[實用新型]功率器件

有效

• 申請號: 201621164000.6
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN206422069U
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 張邵華
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L27/02;H01L29/10
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,張靖琳

技術領域

本實用新型涉及一種功率器件，尤其涉及包括電荷補償結構的功率器件。

背景技術

功率器件主要用于大功率的電源電路和控制電路中，例如作為開關元件或整流元件。在功率器件中，不同摻雜類型的摻雜區形成PN結，從而實現二極管或晶體管的功能。功率器件在應用中通常需要在高電壓下承載大電流。一方面，為了滿足高電壓應用的需求以及提高器件可靠性和壽命，功率器件需要具有高擊穿電壓。另一方面，為了降低功率器件自身的功耗和產生的熱量，功率器件需要具有低導通電阻。

在美國專利US5216275和US4754310公開了電荷補償類型的功率器件，其中多個P型摻雜區和多個N型摻雜區交替橫向排列或垂直堆疊。在功率器件的導通狀態，P型摻雜區和N型摻雜區之一提供低阻抗的導電路徑。在功率器件的斷開狀態，彼此相鄰的P型摻雜區和N型摻雜區的電荷可以相互耗盡。因而，電荷補償類型的功率器件可以顯著減小導通電阻，從而降低功耗。

另一種改進的功率器件包括環區和由環區圍繞的元胞區。在元胞區中形成功率器件的P型摻雜區和N型摻雜區，在環區中形成附加的P型摻雜區和N型摻雜區。環區對于功率器件的高壓特性和可靠性特性至關重要。當器件關斷的時候，環區起到緩解器件邊緣表面電場作用，尤其在高溫和高壓情況下，減小電場對于器件表面氧化層的沖擊，降低高溫下器件漏電流。通常而言，希望環區的耐壓要比元胞區的耐壓高一些，由此器件發生擊穿的時候，大部分電流能從元胞區流出。元胞區的面積相對環區面積要大很多，有利于提高器件的雪崩能力。

期望在功率器件中包含上述兩種結構，以同時減小導通電阻和提高耐壓特性。然而，在實際應用中，電荷補償型器件的導通電阻和耐壓特性之間是一對矛盾參數。雖然可以通過增加N型摻雜區的雜質濃度，提高電流通道的電流能力，獲得較小導通電阻。但是，由于N型摻雜區雜質濃度增加，對補償匹配度的要求很高，很難重復做到N型摻雜區和P型摻雜區雜質濃度完全相同，兩者雜區雜質濃度稍有偏差，耐壓就會大幅度的降低，出現耐壓不穩定的情況。尤其在環區，更加難做到提高耐壓，改善可靠性的目的。

在包括電荷補償和環區的功率器件中，仍然需要進一步改進環區結構，以兼顧導通電阻和擊穿電壓的要求。

實用新型內容

鑒于上述問題，本實用新型的目的是提供一種功率器件，其中，在功率器件的環區中采用附加的電荷補償結構以以兼顧導通電阻和擊穿電壓的要求。

根據本實用新型的一方面，提供一種功率器件，包括：半導體襯底；位于所述半導體襯底上的第一摻雜區；位于所述第一摻雜區的第一區域中的多個第二摻雜區；以及位于所述第一摻雜區的第二區域中的多個第三摻雜區，其中，所述半導體襯底和所述第一摻雜區分別為第一摻雜類型，所述多個第二摻雜區和所述多個第三摻雜區分別為第二摻雜類型，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反，所述多個第二摻雜區彼此隔開第一預定間距，與所述第一摻雜區形成第一電荷補償結構，所述第一電荷補償結構和所述半導體襯底位于電流通道上，所述多個第三摻雜區彼此隔開第二預定間距，與所述第一摻雜區形成第二電荷補償結構，所述第二電荷補償結構用于分散所述功率器件連續的表面電場。

優選地，所述第一電荷補償結構位于所述功率器件的元胞區中，所述第二電荷補償結構位于所述功率器件的環區中，所述環區圍繞所述元胞區。

優選地，所述多個第二摻雜區和所述多個第三摻雜區分別在所述第一摻雜區中沿縱向方向朝著所述半導體襯底延伸，并且摻雜濃度非線性減小。

優選地，所述多個第二摻雜區和所述多個第三摻雜區的平均摻雜濃度分別小于所述第一摻雜區的平均摻雜濃度。

優選地，所述多個第二摻雜區的平均摻雜濃度大于所述多個第三摻雜區的平均摻雜濃度，從而利用所述平均摻雜濃度的差異減小所述元胞區的導通電阻和提高所述元胞區的擊穿電壓。

優選地，所述多個第二摻雜區的平均摻雜濃度比所述多個第三摻雜區的平均摻雜濃度大10％或更多。

優選地，所述多個第二摻雜區分別包括第一子區域和第二子區域，所述第一子區域的平均摻雜濃度小于所述第一摻雜區的摻雜濃度，所述第二子區域的平均摻雜濃度等于所述第一摻雜區的摻雜濃度。

優選地，所述第一子區域的平均摻雜濃度比所述第一摻雜區的平均摻雜濃度小20％或更多。

優選地，所述多個第二摻雜區具有第一橫向尺寸，所述多個第三摻雜區具有第二橫向尺寸，并且所述第一橫向尺寸大于所述第二橫向尺寸。