基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件制造技术

本发明专利技术提供了基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，属于基本电气元件的技术领域。通过在功率器件的漂移区内部引入长度不一的指型介质区域，并按照一定的规则进行排布设计。指型介质区域的指尖位置能够形成新的峰值电场，错峰设计也能防止相邻介质产生的电场峰值叠加而导致器件在指尖位置提前击穿，从而使得器件承受更高的耐压。在器件的正向导通阶段，所引入的指型介质能够提高漂移区掺杂浓度，这有助于增强器件载流子的漂移能力，增强器件的正向导通性能。采用该结构制造的硅基、SOI基、碳化硅基、氮化镓基横向功率器件具有击穿电压高、比导通电阻低等优良的性能。比导通电阻低等优良的性能。比导通电阻低等优良的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件


[0001]本专利技术涉及半导体功率器件技术，它特别涉及大功率和高压应用横向功率器件，具体公开了基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，属于基于电气元件的


技术介绍

[0002]功率半导体器件是实现电能高效转换的核心器件之一，功率半导体器件的研究和开发对减缓世界能源危机和推进可持续发展战略具有重大意义。横向功率器件因其制备工艺相对简单，并且电极均位于器件表面，因此与大规模集成电路具有非常好的兼容性，所以能够在高低压兼容的集成电路中广泛运用。横向功率半导体器件的漂移区电场呈现两端电场高、中部电场低的问题。为了提高中部电场从而提高器件的击穿电压，阶梯变掺杂技术、阶梯埋层技术以及多场板技术等能够在漂移区中部形成新的电场峰值，从而优化漂移区电场分布而提高击穿电压。但是这些技术均从二维器件结构出发，仅从横向即x方向和纵向即y方向的角度进行结构设计，且多阶梯的设计需要多步光刻及多次离子注入工艺才能实现。

