[發明專利]用高介電系數膜的表面(橫向)耐壓結構

有效

• 申請號: 02142183.8
• 申請日: 2002-08-29
• 公開（公告）號: CN1399348A
• 公開（公告）日: 2003-02-26
• 發明（設計）人: 陳星弼
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/02
• 分類號: H01L29/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

1、一種用于半導體器件的表面耐壓區，所述半導體器件含有第一種導電類型的半導體襯底及一個與襯底相接觸的重摻雜的第二種導電類型的半導體區或金屬區的最大電位區，還有一個與襯底相聯接的重摻雜的第一種導電類型的半導體區或金屬區的最小電位區；

所述表面耐壓區位于襯底之頂部從最大電位區到最小電位區的區域，其特征在于：

所述表面耐壓區至少包含一段覆蓋在半導體表面的高介電系數的介質膜；

所述覆蓋在半導體表面的高介電系數的介質膜還可以有一段或多段在其頂部有導體，該導體可以是浮空的，也可以是連接到耐壓區外部的一個電位端；

所述表面耐壓區還可以包含一段或多段凈摻雜為第二種導電類型及/或第一種導電類型的半導體表面薄層，該表面薄層的雜質濃度及/或類型與襯底不一致；

當所述表面耐壓區在最大電位處與最小電位處間加有接近反向擊穿電壓時，耐壓區處處對襯底發出凈的第一種符號的電通量，此電通量線的平均通量密度約從qN_BW_pp逐漸或階梯式地下降，這里q代表電子電荷，N_B代表襯底的雜質濃度，W_pp代表由該襯底形成的單邊突變平行平面結在其擊穿電壓下的耗盡層厚度，通量密度系指在一段表面橫向尺寸遠小于W_pp而又大于該處表面耐壓區厚度的面積內有效的總通量數除以該面積所得之值；該處表面耐壓區的厚度指該處高介電系數的介質膜的厚度加該處的對襯底有不同摻雜的表面薄層的厚度；

所述的凈的第一種符號的電通量線的符號是指此種電通量線和第二種導電類型的半導體的電離雜質產生的通量線的符號一致；

所述的凈的第一種符號的平均電通量密度是指第一種符號的平均電通量密度減去與第一種符號相反的、第二種符號的平均電通量密度之值；

所述表面耐壓區在上述凈的第一種符號的平均電通量密度作用下，沿表面(橫向)的電場從最大電位區指向最小的電位區，且其值從接近于零而逐漸或階梯式增加；

所述的電通量密度包括表面耐壓區中凈摻雜為第二種導電類型或第一種導電類型的半導體表面薄層的電離雜質電荷所產生的電通量密度，也包括由高介電系數膜引起的電通量密度；

所述的高介電系數膜引起的電通密度是指該高介電系數的膜頂部沒有導體所引起的電通量密度及/或該高介電系數的膜頂部有導體所引起的電通量密度；

所述的頂部沒有導體的高介電系數的膜所引起的電通量密度是指在表面一小段距離處，在離最大電位區最近的一邊的沿表面(橫向)的電場乘以此邊上的方塊電容減去離最大電位區最遠的一邊的沿表面(橫向)的電場乘以此邊上的方塊電容所得之值；

所述的方塊電容是指介質膜中平行于表面的電通量分量被該處平行于表面的電場分量所除所得之量；

所述的頂部有導體的高介電系數的膜所引起的電通量密度是指在該處膜的頂部的電位減半導體表面的電位所得之值乘以該高介電系數的膜的比電容；

所述的比電容是指該高介電系數膜的頂部與其下面的半導體表面之間的電位差除由此電位差引起的電通量密度所得之值。

2、根據權利要求1所述的半導體器件的表面耐壓區，其中所述的第一種導電類型的半導體襯底是p型半導體，第二種導電類型的半導體是n型半導體，第一種符號的電通量線的符號與正電荷產生的通量線符號一致，最大電位處具有最高電位，最小電位處具有最低電位，所述耐壓區處處對襯底發出正的電通量。

3、根據權利要求1所述的半導體器件的表面耐壓區，其中所述的第一種導電類型的半導體襯底是n型半導體，第二種導電類型的半導體是p型半導體，第一種符號的電通量線的符號與負電荷產生的通量線符號一致，最大電位處具有最低電位，最小電位處具有最高電位，所述耐壓區處處吸收來自襯底的正的電通量，亦即處處對襯底發出負的電通量。

4、根據權利要求1所述的半導體器件的表面耐壓區，所述的表面耐壓區沒有雜質濃度及類型與襯底不一致的薄層，所述的高介電系數的介質膜的頂部完全沒有導體，所述的高介電系數的介質膜的方塊電容從離開表面最大電位處開始不斷或階梯式地減小，直至表面最小電位處。