一种功率半导体器件制造技术

本发明专利技术主要涉及功率半导体器件领域，提出了一种功率半导体器件结构。本结构包括功率半导体器件有源区和结终端区；通过在有源区内部填充HK材料降低有源区导通电阻，达到降低功率器件功耗的目的，同时HK材料耐压能力优于硅，可以减小有源区版图面积；在有源区外围或者外侧填充HK材料构造结终端区，优化功率器件边缘处电场分布，有效缓解了曲率效应，同时结终端区金属场板也能有效改善功率器件电势分布不均匀。本发明专利技术结终端区无需复杂结构设计，在现有工艺条件下制作方便，与当前功率器件结终端处理技术相比，只需通过引入HK材料，便能达到有效优化功率器件的边缘处电场分布的目的，使得功率半导体器件耐压值得到较大程度提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件设计领域，特别是涉及一种功率半导体器件。
技术介绍
在功率半导体器件发展进程中，功率器件的耐压能力是设计人员需要考虑一个重要参数。同时，在功率器件边缘处往往会发生电场聚集现象，导致功率器件的耐压值下降，为此人们通过一些边缘终端处理技术优化功率器件边缘处结构，达到提高功率器件耐压值的目的。在边缘终端处理技术中广泛使用的有场板技术和场限环技术，场板技术是通过改变功率器件表面电势分布使曲面结的曲率半径增大，弱化表面电场的集中，达到提高功率器件的耐压值的目的。场限环技术是通过在功率器件主结的周围形成统一掺杂的场环，增大结曲率半径，达到提高功率器件的耐压值的目的。但是场板技术提高功率器件耐压能力是有限的，场限环技术也存在边缘峰值电场，影响功率器件的耐压值，同时其结构复杂，设计难度大。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述问题，提出一种功率半导体器件结构，可以有效提高功率半导体器件耐压值。本专利技术采用的技术方案为:一种功率半导体器件，包括有源区I和结终端区II ;所述有源区I包括第一 N型掺杂区20、第二 N型掺杂区21、第一 P型掺杂区31和HK材料有源区40 ;所述HK材料有源区40和第二 N型掺杂区21沿器件横向方向交替排布构成类超结结构；所述第一 P型掺杂区31位于类超结结构的上表面；所述第一 N型掺杂区20位于类超结结构的下表面；所述结终端区II位于功率半导体器件有源区I外侧或者外围，其包括HK材料终端区41、第一 N型掺杂区20、第二 N型掺杂区21和第一 P型掺杂区31 ;所述第一 P型掺杂区31位于HK材料终端区41和第二 N型掺杂区21上方；所述第一 N型掺杂区20位于第二 N型掺杂区21之下；所述有源区I和结终端区II下表面具有第一金属电极101，第一金属电极101超出功率器件有源区I部分宽度稍大于HK材料终端区41厚度；所述有源区和终端区的上表面具有第二金属电极103。本专利技术中的HK (High Kappa)材料，是介电常数大于二氧化硅(K = 3.9)的介电材料的泛称。功率器件进行杂质扩散的过程中，扩散边缘处会不可避免的形成球面结或柱面结，使得掺杂区边角处电场聚集，功率器件则容易发生击穿现象，导致功率器件的耐压值下降。本专利技术通过在半导体器件边缘处填充HK材料，构成功率器件结终端。通过与现有结终端技术相比，本专利技术设计方便，结构简单，能够大幅提高功率器件的耐压能力。进一步的，所述HK材料有源区40贯穿第一 N型掺杂区20与第一金属电极101连接；所述HK材料终端区41贯穿第一 N型掺杂区20与第一金属电极101连接；所述终端区与有源区相连一侧的部分下表面与第一金属电极101连接。进一步的，所述HK材料有源区40贯穿第一 P型掺杂区31与第二金属电极103连接；所述HK材料终端区41贯穿第一 P型掺杂区31与第二金属电极103连接；所述终端区与有源区相连一侧的部分上表面与第二金属电极103连接。进一步的，所述结终端区远离有源区一端的上层具有第二 P型掺杂区32 ;所述第二 P型掺杂区32与第一 P型掺杂区31分别位于HK材料终端区41两侧；所述第二 P型掺杂区32的下表面与第二 N型掺杂区21的上表面连接。进一步的，所述第二金属电极103沿器件垂直方向延伸入HK材料终端区41中。进一步的，所述第二金属电极103向HK材料终端区41上层下凹形成凹槽，该凹槽的横截面图形为长方形或其它形状。本专利技术的有益效果为:使用HK材料构造功率半导体器件结终端区，增加功率器件边缘处电通量，有效缓解曲率效应；同时，本专利技术通过引入金属场板改善功率器件电势分布不均匀，使得功率器件无需复杂结构设计和特殊工艺，能够在现有工艺条件下方便制作，有效优化功率器件的边缘处电场分布，使功率器件耐压值得到较大提高，这些特点是传统结终端处理技术所不具备的。