一种可提高耐压的局部非平衡超结结构制造技术

本发明专利技术涉及一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，属于功率半导体器件技术领域，该超结结构包括若干P型柱区和若干N型外延区，所述P型柱区和所述N型外延区交替分布；所述P型柱区和所述N型外延区的一端面与P型掺杂的阳极相连，所述P型柱区和所述N型外延区的另一端面与N型掺杂的阴极相连，所述P型柱区和所述M型外延区均分为两个部分区域；靠近P型掺杂的阳极的P型柱区的一半部分掺杂浓度高于P型柱区的另一半部分，靠近N型掺杂的阴极的N型外延区的一半部分掺杂浓度高于N型外延区的另一半部分。本发明专利技术的有益效果为可以增大超结的耐压性能。

A local non-equilibrium over loading structure for increasing compression resistance

The invention relates to a non equilibrium pressure can improve the local super junction structure, which belongs to the technical field of power semiconductor devices, the super junction structure includes a plurality of P type column and a plurality of N epitaxial region, P region of the column type and the N type epitaxial region distributed alternately; one end of the anode and P doped P the column type and the N type epitaxial region is connected to the cathode, another end and N doped region of the P column and the N type epitaxial region is connected to the P region of the column type and the M type epitaxial region is divided into two parts; P column area near the anode P doped the half part of the doping concentration is higher than that of the P column, the other half part, N epitaxial region near the cathode N doped the half part of the other part is higher than the doping concentration of N epitaxial region. The beneficial effect of the invention is that the voltage resistance of the junction can be increased.

