一种横向超结高压功率半导体器件，属于功率半导体器件技术领域。包括纵向超结元胞结构、终端结构和漏极引出结构；终端结构位于整体元胞结构的外侧或外围，漏极引出结构位于终端结构的外侧或外围；纵向超结元胞结构在提高击穿电压的同时降低导通电阻，相比传统横向超结器件，纵向超结元胞结构减小了版图面积，进一步降低了导通电阻；单个或多个元胞集成，多个并联元胞可共用同一个终端，并通过漏极引出结构将漏电极横向引出，使漏极、栅极和源极都在表面，不仅易于和常规电路集成，而且大大减小版图面积，进一步降低工艺成本；最后，本发明专利技术漏电极表面引出的具有低比导通电阻的超结横向高压器件可集成在各种衬底材料上，且集成度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功率半导体器件
，涉及一种横向超结高压功率半导体器件。
技术介绍
随着信息技术的迅速发展，功率MOSFET器件以其开关速度快、无二次击穿、负温度系数以及热稳定性良好等优点得到广泛的应用。在功率MOS器件设计中，击穿电压BV(Breakdown Voltage)与比导通电阻Rm,sp的关系很严峻，有着基本关系Rm,sp 00 BV2_5。为了解决这一矛盾，一种称为Super Junction (或称Multi-RESURF或3D RESURF)的结构打破了传统功率MOS器件理论极限，在保持功率MOS所有优点的同时，又有着极低的导通损耗:Ron,sp - bv1.23。Vladimir Rumennik 曾在其美国专利 US 6，207, 994，BI (专利技术名称HIGH-VOLTAGETRANSISTOR WITH MULTI- LAYER CONDUCTION REGION)中，报道了种具有多层导电区的横向高压MOSFET器件。如图I所示，16是低掺杂P型衬底，15是P-well区，13是P+源极接触区，14是N+源极接触区，17是N-well区，19是N+漏极接触区，60是第一 P型埋层，65是第二 P型埋层；P+源极接触区13和N+源极接触区14被P-well区15包围，P-we 11区15的下面是第二 P型埋层65 ；N+漏极接触区19位于漏极N_well区17的上表面，漏极N-well区17中引入多条纵向分布的第一 P型埋层60，使得Niell区17被分割成多个JFET导电区41，其中，第一 P型埋层60可以通过高能离子注入实现；Niell区17上面是场氧化层40，场氧厚度为500纳米 1500纳米；栅氧化层36的上面是多晶硅栅电极12，多晶硅栅电极延伸至N型阱区17，形成栅极多晶场板；P+源极接触区13和N+源极接触区14上面是源极金属10，源极金属延伸覆盖多晶硅栅电极12，形成源极金属场板，漏极采用多晶场板45调制漏极N+接触区19的边缘电场，提高器件击穿电压。N-well区17中的第一 P型埋层60和导电区41构成横向超结结构,器件耐压时,第一 P型埋层60和导电区41相互耗尽，衬底16辅助耗尽N-well区17，提高器件击穿电压。同时，引入的源极金属场板，栅极多晶场板和漏极多晶场板优化器件表面电场，进一步提高器件的击穿电压。虽然横向超结结构缓解了击穿电压和导通电阻的关系，但传统横向超结高压功率MOS器件的P条和N条是沿器件“横向放置”的，因此实现高的击穿电压要求其用于承受耐压的Niell区17和第一 P型埋层60具有较长的尺寸，这使得器件版图面积大大增加，增大器件导通电阻，从而增加了制造成本，限制了横向高压功率器件的应用。
技术实现思路
为解决上述现有技术中所存在的问题，本专利技术提出了一种横向超结高压功率半导体器件，该器件包括元胞结构、终端结构和漏极引出结构，其中，元胞采用纵向超结结构，一方面，打破了传统硅极限，在提高击穿电压的同时降低导通电阻；另一方面，相比传统横向超结器件，本专利技术将P条和N条沿器件纵向放置，减小了版图面积，进一步降低导通电阻；再一方面，本专利技术可采用单个或多个元胞集成，多个并联元胞可共用同一个终端，并通过漏极引出结构将漏电极横向引出，使漏极、栅极和源极都在表面，不仅易于和常规电路集成，而且大大减小版图面积，进一步降低工艺成本；最后，本专利技术漏电极表面引出的具有低比导通电阻的超结横向高压器件可集成在各种衬底材料上，且集成度高。本专利技术技术方案为一种横向超结高压功率半导体器件，如图2所示，包括至少一个或一个以上的纵向超结元胞结构11、终端结构12和漏极引出结构13 ;多个纵向超结元胞结构11沿器件横向或宽度方向紧密堆积在一起，形成整体纵向超结元胞结构；所述终端结构12位于整体元胞结构的外侧或外围，所述漏极引出结构13位于所述终端结构12的外侧或外围。所述纵向超结元胞结构11包括位于衬底基片I表面的N+漏极接触区43，位于N+ 漏极接触区43表面、且由两个P型掺杂条32中间夹一个N型掺杂条42形成的超结结构漂移区；分别位于超结结构漂移区中两个P型掺杂条32表面的两个P型体区31，每个P型体区31中具有分别与位于器件表面源极金属51相连的P+源极接触区33和N+源极接触区41 ;超结结构漂移区中N型掺杂条42的表面具有由栅氧化层22和多晶硅栅电极52构成的栅极结构，其中栅氧化层22与超结结构漂移区的两个P型掺杂条32和N型掺杂条42均相接触，多晶硅栅电极52与源极金属之间通过介质层23相互隔离。