一种具有隔离式分压层的抗辐照功率半导体器件制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件，其含有中间层、分压层和隔离区，所述中间层起到截止电场的作用，所述分压层能在截止态下遭受高能粒子辐照时起到承受电压的作用，所述隔离区能使所述分压层的承受电压的作用更佳，避免所述半导体器件的动态雪崩击穿。所述半导体器件具有抗辐照特性和高可靠性。辐照特性和高可靠性。辐照特性和高可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有隔离式分压层的抗辐照功率半导体器件


[0001]本专利技术属于半导体器件，特别是功率半导体器件。

技术介绍

[0002]功率半导体器件是电能转换应用中的核心元器件。在宇宙空间环境以及高海拔地区中，功率半导体器件会遭受宇宙射线的辐照。单粒子失效是功率半导体器件最重要的辐照失效机制，其表现为功率半导体器件的永久性损伤使其短路或断路。通过功率半导体器件的抗辐照设计，可以有效的提高其抗单粒子失效的能力。目前，硅功率半导体器件已经在宇宙空间环境和高海拔地区下得到了应用，其抗辐照设计具有一定的成熟度，但仍有提升的空间。宽禁带功率半导体器件的单粒子失效问题较为严重。比如，在高于30%的额定击穿电压值的反偏电压下，碳化硅功率半导体器件遭粒子入射时就会发生退化甚至失效。宽禁带功率半导体器件的抗辐照设计也仍需改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种抗辐照的功率半导体器件，与普通功率半导体器件相比，本专利技术提供的抗辐照功率半导体器件可以有效地抑制单粒子失效。
[0004]参考图1
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3，本专利技术提供一种半导体器件，其元胞结构包括：至少一个顶部区30，一个耐压层（20，或21及22），至少一个中间层12、一个底部区40和至少一个隔离区50，其特征在于，所述顶部区30的底部平面与所述耐压层（20，或21及22）的顶部平面直接接触，所述耐压层（20，或21及22）的底部平面与所述中间层12的顶部平面以及所述隔离区50的顶部平面均直接接触；所述中间层12与所述隔离区50在水平方向上交替排列；所述中间层12以及所述隔离区50的底部平面与所述底部区40的顶部平面之间含有一个分压层11；所述分压层11与所述中间层12直接接触或通过至少一个连接区13间接接触；当所述分压层11与所述中间层12通过所述连接区13间接接触时，所述隔离区50将所述连接区13分隔为多个区域；所述底部区40的底部平面至少有一部分与第一导体1直接接触，所述顶部区30的顶部平面至少有一部分与第二导体2直接接触；所述顶部区30由第一导电类型的半导体材料和/或第二导电类型的半导体材料构成；所述耐压层（20，或21及22）由第一导电类型的漂移区20构成或由超结区（21及22）构成，所述超结区（21及22）由水平方向上交替排列的第一导电类型的柱状区21和第二导电类型的柱状区22构成；所述中间层12、所述分压层11以及所述连接区13的掺杂类型均为第一导电类型；所述连接区13的平均掺杂浓度高于所述分压层11的平均掺杂浓度；当所述耐压层（20，或21及22）由第一导电类型的漂移区20构成时，所述中间层12的平均掺杂浓度高于所述第一导电类型的漂移区20的平均掺杂浓度；当所述耐压层（20，或21及22）由超结区（21及22）构成
时，所述中间层12的平均掺杂浓度高于所述第一导电类型的柱状区21的平均掺杂浓度；所述隔离区50的掺杂类型为第一导电类型或第二导电类型；当所述隔离区50的掺杂类型为第一导电类型时，所述隔离区50的平均掺杂浓度低于所述中间层12的平均掺杂浓度；所述底部区40由第一导电类型的半导体材料和/或第二导电类型的半导体材料构成。
[0005]参考图4
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6，所述半导体器件中含有PiN二极管元胞和/或肖特基二极管元胞和/或结势垒肖特基二极管元胞和/或混合PiN肖特基二极管元胞；所述底部区40由第一种重掺杂的第一导电类型的半导体区41构成，所述第一导体1与所述第一种重掺杂的第一导电类型的半导体区41直接接触形成欧姆接触并连接至阴极K；在所述PiN二极管元胞中，所述顶部区30由第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区31构成，所述第二导体2与所述第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区31直接接触形成欧姆接触并连接至阳极A；在所述肖特基二极管元胞中，所述顶部区30有着与所述第一导电类型的漂移区20或所述第一导电类型的柱状区21相同的掺杂类型和掺杂浓度，从而与所述第一导电类型的漂移区20或所述第一导电类型的柱状区21连通为同一个区；所述第二导体2与所述第一导电类型的漂移区20或所述第一导电类型的柱状区21直接接触形成肖特基接触并连接至阳极A；在所述结势垒肖特基二极管元胞和所述混合PiN肖特基势垒二极管元胞中，所述顶部区30由第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区31构成，所述第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区31被所述第一导电类型的漂移区20或所述第一导电类型的柱状区21隔离为多个区域，所述第二导体2与所述第一导电类型的漂移区20或所述第一导电类型的柱状区21直接接触形成肖特基接触并连接至阳极A，所述第二导体2与所述第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区31直接接触形成欧姆接触并连接至阳极A。
[0006]参考图7