【技术实现步骤摘要】
一种可提高耐压的局部非平衡超结结构
本专利技术属于功率半导体器件的
，尤其涉及一种可提高耐压的局部非平衡超结结构。
技术介绍
目前，超结结构现已被广泛应用在各种功率器件中，它的基本原理是电荷平衡原理，通过在普通功率器件的漂移区中引入超结结构，改善了导通电阻和耐压之间的制约关系(Ron∝BV1.3)，可同时实现低通态功耗和高阻断电压，因而在高能效功率系统中获得了广泛的应用。尤其是超结VDMOS是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件，它在普通垂直双扩散金属氧化物半导(VDMOS)基础上，引入超结结构(Superjunction)。基本的超结结构如图1所示，为交替相间的P柱和N柱，P柱和N柱浓度一致，且严格满足电荷平衡条件。在反向偏压下，由于横向电场和纵向电场的相互作用，P柱区和N柱区将完全耗尽，耗尽区内纵向电场分布趋于均匀，通过P型柱对N型柱内多余载流子进行补偿，临界电场在漂移区内的分布从原来的三角形分布变为矩形分布，如图2所示。在以电场大小为纵轴、以超结结构纵向距离参数为横坐标的二维笛卡尔坐标系内，所围成的面积大大增加；采用超结结构在减小导通电阻的同时还能够提高VDMOS的耐压，解决了传统VDMOS的导通电阻和耐压之间不可调和的矛盾关系，使得VDMOS导通电阻和耐压之间关系由Ron∝BV2.5变为Ron∝BV1.33，从而打破了硅极限。中国专利技术专利CN201510330405.6提出了一种超结结构及其刻蚀方法及具有该超结结构的场效应晶体管，用多晶硅代替超结结构中插入外延层中的P柱或N柱，在外延层与多晶硅之间制备一定厚度的氧化层，并且氧化层厚度随沟槽深度增大而增大，沟槽内填充多晶硅，多晶硅和栅极短接，由于沟槽内的多晶硅和栅极短接，导通时氧化层的侧墙结构附近产生低阻沟道，存在横向电场的横向耗尽和插入，降低了器件的导通电阻，截止时，由于PN结的存在，增大了器件的耐压性，该结构省去了超结器件中PN柱严格的掺杂浓度匹配要求，不需要进行多次外延或注入，在工艺上更方便简单，具有很强的操作性，降低了制造成本。中国专利技术专利CN201210009183.4提出一种超结器件的非平衡结终端结构，在结终端区设置若干个掺杂浓度不同的均匀P柱，根据各处的横向电场分布情况从版图设计上进行相应调整P柱的有效离子注入面积，使达到击穿电压时P柱区完全耗尽，所有P柱均是在P柱掩膜板掩膜下同时注入，从而控制了结终端区的各P柱的受主离子总量，并通过多次外延多次离子注入之后进行长时间高温推结形成掺杂浓度不同的几个均匀的P柱；有效地改善结终端器件的击穿电压特性，并且具有较短的结终端长度，使得器件的总体器件面积得到缩小，在相同的芯片面积上进一步减小了器件导通电阻。综上所述，现有技术中的超结结构如何进一步提高耐压的问题，具体的如何进一步在以电场大小为纵轴、以超结结构纵向距离参数为横坐标的二维笛卡尔坐标系内提高临界电场在漂移区内的分布面积的问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，克服现有技术中的超结结构如何进一步提高耐压的问题，具体的如何进一步在以电场大小为纵轴、以超结结构纵向距离参数为横坐标的二维笛卡尔坐标系内提高临界电场在漂移区内的分布面积的问题，提供一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，通过改变PN柱掺杂浓度从而使电场与距离在二维笛卡尔坐标系内所围成的面积加大，实现了超结结构耐压性能的提高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，该超结结构包括若干P型柱区和若干N型外延区，所述P型柱区和所述N型外延区交替分布；所述P型柱区和所述N型外延区的一端面与P型掺杂的阳极相连，所述P型柱区和所述N型外延区的另一端面与N型掺杂的阴极相连，所述P型柱区和所述M型外延区均分为两个部分区域；靠近P型掺杂的阳极的P型柱区的一半部分掺杂浓度高于P型柱区的另一半部分，靠近N型掺杂的阴极的N型外延区的一半部分掺杂浓度高于N型外延区的另一半部分。进一步的，所述P型柱区的掺杂剂量之和与所述N型外延区的掺杂剂量之和相等。进一步的，所述P型柱区与所述N型外延区的材料均采用SiC-4H。进一步的，所述P型柱区包括第一P型掺杂区和第二P型掺杂区，所述第一P型掺杂区的下端面和所述第二P型掺杂区的上端面相连，所述第一P型掺杂区的上端面与P型掺杂的阳极相连，所述第二P型掺杂区的下端面与N型掺杂的阴极相连。进一步的，所述第一P型掺杂区的掺杂浓度高于所述第二P型掺杂区的掺杂浓度。进一步的，所述N型外延区包括第一N型掺杂区和第二N型掺杂区，所述第一N型掺杂区的下端面和所述第二N型掺杂区的上端面相连，所述第一N型掺杂区的上端面与所述P型掺杂的阳极相连，所述第二N型掺杂区的下端面与所述N型掺杂的阴极相连。进一步的，所述第一N型掺杂区的掺杂浓度小于所述第二N型掺杂区的掺杂浓度。进一步的，所述第一N型掺杂区的掺杂浓度与所述第二P型掺杂区的掺杂浓度相等。进一步的，于所述第二N型掺杂区的掺杂浓度与所述第一P型掺杂区的掺杂浓度相等。本专利技术为了解决上述问题，克服现有技术中的超结结构如何进一步提高耐压的问题，具体的如何进一步在以电场大小为纵轴、以超结结构纵向距离参数为横坐标的二维笛卡尔坐标系内提高临界电场在漂移区内的分布面积的问题，提供一种基于可提高耐压的局部非平衡超结结构的半导体器件，通过超结结构中改变PN柱掺杂浓度从而使电场与距离在二维笛卡尔坐标系内所围成的面积加大，实现了半导体器件耐压性能的提高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于可提高耐压的局部非平衡超结结构的半导体器件，该半导体器件包括所述可提高耐压的局部非平衡超结结构；该半导体器件的元胞结构包括N型掺杂的阴极，所述N型掺杂的阴极的下端面设有金属化电极，所述N型掺杂的阴极的上端面设有所述可提高耐压的局部非平衡超结结构，所述可提高耐压的局部非平衡超结结构的上端面设有P型掺杂的阳极，所述P型掺杂的阳极的上端面设有金属化源极电极。本专利技术工作原理：在本专利技术的一种可提高耐压的局部非平衡超结结构的整体区域中，靠近P型掺杂的阳极的P型柱区的一半部分掺杂浓度高于靠近N型掺杂的阴极的P型柱区的另一半部分，靠近N型掺杂的阴极的N型外延区的一半部分掺杂浓度高于靠近P型掺杂的阳极的N型外延区的另一半部分，相比于传统超结结构，在PN柱中间部分，等效形成一个新的P/N结，此等效PN结在电压反偏时会形成一个新的峰值，抬高此处的电场。其主要作用在与提高超结区域中部纵向电场的大小，优化超结内电场分布，从而提高器件耐压。以PN柱内的电场大小为纵坐标、超结结构纵向距离参数为横坐标的二维笛卡尔坐标系内，电场和横轴所围成的面积增大，从而提高了超结结构的耐压。本专利技术的一种基于可提高耐压的局部非平衡超结结构的半导体器件，在传统半导体器件的基础上引入所述可提高耐压的局部非平衡超结结构，进一步提高了半导体器件的耐压能力，在以电场大小为纵轴、以超结结构纵向距离参数为横坐标的二维笛卡尔坐标系内，所围成的面积大大增加，其耐压能力较现有的半导体器件大大增加。本专利技术的有益效果：1.本专利技术的一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，通过对交替相间的PN柱的掺杂浓度的改变，来优化超结的体内场，实现更大的耐压。具体为在保持NP柱两侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，其特征是：该超结结构包括若干P型柱区和若干N型外延区，所述P型柱区和所述N型外延区交替分布；所述P型柱区和所述N型外延区的一端面与P型掺杂的阳极相连，所述P型柱区和所述N型外延区的另一端面与N型掺杂的阴极相连，所述P型柱区和所述M型外延区均分为两个部分区域；靠近P型掺杂的阳极的P型柱区的一半部分掺杂浓度高于P型柱区的另一半部分，靠近N型掺杂的阴极的N型外延区的一半部分掺杂浓度高于N型外延区的另一半部分。

