一种横向高压功率半导体器件制造技术

一种横向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和终端结构；终端结构位于整体元胞结构的外侧或外围。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，并通过终端结构将漏电极横向引出，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。本发明专利技术具有导通电阻低、耐压高、版图面积小等诸多优点，采用本发明专利技术可获得各种性能优良的横向半导体功率器件，具有高速、高集成度、低导通损耗的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功率半导体器件
，涉及一种横向高压功率半导体器件。
技术介绍
横向高压功率半导体器件是高压功率集成电路发展必不可少的部分，高压功率器件要求具有高的击穿电压，低的导通电阻和低的开关损耗。横向高压功率器件实现高的击穿电压，要求其用于承担耐压的漂移区具有长的尺寸和低的掺杂浓度，但为了满足器件低导通电阻，又要求作为电流通道的漂移区具有高的掺杂浓度。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Rm,sp °°Βν2Λ这一矛盾关系限制了该类器件在高压大电流领域的应用。为了解决这对矛盾，陈星弼院士在其1998年的美国专利中提出了一种新型功率MOS器件——CooIMOS,并很快走向市场。CoolMOS器件采用交替的P、N条结构代替传统功率MOS器件中低掺杂漂移区层作电压支持层(耐压层)。当器件加反向偏置电压时，Ρ、Ν条相互耗尽，承受器件耐压。由于P条和N条的掺杂浓度高于传统结构的漂移区浓度，使得其正向导通电阻大大降低，从而改善导通电阻与器件耐压之间的矛盾。然而，传统的横向超结结构的P条和N条是沿器件横向方向放置，与纵向超结结构相比，器件版图面积较大，进而增加了制造成本。
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新型的横向高压功率半导体器件，该器件包括元胞结构和终端结构。一方面，N型漂移区中引入P型掺杂条构成纵向超结漂移区结构，打破传统硅极限，缓解器件耐压和导通电阻之间的矛盾关系，并减小器件版图面积；另一方面，超结漂移区结构掺杂浓度较高，为开路电流提供低阻通路，从而降低导通电阻；再一方面，关态时，高浓度的P型掺杂条和N型掺杂条在漂移区引入两个新的电场尖峰，使漂移区电势在源端和漏端的分布类似纵向超结结构的电势分布，同时，N型掺杂条和P型掺杂条产生的额外电场，增强了介质槽电场，从而提高器件耐压；最后，该器 件可集成单个或多个元胞，多个元胞共用同一个终端结构，大大减小版图面积，降低工艺成本。本专利技术技术方案为一种横向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61和终端结构62 ;多个纵向超结元胞结构61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62位于整体元胞结构的外侧或外围。所述纵向超结元胞结构61包括位于P型衬底I表面的N型漂移区31，位于N型漂移区31顶部一侧的P型体区41，Ρ型体区41中具有分别与位于器件表面源极金属52相连的P+源极接触区42和N+源极接触区32 ；Ρ型体区41下方的N型漂移区31中具有P型掺杂条43，P型掺杂条43与旁边的N型漂移区31形成超结结构，超结结构与超结结构下方的N型漂移区31构成具有部分超结结构的漂移区；栅极结构由栅氧化层23和多晶硅栅电极51构成，其中栅氧化层23与N型漂移区31和P型体区41相接触，多晶硅栅电极51与源极金属52之间通过介质层22相互隔离。所述终端结构62，包括N型漂移区31、N型掺杂条34、N型重掺杂漏极接触区33和介质槽2 ;终端结构62中N型漂移区31的顶部一侧是 与漏极金属53相连的N型重掺杂漏极接触区33，N型掺杂条34位于N型重掺杂漏极接触区33下方的N型漂移区31中，且与N型重掺杂漏极接触区33相接触；介质槽2位于N型掺杂条34和所述纵向超结元胞结构61的P型掺杂条43之间，介质槽2和N型掺杂条34下方保留部分N型漂移区31作为电流通道，漏极金属53和源极金属52之间通过介质层22相互隔离。本专利技术提供的横向高压功率半导体器件包括纵向超结元胞结构61和终端结构62。在纵向元胞结构61的N型漂移区31中引入P型掺杂条43，与N型漂移区31形成纵向超结结构。终端结构62中引入的N型掺杂条34与N型漂移区31形成N+N结，N型掺杂条34的浓度较高，为开态电流提供低阻通道，从而降低导通电阻。器件的横向耐压主要由终端结构62中的介质槽2承受，采用介质槽2耐压可以减小版图面积，降低工艺成本。本专利技术提供的横向高压功率半导体器件可以采用平面栅、槽栅或V型栅等结构，应用灵活。器件可集成单个或多个纵向超结元胞结构61，多个元胞可以共用同一个终端结构62，大大减小版图面积，进一步降低工艺成本。