[實用新型]利用電荷耦合實現耐壓的功率MOS器件

有效

• 申請號: 201520191576.0
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN204497236U
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 朱袁正;葉鵬
• 申請（專利權）人: 無錫新潔能股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;張濤

技術領域

本實用新型涉及一種功率MOS器件，尤其是一種利用電荷耦合實現耐壓的功率MOS器件，屬于功率MOS器件的技術領域。

背景技術

半導體功率器件通常需要承受一定的電壓，電壓范圍從幾十伏至幾千伏不等，而實現器件耐壓的兩大要素是器件使用的材料以及器件的結構。目前應用最為廣泛的半導體功率器件是硅器件，所使用的材料為硅材料，通常為外延硅材料，其具有特定的電阻率與厚度；而器件的結構又包含有源區結構和終端保護區結構，前者通常為器件導通工作時電流的流經區域，后者則為器件耐壓工作時電場由有源區邊緣向外橫向擴展提供了延伸和承受的區域，從而確保器件在允許的工作電壓范圍內不被擊穿。

衡量一個功率器件終端保護區結構好與壞的重要標準包括耐壓的極限能力、耐壓的可靠性以及耐壓結構所占芯片的面積比重。一般來說，通常需要終端保護區結構的耐壓能力不低于器件的有源區，器件的耐壓要求越高，則終端保護區結構的尺寸越大，即占整個芯片的面積比重越高，而在芯片總的面積已定的前提下，有源區的面積就會被迫縮小，從而降低了器件的電流能力，因此，理想的終端保護區結構是耐壓能力強并且尺寸盡可能的小。

一般地，終端保護區包括耐壓保護區，傳統的耐壓保護區多采用場限環結構或場板結構或兩者的結合，如圖1所示，具體為一種耐壓保護區采用場限環結構的溝槽型MOSFET器件的結構圖，其包括N型漂移區10以及與所述N型漂移區10鄰接的N型襯底11，在N型漂移區10內設置溝槽型元胞以及多個場限環39，其中，溝槽型元胞包括有源溝槽40，所述有源溝槽40位于有源P阱38內，深度伸入N型漂移區10內，即有源溝槽40的槽底位于有源P阱38的下方。有源溝槽40的內壁生長有絕緣柵氧化層41，在生長有絕緣柵氧化層41的有源溝槽40內填充有源導電多晶硅35，在相鄰有源溝槽40側壁上方設有有源N+注入區34，所述有源N+注入區34位于有源P阱38內的上部，且與有源溝槽40的外側壁相接觸。有源溝槽40的槽口覆蓋有介質層36，所述介質層36還覆蓋在耐壓保護區的N型漂移區10的表面，有源區金屬37覆蓋在介質層36上，并與有源P阱38以及有源N+注入區34歐姆接觸。具體實施時，在耐壓保護區內，通過P阱形成的場限環39與N型漂移區10間形成PN結。

在上述結構耐壓時，耐壓保護區內的PN結會耗盡，耗盡的區域會隨著電壓的增加逐漸橫向連在一起來支撐電場，場限環39的數量決定了耐壓的高低，同時，場限環39的濃度、結深、間距都要根據與之形成PN結的漂移區濃度來確定，因此，需要有特定的工藝流程來制作場限環39，并且容易受其它工藝的影響，從而導致器件的耐壓穩定性和可靠性易受波動。

此外，對于一些半導體器件中，有源區內的元胞采用電容板結構，該結構可以實現電荷耦合，當耦合的電荷與其周圍漂移區內的電荷達到平衡時，兩種電荷形成的耗盡區即可支撐耐壓，對比傳統功率器件，這類器件所使用的外延硅材料的電阻率更小，可以獲得更低的導通電阻，然而較高的漂移區濃度對器件的終端耐壓結構提出了更高的要求，場限環39的數量需要更多，且工藝容寬更小，這些都是不利于這類先進器件的可靠性和性價比的。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種利用電荷耦合實現耐壓的功率MOS器件，其耐壓能力強，耐壓可靠性高，制作工藝簡單，并且終端保護區占用芯片整體面積的比重更低，具有極高的性價比，適宜于批量生產。

按照本實用新型提供的技術方案，所述利用電荷耦合實現耐壓的功率MOS器件，在所述功率MOS器件的俯視平面上，包括位于半導體基板的有源區和終端保護區，所述有源區位于半導體基板的中心區，終端保護區位于有源區的外圈并環繞包圍所述有源區，終端保護區內包括鄰接有源區的耐壓保護區；在所述功率MOS器件的截面上，所述半導體基板包括位于上方的第一導電類型漂移區以及位于下方的第一導電類型襯底，所述第一導電類型襯底鄰接第一導電類型漂移區，第一導電類型漂移區的上表面形成半導體基板的第一主面，第一導電類型襯底的下表面形成半導體基板的第二主面；其創新在于：

在所述功率MOS器件的俯視平面上，耐壓保護區內包括至少一個耐壓環，耐壓保護區內鄰近有源區的耐壓環形成連接耐壓環；