所述终端结构12包括位于N+漏极接触区43表面的终端掺杂区14和槽介质21，其中终端掺杂区14与整体纵向超结元胞结构相连但与漏极引出结构13通过槽介质21相互隔离，终端掺杂区14和槽介质21表面是隔离源极金属52和漏极金属53的介质层23。所述漏极引出结构13包括漏极引出端44和漏极金属53，其中所述漏极引出端44实现漏极金属53和N+漏极接触区43的电气连接。所述纵向超结元胞结构11、终端结构12和漏极引出结构13采用共同的衬底基片1，且衬底基片I表面的N+漏极接触区43形成一个整体。本专利技术提供的横向超结高压功率半导体器件包括元胞结构11、终端结构12和漏极引出结构13 ;原胞结构11的漂移区采用两个P型掺杂条32夹一个N型掺杂条42形成的纵向超结结构，缓解击穿电压和导通电阻之间的矛盾关系；图2所示，器件可集成一个或多个元胞，多个元胞之间形成并联结构，多个并联的元胞共用一个终端结构12，并通过漏极引出结构13，将器件的漏电极横向引出，不仅大大减小版图，降低工艺成本，而且可以和常规电路集成，应用灵活。本专利技术提供的横向超结高压功率半导体器件中，栅极结构可采用平面栅、槽栅或V形栅结构。漏极引出端44可采用N型重掺杂半导体45、与纵向超结元胞结构11中N型掺杂条42相同掺杂浓度的N型掺杂半导体46或者是金属54,三种方式在工艺上可以和兀胞结构同时完成，也可以单独完成。所述终端结构12的终端掺杂区14可采用与纵向超结元胞结构11中的P型掺杂条32相同或不相同掺杂浓度的半导体。所述衬底基片I可采用体娃衬底、蓝宝石衬底或SOI (Silicon On Isolation)衬底。本专利技术的工作原理可以描述如下所述横向超结高压功率半导体器件可采用平面栅、槽栅或V型栅等结构，这些结构的工作原理都是相似的。本专利技术提供的横向超结高压功率半导体器件的耐压包括纵向耐压和横向耐压，其中纵向耐压由元胞的纵向超结结构决定，横向耐压则由器件横向终端结构12决定。原胞漂移区完全由交替的N型掺杂条42和P型掺杂条32组成。当器件漏极施加高电压时，P型体区31与N型掺杂条42所构成的PN结冶金结面开始耗尽，随漏电压增加耗尽区向N型掺杂条扩展，使P型体区31与N型掺杂条42所构成的PN结冶金结面出现电场峰值。同时，N型掺杂条42和两侧的P型掺杂条32形成纵向超结结构，辅助耗尽N型掺杂条42，优化器件纵向电场，提高器件纵向耐压。由于N型掺杂条42和P型掺杂条32掺杂浓度较高，从而使得其正向导通时时导通电阻大大降低，进而改善导通电阻和耐压之间的矛盾关系。器件终端结构12包括终端掺杂区14和槽介质层21，其中槽介本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种横向超结高压功率半导体器件，包括至少一个或一个以上的纵向超结元胞结构（11）、终端结构（12）和漏极引出结构（13）；多个纵向超结元胞结构（11）沿器件横向或宽度方向紧密堆积在一起，形成整体纵向超结元胞结构；所述终端结构（12）位于整体元胞结构的外侧或外围，所述漏极引出结构（13）位于所述终端结构（12）的外侧或外围；所述纵向超结元胞结构（11）包括位于衬底基片（1）表面的N+漏极接触区（43），位于N+漏极接触区（43）表面、且由两个P型掺杂条（32）中间夹一个N型掺杂条（42）形成的超结结构漂移区；分别位于超结结构漂移区中两个P型掺杂条（32）表面的两个P型体区（31），每个P型体区（31）中具有分别与位于器件表面源极金属（51）相连的P+源极接触区（33）和N+源极接触区（41）；超结结构漂移区中N型掺杂条（42）的表面具有由栅氧化层（22）和多晶硅栅电极（52）构成的栅极结构，其中栅氧化层（22）与超结结构漂移区的两个P型掺杂条（32）和N型掺杂条（42）均相接触，多晶硅栅电极（52）与源极金属之间通过介质层（23）相互隔离；所述终端结构（12）包括位于N+漏极接触区（43）表面的终端掺杂区（14）和槽介质（21），其中终端掺杂区（14）与整体纵向超结元胞结构相连但与漏极引出结构（13）通过槽介质（21）相互隔离，终端掺杂区（14）和槽介质（21）表面是隔离源极金属（52）和漏极金属（53）的介质层（23）；所述漏极引出结构（13）包括漏极引出端（44）和漏极金属（53），其中所述漏极引出端（44）实现漏极金属（53）和N+漏极接触区（43）的电气连接；所述纵向超结元胞结构（11）、终端结构（12）和漏极引出结构（13）采用共同的衬底基片（1），且衬底基片（1）表面的N+漏极接触区（43）形成一个整体。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，李燕妃，章文通，吴文杰，许琬，蔡林希，陈涛，胡利志，黄健文，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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