构的第一P型薄层和第一N型薄层和对应角处的第一边外侧的所述第一部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层平行并形成连续的P型薄层和N型薄层的交替排列结构，各角处的所述第二部分结构的第一 P型薄层和第一 N型薄层的内侧的宽度边和对应角处的第二边外侧的所述第一部分结构的最外侧的第一P型薄层或第一N型薄层的长度边相交。
4.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:所述电流流动区的P型薄层和N型薄层的深度和所述终端保护结构的P型薄层和N型薄层的深度相同，各所述P型薄层和所述N型薄层的深度越大，所述超级结器件的工作电压越大；所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度大于各所述P型薄层和所述N型薄层的深度，所述终端保护结构的所述第一 P型薄层和所述第一 N型薄层的长度越长，所述超级结器件的工作电压越大。
5.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:所述终端保护结构的各P型薄层的宽度都相同，所述终端保护结构的各N型薄层的宽度都同，所述终端保护结构的各P型薄层的宽度和载流子浓度的乘积等于所述终端保护结构的各N型薄层的宽度和载流子浓度的乘积。
6.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:在所述终端保护结构的外侧形成有围绕所述终端保护结构的电荷辅助耗尽环，所述电荷辅助耗尽环和各所述P型薄层和各所述N型薄层所位于的外延层掺杂类型相反；所述电荷辅助耗尽环为一连续线的环状结构、或者由多个断开的线段形成的环状结构，所述电荷辅助耗尽环的内侧边和各所述第一 P型薄层或各所述第一 N型薄层的外侧的宽度边相接触、或相隔离。
7.如权利要求1或2或3所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:各所述P型薄层是由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中，所述N型薄层由位于各所述P型薄层之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族；或者，各所述N型薄层是由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中，所述P型薄层由位于各所述N型薄层之间的所述P型外延层组成，所述P型外延层表面、所述沟槽各表面都属于{100}晶面族。
8.如权利要求6所述的超级结器件的终端保护结构，其特征在于:各所述P型薄层和各所述N型薄层位于N型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为P型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的P型外延层组成，所述沟槽形成于N型外延层中；或者，各所述P型薄层和各所述N型薄层位于P型外延层中，所述电荷辅助耗尽环为N型环，所述电荷辅助耗尽环由填充于沟槽中的N型外延层组成，所述沟槽形成于P型外延层中。
【文档编号】H01L29/06GK103681841SQ201210337294
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】衷世雄 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司
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