基于平面S型结的耐高压元件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于平面S型结的耐高压元件，涉及半导体技术领域，其特征在于：至少包括：单晶硅片、位于单晶硅片上表面的第二导电类型轻掺层、位于第二导电类型轻掺层一端的第一导电类型重掺杂层、位于第二导电类型轻掺层另一端的第二导电类型重掺层、与第一导电类型重掺杂层连通的第一电极、与所述第二导电类型重掺层连通的第二电极；相邻两条导电类型轻掺层之间为第一绝缘层；每条导电类型轻掺层的两侧均为第一绝缘层；第二导电类型轻掺层、第一绝缘层、第一导电类型重掺杂层和第二导电类型重掺层位于同一平面内；第一电极平行于上述导电类型轻掺层；第二电极平行于上述导电类型轻掺层；位于所述平面上的第二绝缘层。

High voltage resistant components based on plane s-junction

【技术实现步骤摘要】
基于平面S型结的耐高压元件
本技术涉及半导体
，特别是涉及到一种基于平面S型结的耐高压元件。
技术介绍
根据泊松方程，电势空间变化梯度等于电场空间强度，电场空间变化梯度等于空间电荷浓度。对于一种需要承受电压的结构，其电极两端所能承受的最大电压受限于材料本身的临界电场，以及施加电压后其内部的电场分布。在通常的耐压结构设计中，电场线方向为某一特定的方向，欲获得更高的耐压，就需要更厚的材料。导致高耐压器件体积较大，材料成本较高。为电势，ρ为电荷密度，ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数。通过设计掺杂区与绝缘区的结构，使得电场线按照电势下降最快的方向即S型路径分布，通过扩展空间电荷区的长度，使电场线路径长度增加，可达到耐受高压的目的。传统的耐高压元件获得更大耐压特性的方法为改变材料的厚度或直接更换不同性质的材料，传统的方法存在几个缺点，一是耗尽区窄，容易形成区域性的电荷堆积，造成局部结温过高，容易导致击穿、漏电，同时会缩短器件的使用寿命；二是增加材料厚度，导致成本升高，同时也增加了器件工艺制作的难度。传统器件电场线如图1。半导体应用至今，许多专家和学者均致力于改善上述问题，通过不断的增加材料厚度或直接更换性能更好的材料试图获得更佳的耐压特性，但上述方法始终也只是通过改变材料自身的物理特性来达到更大承压的目的，并未高效地解决问题。
技术实现思路
本技术针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种基于平面S型结的耐高压元件，通过器件的内部结构来实现扩展耗尽区长度，进而达到衰减电场，耐受高压的目的，从而在相同的材料厚度下更为高效地达到了耐受更强的高压的目标，电场线成折叠的曲线。在PN结中通过增加电场线的路径，扩展耗尽区的长度，进而提高了器件的耐压特性。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：本技术的第一目的是提供一种基于平面S型结的耐高压元件，至少包括：单晶硅片(1013)，所述单晶硅片(1013)的厚度范围是400～600um；位于单晶硅片(1013)上侧的第二导电类型轻掺层(1022)；所述第二导电类型轻掺层(1022)包括M条相互平行的导电类型轻掺层，所述导电类型轻掺层为条形结构，其中：第N条导电类型轻掺层的尾部与第N+1条导电类型轻掺层的尾部连通；第N+1条导电类型轻掺层的头部与第N+2条导电类型轻掺层的头部连通；M为大于2的自然数，N为奇数；N小于M；每条导电类型轻掺层的两侧为第一绝缘层(1011)；位于第二导电类型轻掺层(1022)一端的第一导电类型重掺杂层(1021)；位于第二导电类型轻掺层(1022)另一端的第二导电类型重掺层(1023)；与所述第一导电类型重掺杂层(1021)连接的第一电极；与所述第二导电类型重掺层(1023)连接的第二电极；所述第二导电类型轻掺层(1022)、第一绝缘层(1011)、第一导电类型重掺杂层(1021)和第二导电类型重掺层(1023)位于同一平面内；所述第一电极平行于上述导电类型轻掺层；所述第二电极平行于上述导电类型轻掺层；位于所述平面上的第二绝缘层(1012)。进一步：上述第一导电类型重掺杂层(1021)为P型或N型或肖特基金属层。进一步：上述第二导电类型重掺层(1023)为P型或N型或肖特基金属层。进一步：所述第二导电类型轻掺层(1022)为P型或N型。进一步：上述第一电极和/或第二电极为Al或Ti或Ni或Ag或Cu或Au或W或多个组合。本技术具有的优点和积极效果是：通过采用上述技术方案，本技术通过改变掺杂层的工艺线宽、长度和周期，扩展耗尽区的等效长度，即可得到不同的耐压值。本技术中器件连接电极的部分具有重掺杂提供复合大量载流子以扩大耗尽层长度的功能，可以快速耗尽轻掺层自由载流子，扩展耗尽区长度的作用或器件连接电极的部分为肖特基金属，由于逸出功比半导体大，可以快速耗尽轻掺层自由载流子，扩展耗尽区长度；本技术通过控制掺杂的浓度和掺杂半导体材料的结构来扩展半导体内空间电荷区的长度，从而实现对电场线走向的控制，在有限的芯片长度上实现更宽的空间电荷区，以得到更大的耐受电压。