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8，所述半导体器件含有双极型晶体管元胞和/或晶闸管元胞；所述顶部区30由第一种第二导电类型的基区32构成，所述第一种第二导电类型的基区32中含有至少一个第二种重掺杂的第二导电类型的半导体区33，所述第一种第二导电类型的基区32与至少一个第二种重掺杂的第一导电类型的半导体区34直接接触，所述第二导体2与所述第二种重掺杂的第二导电类型的半导体区33直接接触形成欧姆接触并连接至基极B，所述第二种重掺杂的第一导电类型的半导体区34的顶部平面覆盖有第三导体3形成欧姆接触并连接至低电位电极E。
[0007]在所双极型晶体管元胞中，所述底部区40由第一种重掺杂的第一导电类型的半导体区41构成，所述第一导体1与所述第一种重掺杂的第一导电类型的半导体区41直接接触形成欧姆接触并连接至高电位电极C；在所述晶闸管元胞中，所述底部区40由第二导电类型的集电区42和第一导电类型的缓冲区43构成，所述第一导电类型的缓冲区43的底部平面与所述第二导电类型的集电区42的顶部平面直接接触，所述第二导电类型的集电区42的底部平面与第一导体1直接接触形成欧姆接触并连接至高电位电极C。
[0008]参考图9
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12，所述半导体器件含有金属
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氧化物
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半导体场效应晶体管元胞和/或绝缘栅双极型晶体管元胞；所述顶部区30由第二种第二导电类型的基区35构成，所述第二种第二导电类型的基区35中含有至少一个第三种重掺杂的第二导电类型的半导体区37，所述第二种第二导电类型的基区35与至少一个第三种重掺杂的第一导电类型的半导体区36，所述第二导体2与所述第三种重掺杂的第二导电类型的半导体区37以及所述第三种重掺杂的第一导电类型的半导体区36均直接接触形成欧姆接触并连接至低电位电极（S或E）；所述元胞结构中含有至少一个栅极结构（61和4），所述栅极结构（61和4）由一个栅极绝缘介质层61和一个栅极导体区4构成，所述栅极结构（61和4）为平面栅结构或槽栅结构；所述栅极绝缘介质层61与所述第一导电类型的漂移区20或所述第一导电类型的柱状区21直接接触，并与所述第二种第二导电类型的基区35和所述第三种重掺杂的第一导电类型的半导体区36直接接触；所述栅极导体区4与所述栅极绝缘介质层61直接接触，并通过所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其元胞结构包括：至少一个顶部区、一个耐压层、至少一个中间层、一个底部区和至少一个隔离区，其特征在于，所述顶部区的底部平面与所述耐压层的顶部平面直接接触，所述耐压层的底部平面与所述中间层的顶部平面以及所述隔离区的顶部平面均直接接触；所述中间层与所述隔离区在水平方向上交替排列；所述中间层以及所述隔离区的底部平面与所述底部区的顶部平面之间含有一个分压层；所述分压层与所述中间层直接接触或通过至少一个连接区间接接触；当所述分压层与所述中间层通过所述连接区间接接触时，所述隔离区将所述连接区分隔为多个区域；所述底部区的底部平面至少有一部分与第一导体直接接触，所述顶部区的顶部平面至少有一部分与第二导体直接接触；所述顶部区由第一导电类型的半导体材料和/或第二导电类型的半导体材料构成；所述耐压层由第一导电类型的漂移区构成或由超结区构成，所述超结区由水平方向上交替排列的第一导电类型的柱状区和第二导电类型的柱状区构成；所述中间层、所述分压层以及所述连接区的掺杂类型均为第一导电类型；所述连接区的平均掺杂浓度高于所述分压层的平均掺杂浓度；当所述耐压层由第一导电类型的漂移区构成时，所述中间层的平均掺杂浓度高于所述第一导电类型的漂移区的平均掺杂浓度；当所述耐压层由超结区构成时，所述中间层的平均掺杂浓度高于所述第一导电类型的柱状区的平均掺杂浓度；所述隔离区的掺杂类型为第一导电类型或第二导电类型；当所述隔离区的掺杂类型为第一导电类型时，所述隔离区的平均掺杂浓度低于所述中间层的平均掺杂浓度；所述底部区由第一导电类型的半导体材料和/或第二导电类型的半导体材料构成。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件中含有PiN二极管元胞和/或肖特基二极管元胞和/或结势垒肖特基二极管元胞和/或混合PiN肖特基二极管元胞；所述底部区由第一种重掺杂的第一导电类型的半导体区构成，所述第一导体与所述第一种重掺杂的第一导电类型的半导体区直接接触形成欧姆接触并连接至阴极；在所述PiN二极管元胞中，所述顶部区由第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区构成，所述第二导体与所述第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区直接接触形成欧姆接触并连接至阳极；在所述肖特基二极管元胞中，所述顶部区有着与所述第一导电类型的漂移区或所述第一导电类型的柱状区相同的掺杂类型和掺杂浓度，从而与所述第一导电类型的漂移区或所述第一导电类型的柱状区连通为同一个区；所述第二导体与所述第一导电类型的漂移区或所述第一导电类型的柱状区直接接触形成肖特基接触并连接至阳极；在所述结势垒肖特基二极管元胞和所述混合PiN肖特基势垒二极管元胞中，所述顶部区由第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区构成，所述第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区被所述第一导电类型的漂移区或所述第一导电类型的柱状区隔离为多个区域，所述第二导体与所述第一导电类型的漂移区或所述第一导电类型的柱状区直接接触形成肖特基接触并连接至阳极，所述第二导体与所述第一种重掺杂的第二导电类型的半导体区直接接触形成欧姆接触并连接至阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄铭敏，马瑶，董小平，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：