本发明专利技术涉及半导体功率器件技术领域，具体的说是涉及一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件。本发明专利技术基于全域积累概念，提出一种超低比导通电阻高压功率器件。该器件漂移区使用低掺杂并在引入跨过整个漂移区的全域薄层介质，设计使得器件关态时器件能承受高电压，开态时形成横跨整个漂移区的积累层，降低比导通电阻，缓解了器件比导通电阻与耐压的矛盾关系。本发明专利技术器件耐压时漂移区与栅极同时参与耐压，其较低掺杂保证器件纵向电场接近矩形分布，具有最佳的耐压性能。本发明专利技术尤其适用于高压功率器件。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及半导体功率器件
，具体的说是涉及一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件。本专利技术基于全域积累概念，提出一种超低比导通电阻高压功率器件。该器件漂移区使用低掺杂并在引入跨过整个漂移区的全域薄层介质，设计使得器件关态时器件能承受高电压，开态时形成横跨整个漂移区的积累层，降低比导通电阻，缓解了器件比导通电阻与耐压的矛盾关系。本专利技术器件耐压时漂移区与栅极同时参与耐压，其较低掺杂保证器件纵向电场接近矩形分布，具有最佳的耐压性能。本专利技术尤其适用于高压功率器件。【专利说明】一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件
本专利技术属于半导体功率器件
，具体的说是涉及一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件。
技术介绍
高压半导体功率器件使用全耗尽漂移区来承担反向高压，功率器件需要较低的漂移区掺杂浓度来实现高耐压。对纵向器件来说，当器件漂移区长度一定时，其掺杂浓度越低，耐压越高，因此介质层漂移区具有最大的关态耐压性能。另一方面，器件开态时漂移区参与导电，其导电载流子浓度等于关态时耗尽施主(N型漂移区)或者受主(P型漂移区)浓度，为降低器件比导通电阻，要求漂移区具有尽可能高的掺杂浓度。因此高压功率器件存在“硅极限”，其比导正比于耐压的2.5次方关系，以指数增加。功率器件“硅极限”出现的原因是器件关态决定漂移区电场分布的电离电荷浓度与开态时参与导电的自由载流子浓度一一对应。为了降低比导通电阻，一种U型栅器件被提出，其特点为U型槽栅跨过整个漂移区接触漏端高掺杂区域，器件开态时产生直接跨越漂移区的积累层。然而这种器件由于只有栅氧介质参与耐压，因此其耐压大小受到槽栅底部氧化层厚度的限制，一般应用于几十伏耐压的较低压领域。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述传统高压功率器件为获得高耐压而采用较低掺杂浓度的漂移区，致使器件比导通电阻增大的问题，提出一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件。 本专利技术的技术方案是，如图1所示，一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件，其特征在于，其元胞结构由全域栅结构I和漂移区结构2构成，其中全域栅结构I位于2个漂移区结构2之间，全域栅结构I与漂移区结构2之间通过第一介质层11和第二介质层22隔离；所述全域栅结构I包括第一漂移区35、位于第一漂移区35上层的第一 P型阱区21、位于第一漂移区35下层的第一 N型掺杂区33、位于第一 P型阱区21上层的P+源极接触区22和位于第一 N型掺杂区33下层的漏端接触P+区23 ;其中，P+源极接触区22上表面设置有栅极金属42 ;所述漂移区结构2包括第二漂移区32、位于第二漂移区32上层的第二 P型阱区20、位于第二漂移区32下层的第二 N型掺杂区30、位于第二 N型掺杂区30下层的漏端接触N+区34和位于第二 P型阱区20上层的P+源极接触区22与N+源极接触区31 ;所述P+源极接触区22与N+源极接触区31相互独立，P+源极接触区22与N+源极接触区31上表面设置有源极金属41，N+源极接触区31位于靠近全域栅结构I的一侧；所述P+源极接触区22与N+源极接触区31之间、第一 P型阱区21与第二 P型阱区20之间、第一漂移区35与第二漂移区32之间通过第一介质层11隔离；所述第一 N型掺杂区33与第二 N型掺杂区30之间、漏端接触P+区23与漏端接触N+区34之间通过第二介质层22隔离；所述漏端接触P+区23与漏端接触N+区34下表面设置有漏极金属43。 本专利技术结构的元胞可以多个并联，如图2所示，全域栅结构I可以由漏端第一 N型掺杂区33与漏极金属43形成的肖特基结构成。本专利技术提供的超低比导通电阻的全域积累型高压功率器件包括全域栅结构I和漂移区结构2。全域栅结构I与漂移区结构2的漂移区结构，共同构成器件高压耐压层，器件关态耐压时栅极金属42和源极金属41接地，漏极金属43加高电位，全域栅结构I中漂移区35和漂移区结构2中的漂移区32同时参与耐压，因漂移区掺杂浓度可以很低，因此器件反向可以耐高压，并且不受栅介质厚度限制。 