本专利技术的工作原理可以描述如下本专利技术提供的横向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相似，关态时，横向高压功率半导体器件工作原理如图3所示。本专利技术提供的横向高压功率半导体器件可集成单个或多个纵向超结元胞结构61，多个纵向超结元胞结构61可共用同一个终端结构62，从而大大减小版图面积。器件的横向耐压主要由终端结构62的介质槽2决定。如图3 (b)所示，当器件耐压时，N型漂移区31和P型体区41构成的PN结冶金结面开始耗尽，随着漏电压增加，耗尽区向N型漂移区31扩展，使得N型漂移区31与P型体区41所构成的PN结冶金结面出现电场峰值。N型漂移区31中引入的P型掺杂条43辅助耗尽N型漂移区31，优化器件纵向电场，提高器件纵向耐压。同时，耗尽的P型掺杂条43中剩下负的电离受主电荷，调制器件体内的电场分布，避免电场线在源端过度集中，并在P型掺杂条43和介质槽2的界面处引入新的电场峰值，增强介质槽电场，进一步提高器件横向耐压。终端结构中还包括N型掺杂条34，N型掺杂条34浓度较高，器件耐压时，耗尽的N型掺杂条剩下大量正的电离施主电荷，调制器件体内的电场分布，避免漏端电场线过度集中，并在N型掺杂条43和介质槽界面处弓I入新的电场尖峰，增强介质槽电场，从而提高器件击穿电压。P型掺杂条43的引入，增加了 N型漂移区31的浓度，因此在提高击穿电压的同时降低了导通电阻。同时，高浓度掺杂的N型掺杂条34为开态电流提供低阻通道，进一步降低器件导通电阻。P型掺杂条43和N型掺杂条34在N漂移区31体内引入两个新的电场尖峰，优化漂移区的电势分布，使漂移区电势在源端和漏端的分布类似纵向超结结构的电势分布。采用介质槽耐压可以进一步减小器件版图面积，降低工艺成本。器件集成在P型衬底材料I上，由于器件源端耐压，与传统介质槽结构相比，N型漂移区31对P型衬底I的辅助耗尽作用更加明显，使得器件的纵向耐压大大增加。需要说明的是(I)纵向超结元胞结构61中引入P型掺杂条43，与N型漂移区31构成纵向超结结构，缓解击穿电压和导通电阻之间的矛盾关系。(2)终端结构62包括N型漂移区31、N型掺杂条34、介质槽2和第二 N型重掺杂区33。(3)N型重掺杂漏极接触区33若采用P型重掺杂漏极接触区44代替，可以实现性能良好的横向 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)器件。(4)器件可集成单个或多个纵向超结元胞结构，多个并联的元胞可共用同一个终端结构62，从而大大减小器件版图面积。(5)横向高压功率半导体器件中的N型掺杂条34可以有也可以没有。(6)横向高压器件可以是平面栅、槽栅或V型栅等结构。本专利技术具有以下有益效果 本专利技术提供的横向高压功率半导体器件包括纵向超结元胞结构61和终端结构62，其中，纵向超结元胞结构61的N型漂移区31引入P型掺杂条43，构成纵向超结结构，打破传统功率MOS器件理论极限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横向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（61）和终端结构（62）；多个纵向超结元胞结构（61）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（62）位于整体元胞结构的外侧或外围；所述纵向超结元胞结构（61）包括位于P型衬底（1）表面的N型漂移区（31），位于N型漂移区（31）顶部一侧的P型体区（41），P型体区（41）中具有分别与位于器件表面源极金属（52）相连的P+源极接触区（42）和N+源极接触区（32）；P型体区（41）下方的N型漂移区（31）中具有P型掺杂条（43），P型掺杂条（43）与旁边的N型漂移区（31）形成超结结构，超结结构与超结结构下方的N型漂移区（31）构成具有部分超结结构的漂移区；栅极结构由栅氧化层（23）和多晶硅栅电极（51）构成，其中栅氧化层（23）与N型漂移区（31）和P型体区（41）相接触，多晶硅栅电极（51）与源极金属（52）之间通过介质层（22）相互隔离；所述终端结构（62），包括N型漂移区（31）、N型掺杂条（34）、N型重掺杂漏极接触区（33）和介质槽（2）；终端结构（62）中N型漂移区（31）的顶部一侧是与漏极金属（53）相连的N型重掺杂漏极接触区（33），N型掺杂条（34）位于N型重掺杂漏极接触区（33）下方的N型漂移区（31）中，且与N型重掺杂漏极接触区（33）相接触；介质槽（2）位于N型掺杂条（34）和所述纵向超结元胞结构（61）的P型掺杂条（43）之间，介质槽（2）和N型掺杂条（34）下方保留部分N型漂移区（31）作为电流通道，漏极金属（53）和源极金属（52）之间通过介质层（22）相互隔离。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，章文通，李燕妃，许琬，蔡林希，吴文杰，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：