[發明專利]由半導體與含導電區域的絕緣體構成的半導體器件耐壓區

在審

• 申請號: 201610013035.8
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN106960868A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 陳星弼
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 孫寶海

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及高壓(或功率)半導體器件的耐壓層。

背景技術

眾所周知，在通常的功率器件中，器件在關斷時，施加于PN結上的反向高壓是由一個摻雜較輕且較厚的半導體層來承受的，以下稱為耐壓層。對于功率器件而言，導通電阻R_on也主要由耐壓層決定。耐壓越高，耐壓層摻雜越輕且厚度越厚，從而導致器件的導通電阻急劇增大。傳統的縱向功率器件的導通電阻R_on正比于器件的擊穿電壓V_B的2.5次方關系。

本發明人的中國發明專利ZL91101845.X及美國發明專利5,216,275解決了上述問題。解決方法是通過在耐壓區中引入兩種導電類型的半導體來提高器件的耐壓同時降低器件的導通電阻，該結構被稱為復合緩沖層或超結。利用上述發明的結構，器件耐壓層的導通電阻R_on與擊穿電壓V_B的關系由原來的2.5次方被降低到了1.3次方。這是傳統耐壓層關系的一個重大突破。

超結器件由于靠耐壓層的N型與P型半導體的互補原理提高了耐壓降低了導通電阻，但是在實際制造中對工藝的要求較高，需要嚴格控制N型與P型兩種半導體的劑量。

發明內容

本發明提出一種半導體器件，在該半導體器件的第一主表面(各圖中除電極以外的最上表面)和第二主表面(各圖中除電極以外的最下表面)內至少含有一個元胞，每個元胞在緊貼第一主表面內有一個 器件的第一特征區(例如圖1、圖2和圖3中的p⁺區24，或圖7中的M區21，或圖8中的p區22及M區21，或圖9中的p區57及n⁺區56，或圖10-13中的p⁺區29、n⁺區30及柵絕緣區32)，在緊貼第二主表面內有一個器件的第二特征區(圖1、圖2、圖3和圖7中的n⁺區25，或圖8中的n區20及n⁺區25，或圖10中的n⁺區28與n區45，或圖11中的n⁺區28，或圖12中的p⁺區36，或圖13中的p⁺區36與n區46，或圖14中的p⁺區54與n區55，或圖16中的n⁺區51)；在器件的第一特征區和第二特征區之間存在一個耐壓區(圖1A、圖3、圖7、圖8、圖9、圖14、圖16中的n區27與(I+C)區38，或圖2A中的p區37與(I+C)區38，或圖2B、圖2C、圖11-13中的n區27與p區37及(I+C)區38，或圖10中的n區43與(I+C)區38)。耐壓區在關斷態能夠耐高壓但電流小至可忽略，在導通態有很低的壓降但電流密度可以達到很大。

耐壓區包括至少一個半導體區(圖1A、圖3、圖7、圖8、圖9、圖14、圖16中的n區27，或圖2A中的p區37，或圖2B、圖2C、圖11-13中的n區27與p區37，或圖10中的n區43)和一個(I+C)區,(I+C)區既有絕緣體又有導電體(各圖中的38區)。

半導體區和(I+C)區是直接連接的。

半導體器件包含至少兩個電極：一個電極與第一主表面的部分或全部直接連接，另一個電極與第二主表面的部分或全部直接連接；這兩個電極位于第一主表面和第二主表面之間區域的外面。

可選地，參見圖4和圖5，半導體器件是由多個元胞密堆積形成的。在器件的第一特征區和第二特征區之間的一個剖面上，耐壓區的構造可以是叉指條形結構(參見圖4A、圖5A)，或六角形結構(參見圖4G、圖4H、圖5H和圖5I)，或矩形結構(參見圖4D、圖4E、圖5D和圖5E)，或正方形結構(參見圖4B、圖4C、圖5B、圖5C)，或鑲嵌正方形結構(參見圖4F、圖5F和圖5G)。

(I+C)區38的橫截面積與半導體區的橫截面積的比例是不變的(例如圖1、圖2、圖3)或是根據與器件第一特征區的距離而變化(例 如圖15和圖16)。

可選地，參見圖2和圖3，上文中的半導體器件，耐壓區中的半導體區由第一種導電類型的半導體區與/或第二種導電類型的半導體區構成(例如圖2A中的耐壓區中的半導體區是n型區27，圖2B中的耐壓區中的半導體區是p型區37，圖2C中的耐壓區中的半導體區是由n型區27與p型區37構成)。

可選地，參見圖2、圖3及圖9-11，器件的第二特征區是一個第一種導電類型的半導體區(例如圖2、圖3中的n⁺區25)。