一种半导体器件制造技术

本申请实施例提供了一种半导体器件，包括第一半导体层；形成在第一半导体层之上的电场终止层；形成在电场终止层之上的电场过渡层；形成在电场过渡层之上的漂移区，形成在漂移区内的柱区；形成在漂移区上方的第二半导体层；电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子；电场过渡层的电荷总量Q

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件


[0001]本申请涉及功率器件
，具体地，涉及一种半导体器件。

技术介绍

[0002]超级结(Super Junction，简称SJ)技术为功率器件性能提升提供新的技术手段。利用交错排布的N型区和P型区，超级结结构能够将漂移区电场进行平坦化调控，有效降低功率器件漂移区厚度，以达到提升器件的击穿电压的目的。
[0003]传统的SJ
‑
双极型半导体器件，如图1所示，12是第一半导体层，2是N
‑
漂移区，3是P型超级结区域，4是N型第二次外延，7是P型层。传统的SJ
‑
双极型半导体器件，N
‑
漂移区2中位于P型超级结区域以下的部分会存储大量的空穴导致拖尾电流，拖尾电流导致关断损耗较大。当SJ
‑
双极型半导体器件是IGBT器件时，第一半导体层12为P型掺杂，作为集电极；当SJ
‑
双极型半导体器件是二极管器件时，第一半导体层12为N型掺杂，作为阴极。
[0004]图2为图1所示的同一个传统的SJ
‑
双极型半导体器件关断时施加不同的电压形成的电场变化示意图，竖轴为图1中从P型层7到N
‑
漂移区2的距离，横轴为传统的SJ
‑
双极型器件在关断时施加不同的电压形成的实际电场的强度。传统的SJ
‑
双极型半导体器件关断时，电场终止在N
‑
漂移区2内，虚线位置为电场终止的位置，这样，N
‑
漂移区2虚线以上的部分空穴都被耗尽，但是N
‑
漂移区2虚线以下的部分仍然存在空穴，因此产生拖尾电流，图2中，圆圈为空穴。由此可以看出，传统的SJ
‑
双极型半导体器件关断时，施加的电压越小，拖尾电流越大，关断损耗越大。
[0005]尽管SJ
‑
双极型半导体器件性能已有很大提升，但受制于双极性器件电导调制效应，器件在关断过程依然存在拖尾电流问题，导致器件具有较大的关断能量损耗。
[0006]因此，传统的SJ
‑
双极型半导体器件在关断过程依然存在拖尾电流问题，导致SJ
‑
双极型半导体器件具有较大的关断能量损耗，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
[0007]在
技术介绍
中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