本专利技术的有益效果为，可大幅降低器件比导通电阻，同时大大减小版图面积，仿真发现新器件结构比导通电阻比常规器件降低一个数量级，仅为同等耐压条件下超结器件比导通电阻的三分之一；同时器件耐压时漂移区纵向场接近矩形分布，提高器件耐压。 【专利附图】【附图说明】 图I是本专利技术的高压功率器件元胞结构示意图； 图2是本专利技术的集成多个元胞的器件结构示意图； 图3是本专利技术的由第一 N型掺杂区33和漏极金属43构成肖特基结的超低比导通电阻的全域积累型高压功率器件结构示意图； 图4是本专利技术的高压功率器件原理图； 图5是本专利技术的高压功率器件关态时体内等势线分布图； 图6是本专利技术的高压功率器件关态时体内电场三维分布图； 图7是本专利技术的高压功率器件开态时电流线分布图； 图8是本专利技术的高压功率器件开态时体内电子空穴分布图； 图9是本专利技术的高压功率器件的器件比导通电阻与击穿电压的关系示意图； 图10是本专利技术的采用倾斜第一介质层11的具有超低比导通电阻的全域积累型高压功率器件结构示意图； 图11是本专利技术的具有部分N型外延层51的积累型高压场效应晶体管器件结构示意图； 图12是本专利技术的具有部分积累栅与超结器件结合构成的积累型高压场效应晶体管器件结构示意图； 图13是本专利技术的具有超低比导通电阻的全域积累型的浅槽栅型高压场效应晶体管器件结构示意图； 图14是本专利技术的具有超低比导通电阻的全域积累型平面栅远离全域栅型高压场效应晶体管器件结构示意图； 图15是本专利技术的具有超低比导通电阻的全域积累型平面栅靠近全域栅型高压场效应晶体管器件结构示意图； 图16是本专利技术的具有超低比导通电阻的全域积累型的V型栅高压场效应晶体管器件结构示意图； 图17是本专利技术的具有超低比导通电阻的全域积累型的U型栅高压场效应晶体管器件结构示意图； 图18是本专利技术的具有超低比导通电阻的全域积累型高压功率器件的不同元胞排列方式示意图，图中G为全域栅所在的区域。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术进行详细的描述 本专利技术基于全域积累概念，提出一种超低比导通电阻高压功率器件。该器件漂移区使用低掺杂并在引入跨过整个漂移区的全域薄层介质，设计使得器件关态时器件能承受高电压，开态时形成横跨整个漂移区的积累层，降低比导通电阻，缓解了器件比导通电阻与耐压的矛盾关系。本专利技术器件耐压时漂移区与栅极同时参与耐压，其较低掺杂保证器件纵向电场接近矩形分布，具有最佳的耐压性能。器件开态时，通过对漏端反向PN结设计可以使得栅极电势高于漂移区且等势，从而形成横跨整个漂移区的积累层，积累层电荷浓度完全由所加栅压决定，而与漂移区掺杂浓度无关，因此从根本上打破了功率器件“硅极限”出现的条件。本专利技术可采用单个或多个元胞集成，大大减小版图面积。 如图1所示，本专利技术的元胞结构由全域栅结构I和漂移区结构2构成，其中全域栅结构I位于2个漂移区结构2之间，全域栅结构I与漂移区结构2之间通过第一介质层11和第二介质层22隔离；所述全域栅结构I包括第一漂移区35、位于第一漂移区35上层的第一 P型阱区21、位于第一漂移区35下层的第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有超低比导通电阻特性的高压功率器件，其特征在于，其元胞结构由全域栅结构(1)和漂移区结构(2)构成，其中全域栅结构(1)位于2个漂移区结构(2)之间，全域栅结构(1)与漂移区结构(2)之间通过第一介质层(11)和第二介质层(22)隔离；所述全域栅结构(1)包括第一漂移区(35)、位于第一漂移区(35)上层的第一P型阱区(21)、位于第一漂移区(35)下层的第一N型掺杂区(33)、位于第一P型阱区(21)上层的P+源极接触区(22)和位于第一N型掺杂区(33)下层的漏端接触P+区(23)；其中，P+源极接触区(22)上表面设置有栅极金属(42)；所述漂移区结构(2)包括第二漂移区(32)、位于第二漂移区(32)上层的第二P型阱区(20)、位于第二漂移区(32)下层的第二N型掺杂区(30)、位于第二N型掺杂区(30)下层的漏端接触N+区(34)和位于第二P型阱区(20)上层的P+源极接触区(22)与N+源极接触区(31)；所述P+源极接触区(22)与N+源极接触区(31)相互独立，P+源极接触区(22)与N+源极接触区(31)上表面设置有源极金属(41)，N+源极接触区(31)位于靠近全域栅结构(1)的一侧；所述P+源极接触区(22)与N+源极接触区(31)之间、第一P型阱区(21)与第二P型阱区(20)之间、第一漂移区(35)与第二漂移区(32)之间通过第一介质层(11)隔离；所述第一N型掺杂区(33)与第二N型掺杂区(30)之间、漏端接触P+区(23)与漏端接触N+区(34)之间通过第二介质层(22)隔离；所述漏端接触P+区(23)与漏端接触N+区(34)下表面设置有漏极金属(43)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张波，章文通，陈钢，乔明，李肇基，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。