【技术特征摘要】
1.一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，其特征是：该超结结构包括若干P型柱区和若干N型外延区，所述P型柱区和所述N型外延区交替分布；所述P型柱区和所述N型外延区的一端面与P型掺杂的阳极相连，所述P型柱区和所述N型外延区的另一端面与N型掺杂的阴极相连，所述P型柱区和所述M型外延区均分为两个部分区域；靠近P型掺杂的阳极的P型柱区的一半部分掺杂浓度高于P型柱区的另一半部分，靠近N型掺杂的阴极的N型外延区的一半部分掺杂浓度高于N型外延区的另一半部分。2.如权利要求1所述的一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，其特征是：所述P型柱区的掺杂剂量之和与所述N型外延区的掺杂剂量之和相等。3.如权利要求1所述的一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，其特征是：所述P型柱区与所述N型外延区的材料均采用SiC-4H。4.如权利要求1所述的一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，其特征是：所述P型柱区包括第一P型掺杂区和第二P型掺杂区，所述N型外延区包括第一N型掺杂区和第二N型掺杂区。5.如权利要求4所述的一种可提高耐压的局部非平衡超结结构，其特征是：所述第一P型掺杂区的下端面和所述第二P型掺杂区的上端面相连，所述第一P型掺杂区的上端面与P型掺杂的阳极相连，所述第二P型掺杂区的下端面与N型掺杂的阴极相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓鲲，杜少杰，陈延湖，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37