技术实现思路

[0003]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，从第三维方向即垂直于横向和纵向构成平面的方向出发，在漂移区中引入长度不一但呈现一定排布规则的指型介质区域，在漂移区中的介质指尖位置形成新的电场峰，从而调制漂移区整体的电场强度，实现优化表面电场分布从而提高击穿电压的专利技术目的，解决在漂移区中形成分布式峰值电场的技术问题。
[0004]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，包括：衬底、位于衬底上方的半导体埋氧层、位于埋氧层上方的有源层、源极金属、栅极金属、漏极金属，有源层包括：位于有源层一侧顶部的半导体漏区、位于有源层另一侧的半导体阱区、位于半导体漏区和半导体阱区之间的漂移区，半导体阱区中具有半导体体接触区和半导体源区，半导体阱区和漂移区上方形成有栅氧化层，半导体源区和半导体体接触区与源极金属接触，栅极金属覆盖于栅氧化层表面，半导体漏区与漏极金属接触，漂移区中形成有从半导体阱区延伸至半导体漏区的指型介质区域，指型介质区域包含至少两个长度不同的指状区域，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列，侧向为垂直于横向和纵向构成平面的方向。
[0005]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，指型介质区域包含5个长度不同的指状区域时，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列的具体是实现方式为：以漂移区长度的1/2为基准长度，将各指状区域的长度设计为基准长度
±
x(μm)、基准长度
±
2x(μm)，通过优化x获得横向功率器件品质因数最优时各指状区域的长度，各指状区域按照基准长度
‑
x(μm)、基准长度+x(μm)、基准长度
‑
2x(μm)、基准长度、基准长度+2x(μm)的顺序沿着侧向排布于漂移区内。
[0006]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，指型介质区域包含2个长度不同的指状区域时，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列的具体是实现方式为：以漂移区长度的1/2为基准长度，将各指状区域的长度设计为基准长度
±
x(μm)，通过优化x获得横向功率器件品质因数最优时各指状区域的长度，各指状区域按照基准长度
‑
x(μm)、基准长度+x(μm)的顺序沿着侧向排布于漂移区内。
[0007]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，指型介质区域包含3个长度不同的指状区域时，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列的具体是实现方式为：以漂移区长度的1/2为基准长度，将各指状区域的长度设计为基准长度
±
x(μm)，通过优化x获得横向功率器件品质因数最优时各指状区域的长度，各指状区域按照基准长度、基准长度
‑
x(μm)、基准长度+x(μm)的顺序沿着侧向排布于漂移区内。
[0008]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，指型介质区域包含4个长度不同的指状区域时，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列的具体是实现方式为：以漂移区长度的1/2为基准长度，将各指状区域的长度设计为基准长度
±
x(μm)、基准长度
±
3x(μm)，通过优化x获得横向功率器件品质因数最优时各指状区域的长度，各指状区域按照基准长度
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3x(μm) 基准长度+x(μm)、基准长度
‑
x(μm)、基准长度+3x(μm)的顺序沿着侧向排布于漂移区内。
[0009]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，漂移区中形成有对应各指状区域图案的沟槽，沟槽内填充有具有高介电常数的绝缘材料，相邻两个沟槽的长度不同并且经过优化设计。
[0010]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，指型介质区域中的若干个指状区域的宽度相同、间隔距离也相同。
[0011]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，高介电常数的绝缘材料可以是氧化铪，氧化锆，二氧化钛、钛酸锶、钛钡锶氧化物、锆钛酸铅中的一种。
[0012]作为基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的进一步优化方案，有源层的材料可以是单晶半导体，如硅，锗；也可以是化合物半导体，如砷化镓，磷化镓，氮化镓、碳化硅。
[0013]本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：（1）本专利技术通过在横向功率器件的漂移区中引入长度不一但呈现一定排布规律的指型介质区域，可以在漂移区中介质指尖位置引入新的电场峰，多个电场峰值分布在漂移区内不同的位置，从而抬高漂移区整体的电场强度调制电场分布，有效提高了器件的击穿电压；呈一定排布规则的指型介质区域实现多电场的错峰分布，多分布电场的错峰分布防止相邻介质产生的电场峰值叠加而导致器件在指尖位置提前击穿，从而提高器件耐压程度。
[0014]（2）本专利技术所提横向功率器件在正向导通阶段，所引入的指型介质能够提高漂移区掺杂浓度，这有助于增强器件载流子的漂移能力，增强器件的正向导通性能，降低器件的比导通电阻，实现击穿电压和比导通电阻的折中关系。
[0015]（3）本专利技术所提横向功率器件的制备工艺，只需设计掩膜版的不同指型形状就能实现任意尺寸、任意图形的指型介质区域，是一个和标准CMOS工艺完全兼容的工艺方案，因此具有工艺简单，成本低廉等优点，因此本专利技术所提指型介质区域可以用于各种高耐压、低功耗横向功率器件的制造。
附图说明
[0016]图1是本专利技术提供的基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的三维结构示意图。
[0017]图2 是本专利技术提供的基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件的俯视图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，包括：衬底(1)、位于衬底(1)上方的半导体埋氧层(2)、位于埋氧层(2)上方的有源层(3)、源极金属(10)、栅极金属(11)、漏极金属(12)，所述有源层(3)包括：位于有源层(3)一侧顶部的半导体漏区(4)、位于有源层(3)另一侧的半导体阱区(5)、位于所述半导体漏区(4)和半导体阱区(5)之间的漂移区(8)，半导体阱区(5)中具有半导体体接触区(6)和半导体源区(7)，所述半导体阱区(5)和漂移区(8)上方形成有栅氧化层(13)，所述半导体源区(7)和半导体体接触区(6)与源极金属(10)接触，所述栅极金属(11)覆盖于栅氧化层(13)表面，所述半导体漏区(4)与漏极金属(12)接触，其特征在于，所述漂移区(8)中形成有从半导体阱区(5)延伸至半导体漏区(4)的指型介质区域(9)，所述指型介质区域(9)包含至少两个长度不同的指状区域，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列，所述侧向为垂直于横向和纵向构成平面的方向。2.根据权利要求1所述基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，所述指型介质区域(9)包含5个长度不同的指状区域时，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列的具体是实现方式为：以漂移区长度的1/2为基准长度，将各指状区域的长度设计为基准长度
±
x(μm)、基准长度
±
2x(μm)，通过优化x获得所述横向功率器件品质因数最优时各指状区域的长度，各指状区域按照基准长度
‑
x(μm)、基准长度+x(μm)、基准长度
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2x(μm)、基准长度、基准长度+2x(μm)、的顺序沿着侧向排布于漂移区内。3.根据权利要求1所述基于指型介质的分布式峰值电场横向功率器件，所述指型介质区域(9)包含2个长度不同的指状区域时，各指状区域按照多个电场沿着侧向错峰分布在漂移区内不同位置的规律排列的具体是实现方式为：以漂移区长度的1/2为基准长度，将各指状区域的长度设计为基准长度
±
x(μm)，通过优化x获得所述横向功率器件品质因数最优时各指状区域的长度，各指...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳飞，孙铭顺，郭宇锋，许天赐，刘鑫，李昂，任嵩茗，李曼，杨可萌，张珺，陈静，张茂林，
申请(专利权)人：南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：