[發明專利]超結器件的非平衡結終端結構

有效

• 申請號: 201210009183.4
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102694027A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 姜貫軍
• 申請（專利權）人: 西安龍騰新能源科技發展有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

技術領域

本發明屬于半導體器件與工藝制造領域，具體涉及一種超結器件的非平衡結終端結構。

背景技術

超結VDMOS是一種發展迅速、應用廣泛的新型功率半導體器件。它在普通垂直雙擴散金屬氧化物半導體（VDMOS）基礎上，引入超結（Superjunction）結構，使之即具有VDMOS輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩定性好、驅動電路簡單，又克服了VDMOS的導通電阻與擊穿電壓成2.5次方關系急劇增加的缺點。目前超結VDMOS已廣泛應用于電腦、手機、照明以及液晶或等離子電視機和游戲機等消費電子產品的電源或適配器。

1988年，飛利浦公司的D.J.Coe申請美國專利（David?J.Coe，High?voltage?semiconductor?device[P]．US?Patent?4,754,310.1988．），第一次給出了在橫向高壓MOSFET（LD?MOSFET）中用交替的pn結結構代替傳統功率器件中低摻雜漂移層作為電壓支持層（耐壓層）的方法。1993年，電子科技大學的陳星弼教授申請的美國專利（Xingbi?Chen，Semiconductor?power?devices?with?alternating?conductivity?type?high—voltage?breakdown?regions[P].?US?Patent?5,216,275.1993．），提出了在縱向功率器件（尤其是縱向MOSFET）中用多個pn結結構作為漂移層的思想，并把這種結構稱之為“復合緩沖層”（Composite?Buffer?Layer）。1995年，西門子公司的J.?Tihanyi申請的美國專利（Tihanyi?J.?Power?MOSFET?[P].?US?Patent?5,438,215.1995．），提出了類似的思路和應用。1997年Tatsuhiko等人在對上述概念的總結下，提出了“超結理論”。結合該理論，1998年Infineon公司首次推出了Superjunction?VDMOS，也稱為“CoolMOS^TM”，其P柱是采用多次外延和多次離子注入的方式實現的。“CoolMOS^TM”顯著地降低了導通電阻。

對于結終端技術，陳星弼院士指出，任何一種結終端技術都是在耗盡層內引入電荷。對于平面PN結來說，如果在P型耗盡區的表面引入一個正電荷，那么該電荷所產生的電場與冶金結處的電場方向相反，故削弱了該電荷靠近冶金結處的電場，不過同時該電荷也增加了遠離結面處的電場。

在超結器件的元胞區耐壓層，通過P柱和N柱區的離子數目基本相等來保持電荷平衡，但是在結終端區，電場強度比元胞區小，使得P柱的受主離子無法完全電離，即P柱無法完全耗盡，并且由內到外這種情況越來越嚴重，而傳統的超結器件結終端結構不能很好地承受較高的擊穿電壓。

發明內容

本發明所解決的技術問題是提供一種大大減小了結終端區域的面積，進而減小了整個器件的導通電阻的超結器件的非平衡結終端結構。

為解決上述的技術問題，本發明采取的技術方案：

一種超結器件的非平衡結終端結構，其特殊之處在于：所述的結終端結構的結終端區設置若干個摻雜濃度不同的均勻P柱。

上述的超結器件的非平衡結終端結構的制造工藝為根據各處的橫向電場分布情況從版圖設計上進行相應調整P柱的有效離子注入面積，使達到擊穿電壓時P柱區完全耗盡，所有P柱均是在P柱掩膜板掩膜下同時注入，從而控制了結終端區的各P柱的受主離子總量，并通過多次外延多次離子注入之后進行長時間高溫推結形成摻雜濃度不同的幾個均勻的P柱。

上述的P柱的掩膜板上設置有不連續的阻擋圖形，通過調整不同的P柱的阻擋圖形的大小與數目，決定了P柱的有效離子注入面積，而在摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中，達到擊穿電壓時，各個P柱均有未耗盡區，在非平衡結終端結構中阻擋圖形的大小和數目與上述摻雜濃度相同的P柱的結終端結構中未耗盡區面積成正比。

上述的阻擋圖形為直徑為0.5~2um的圓形或正六邊形的規則幾何圖形，并且在P柱掩膜板上均勻排布。

上述的結終端結構的結終端區的P柱間的間距相等或者不等，其寬度與元胞區相同或者適當調整以更好地優化電場分布情況，使得達到擊穿電壓時，各P柱與N外延層相成的PN結的電場接近臨界電場。

與現有技術相比，本發明的有益效果：