不同于传统的耐压器件改变材料的厚度来获得高耐受电压，本专利可利用将基板间离子注入轻掺杂层，制作沟槽进行绝缘层的填充；或水平堆叠掺杂层和绝缘层，以形成等效的更宽的S型空间电荷区。S型平面导电通路连接侧壁电极(如TiNiCuAu等)，可达到更快的相应速度。附图说明：图1是传统器件电场线图；图2是本技术优选实施例的器件电场线图；图3是本技术优选实施例的结构图；图4是本技术图3的A-A截面图；图5是本技术图3的B-B截面图；图6是本技术图3的C-C截面图；图7是本技术步骤一得到的产品结构图；图8是本技术步骤二得到的产品结构图；图9是本技术步骤三得到的产品结构图；图10是本技术步骤五得到的产品结构图；图11是本技术步骤六得到的产品结构图；图12是本技术步骤七得到的产品结构图；图13是本技术步骤九得到的产品结构图；具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图2至图6所示，本技术公开了一种基于平面S型结的耐高压元件，包括：单晶硅片1013，所述单晶硅片的厚度范围是400～600um；位于单晶硅片1013上表面的第二导电类型轻掺层1022；所述第二导电类型轻掺层1022包括M条相互平行的导电类型轻掺层，所述导电类型轻掺层为条形结构，其中：第N条导电类型轻掺层的尾部与第N+1条导电类型轻掺层的尾部连通；第N+1条导电类型轻掺层的头部与第N+2条导电类型轻掺层的头部连通；M为大于2的自然数，N为奇数；N小于M；相邻两条导电类型轻掺层之间为第一绝缘层1011；每条导电类型轻掺层的两侧均为第一绝缘层1011；位于第二导电类型轻掺层1022一端的第一导电类型重掺杂层1021；位于第二导电类型轻掺层1022另一端的第二导电类型重掺层1023；与所述第一导电类型重掺杂层1021连通的第一电极；与所述第二导电类型重掺层1023连通的第二电极；所述第二导电类型轻掺层1022、第一绝缘层1011、第一导电类型重掺杂层1021和第二导电类型重掺层1023位于同一平面内；所述第一电极平行于上述导电类型轻掺层；所述第二电极平行于上述导电类型轻掺层；位于所述平面上的第二绝缘层1012。在上述优选实施例中：第二导电类型轻掺层1022的截面为矩形或梯形，第二导电类型轻掺层1022的底部可以是直线也可以是弧线；第一绝缘层1011的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅等；第二绝缘层1012的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平面S型结的耐高压元件，其特征在于：至少包括：/n单晶硅片(1013)，所述单晶硅片(1013)的厚度范围是400～600um；/n位于单晶硅片(1013)上侧的第二导电类型轻掺层(1022)；所述第二导电类型轻掺层(1022)包括M条相互平行的导电类型轻掺层，所述导电类型轻掺层为条形结构，其中：第N条导电类型轻掺层的尾部与第N+1条导电类型轻掺层的尾部连通；第N+1条导电类型轻掺层的头部与第N+2条导电类型轻掺层的头部连通；M为大于2的自然数，N为奇数；N小于M；每条导电类型轻掺层的两侧为第一绝缘层(1011)；/n位于第二导电类型轻掺层(1022)一端的第一导电类型重掺杂层(1021)；/n位于第二导电类型轻掺层(1022)另一端的第二导电类型重掺层(1023)；/n与所述第一导电类型重掺杂层(1021)连接的第一电极；/n与所述第二导电类型重掺层(1023)连接的第二电极；所述第二导电类型轻掺层(1022)、第一绝缘层(1011)、第一导电类型重掺杂层(1021)和第二导电类型重掺层(1023)位于同一平面内；所述第一电极平行于上述导电类型轻掺层；所述第二电极平行于上述导电类型轻掺层；/n位于所述平面上的第二绝缘层(1012)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于平面S型结的耐高压元件，其特征在于：至少包括：
单晶硅片(1013)，所述单晶硅片(1013)的厚度范围是400～600um；
位于单晶硅片(1013)上侧的第二导电类型轻掺层(1022)；所述第二导电类型轻掺层(1022)包括M条相互平行的导电类型轻掺层，所述导电类型轻掺层为条形结构，其中：第N条导电类型轻掺层的尾部与第N+1条导电类型轻掺层的尾部连通；第N+1条导电类型轻掺层的头部与第N+2条导电类型轻掺层的头部连通；M为大于2的自然数，N为奇数；N小于M；每条导电类型轻掺层的两侧为第一绝缘层(1011)；
位于第二导电类型轻掺层(1022)一端的第一导电类型重掺杂层(1021)；
位于第二导电类型轻掺层(1022)另一端的第二导电类型重掺层(1023)；
与所述第一导电类型重掺杂层(1021)连接的第一电极；
与所述第二导电类型重掺层(1023)连接的第二电极；所述第二导电类型轻掺层(1022...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘旭捷，曲迪，
申请(专利权)人：华慧高芯科技深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44