[0008]本申请实施例提供了一种半导体器件，以解决传统的SJ
‑
双极型半导体器件在关断过程拖尾电流带来的关断能量损耗较大的技术问题。
[0009]本申请实施例的提供了一种半导体器件，包括：
[0010]第一半导体层；
[0011]形成在所述第一半导体层之上的第二掺杂类型的电场终止层；
[0012]形成在所述电场终止层之上的第二掺杂类型的电场过渡层；
[0013]形成在所述电场过渡层之上的第二掺杂类型的漂移区，以及形成在漂移区内且沿垂直耐压方向间隔排列的多个第一掺杂类型的柱区；
[0014]形成在所述漂移区上方的第一掺杂类型的第二半导体层；
[0015]其中，电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子；电场过渡层的电荷总量Q
总
满足预设条件使得半导体器件关断，所述电场过渡层被完全耗尽，电场在所述电场过渡层降低且在所述电场终止层减小至0，电场过渡层的电荷总量Q
总
满足的预设条件为小于等于k％
×
Ec/εs，k％为半导体器件的最小预设工作电压条件下电场强度占临界击穿电场强度的百分比，Ec为半导体器件Si衬底的临界击穿场强，εs为半导体器件Si衬底的介电常数。
[0016]本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：
[0017]电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，且漂移区、电场过渡层、电场终止层三层中仅有两层漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子，但是电场终止层不能发生电导调制效应不能积累少数载流子；即电场过渡层的掺杂浓度较低，且掺杂浓度低到能够发生电导调制效应积累少数载流子；电场终止层的掺杂浓度较高，且掺杂浓度高到几乎不会发生电导调制效应不会积累少数载流子。当半导体器件导通后，从第一半导体层注入到漂移区和电场过渡层的少数载流子，在漂移区和电场过渡层发生电导调制效应，减小漂移区和电场过渡层的电阻，使半导体器件在导通时，具有低的通态电压。即通过电导调制效应降低漂移区和电场过渡层的电阻。由于电导调制效应的存在，使得半导体器件在导通时，第一半导体层将少数载流子大量注入到漂移区和电场过渡层内进行积累。电场过渡层的电荷总量Q
总
满足预设条件为Q
总
小于等于k％
×
Ec/εs。使得半导体器件在关断时，电场迅速向下展宽，漂移区和电场过渡层中存储的少数载流子很快被耗尽，即电场过渡层被完全耗尽；而电场终止层由于掺杂浓度较高，几乎不存储少数载流子，因此拖尾电流变得很小。为了尽快实现将电场过渡层积累的少数载流子完全耗尽，电场过渡层的电荷总量Q
总
需要满足预设条件Q
总
小于k％
×
Ec/εs，能够在电场过渡层内经较短的时间内耗尽。因此不会产生拖尾电流，从而使得半导体器件的关断能量损耗较小。
附图说明
[0018]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0019]图1为
技术介绍
中传统的SJ
‑
双极型半导体器件的结构示意图；
[0020]图2为图1所示的同一个传统的SJ
‑
双极型半导体器件在关断时不同的电压形成的电场变化示意图；
[0021]图3为本申请实施例的半导体器件的结构示意图；
[0022]图4为本申请实施例的半导体器件为IGBT器件的结构示意图；
[0023]图5为图4所示的电场过渡层的掺杂为均匀掺杂的半导体器件在关断时第一半导体层和第二半导体层的不同电压形成的电场变化示意图；
[0024]图6为图4所示的电场过渡层的掺杂为非均匀掺杂的半导体器件在关断时第一半导体层和第二半导体层的不同电压形成的电场变化示意图；
[0025]图7为本申请实施例的半导体器件为二极管器件的结构示意图。
[0026]附图标记：
[0027]
技术介绍
中：
[0028]N
‑
漂移区2，P型超级结区域3，第二次外延4，P型层7；
[0029]本申请具体实施方式中：
[0030]电场过渡层1，漂移区2，柱区3，外延层4，栅氧化层5，栅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：第一半导体层(12)；形成在所述第一半导体层之上的第二掺杂类型的电场终止层(11)；形成在所述电场终止层之上的第二掺杂类型的电场过渡层(1)；形成在所述电场过渡层之上的第二掺杂类型的漂移区(2)，以及形成在漂移区内且沿垂直耐压方向间隔排列的多个第一掺杂类型的柱区(3)；形成在所述漂移区上方的第一掺杂类型的第二半导体层(7)；其中，电场过渡层的掺杂浓度<电场终止层的掺杂浓度，漂移区和电场过渡层分别能够发生电导调制效应积累少数载流子；电场过渡层的电荷总量Q
总
满足预设条件使得半导体器件关断，所述电场过渡层被完全耗尽，电场在所述电场过渡层降低且在所述电场终止层减小至0，电场过渡层的电荷总量Q
总
满足的预设条件为小于等于k％为半导体器件的最小预设工作电压条件下电场强度占临界击穿电场强度的百分比，Ec为半导体器件Si衬底的临界击穿场强，为半导体器件Si衬底的介电常数。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，k％的取值范围为大于等于10％小于等于80％。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，电场过渡层的掺杂为均匀掺杂时，电场过渡层掺杂浓度N
D
和电场过渡层厚度Wp满足以下关系：Q
总
＝q
×
N
D
×
Wp；其中，q为单个电子的电荷量。4.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，电场过渡层的掺杂为线性变化掺杂时，电场过渡层的电荷总量Q
总
和电场过渡层厚度Wp满足以下关系：Q
总
＝q
×
G
×
Wp2/2；其中，q为单个电子的电荷量，G为线性变化掺杂的斜率。5.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，电场过渡层的厚度取值范围为大于0小于等于2微米。6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，电场过渡层的掺杂浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁金伟，刘倩，张耀辉，
申请(专利权)人：深圳市千屹芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：