【附图说明】图1是本专利技术的实施例1的结构示意图；图2是本专利技术的实施例1的原理示意图；图3是本专利技术的实施例2的结构示意图；图4是本专利技术的实施例2的原理示意图；图5是本专利技术的实施例3的结构示意图；图6是本专利技术的实施例4的结构示意图；图7是本专利技术的一种实际应用方式示意图；图8是本专利技术的另一种实际应用方式示意图。【具体实施方式】本专利技术涉及一种功率器件设计方法，使用HK材料构造功率器件的结终端，同时在功率器件有源区内利用深沟槽填充技术制作HK材料区，达到增加功率器件耐压值的目的，所述的具体方法包括以下设计步骤:实施例1如图1所示，本实施例包括功率器件的有源区I和功率器件的结终端区II，制作功率器件有源区I时，在硅片衬底上制作第一N型掺杂区20，在其上方制作第二N型掺杂区21，利用深沟槽填充技术制作HK材料有源区40，其中第一 N型掺杂区20、第二 N型掺杂区21和HK材料有源区40沿器件横向方向交替排布构成类超结结构，在类超结结构上方构造第一 P型掺杂区31 ;功率器件结终端区II在器件有源区I外侧或者外围，利用深沟槽填充技术在第一 P型掺杂区31下方制作HK材料终端区41，同时制作第二 N型掺杂区21位于第一N型掺杂区20上方，且紧邻HK材料终端区41，其中第二 N型掺杂区21和第一 P型掺杂区31构成截止环；在硅片底部淀积一层金属薄膜，形成功率器件第一金属电极101 ;在硅片顶部淀积一层金属薄膜，形成功率器件第二金属电极103。本例的工作原理为:如图2所示，A点为功率器件有源区I中第一 P型掺杂区31与第二 N型掺杂区21构成PN结边缘点，B点为金属场板101与HK材料终端区41底部边缘接触点。功率器件在承受反向电压时，A点在金属场板103作用下，电通量增大，缓解其电场集聚现象，B点在金属场板101作用下电场聚集，则A点电场线集聚程度低于B点电场线集聚程度，则功率器件电场峰值点由A点转移到B点。结终端区II紧邻功率器件有源区I，HK材料的介电常数εΗΚ远大于硅的介电常数esl，由电位移边界条件eslEsl= ε ffiEHK可知，结终端区II中HK材料终端区41电场强度EHKg小于功率器件有源区I中电场强度E sl，同时HK材料耐压能力强于硅，故明显提高了功率器件耐压能力。实施例2如图3所示，本实施例包括功率器件的有源区I和功率器件的结终端区II，制作功率器件有源区I的过程中，在一块第一 N型掺杂区20衬底硅片上方构造第二 N型掺杂区21，在第二 N型掺杂区21上方构造第一 P型掺杂区31，利用深沟槽填充技术构造HK材料有源区40紧挨着第二 N型掺杂区21和第一 P型掺杂区31。功率器件结终端区II位于功率器件有源区I外侧或者外围，利用深沟槽填充技术构造HK材料终端区41，紧挨着功率器件有源区I，再制作第二 N型掺杂区21位于第一 N型掺杂区20上方，在第二 N型掺杂区21上方制作第二 P型掺杂区32，两者紧邻HK材料终端区41，且第二 N型掺杂区21和第二 P型掺杂区32构成截止环；在硅片底部淀积一层金属薄膜，形成功率器件第一金属电极101 ;在硅片顶部淀积一层金属薄膜，形成功率器件第二金属电极103，第二金属电极103超出功率器件有源区I部分宽度稍大于HK材料终端区41厚度。本例的工作原理为:如图4所示，A点为功率器件有源区I中第一 P型掺杂区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件，包括有源区和结终端区；所述有源区包括第一N型掺杂区(20)、第二N型掺杂区(21)、第一P型掺杂区(31)和HK材料有源区(40)；所述HK材料有源区(40)和第二N型掺杂区(21)沿器件横向方向交替排布构成类超结结构；所述第一P型掺杂区(31)位于类超结结构的上表面；所述第一N型掺杂区(20)位于类超结结构的下表面；所述结终端区位于功率半导体器件有源区外侧或者外围，其包括第一N型掺杂区(20)、第二N型掺杂区(21)、第一P型掺杂区(31)和HK材料终端区(41)；HK材料终端区(41)位于所述第一P型掺杂区(31)下方，且紧邻有源区中第一N型掺杂区(20)、第二N型掺杂区(21)；所述第一N型掺杂区(20)位于HK材料终端区(41)外侧或者外围，所述第二N型掺杂区(21)位于第一N型掺杂区(20)上方；所述有源区和终端区下表面具有第一金属电极(101)；所述有源区和终端区的上表面具有第二金属电极(103)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志刚，杨大力，王亚南，王冰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51