[發(fā)明專利]功率半導體器件及其制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711061805.7
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN108110040A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 金銳;崔磊;吳郁;何紫東;潘艷;趙巖;溫家良;徐向前;高明超;冷國慶;劉江;趙哿;王耀華;董少華
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 吳黎

本發(fā)明公開了功率半導體器件及其制造方法，其中所述功率半導體器件包括：第一半導體區(qū)域，其具有第一導電類型；至少一個第二半導體區(qū)域，設置在第一半導體區(qū)域上，并且第二半導體區(qū)域的表面與第一半導體區(qū)域的表面齊平，第二半導體區(qū)域具有與第一導電類型相反的第二導電類型；第一絕緣層，設置在第一半導體區(qū)域和第二半導體區(qū)域的表面上；第一絕緣層上對應于第二半導體區(qū)域的位置設置有至少一個開口；第二半導體區(qū)域的表面內對應于開口的位置形成有至少一個凹陷區(qū)域，凹陷區(qū)域為具有第一導電類型的半導體材料。本發(fā)明實施例所提供的功率半導體器件能夠在降低表面溫度的同時縮短橫向電阻區(qū)的長度，從而減小功率半導體器件的尺寸。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，具體涉及功率半導體器件及其制造方法。

背景技術

功率半導體器件需要具有處理高電壓、大電流的能力。圖1A和圖1B分別以二極管為例示出了現(xiàn)有功率半導體器件在承受正向偏壓和反向偏壓時的縱截面示意圖，其中100為N型襯底，200為P型摻雜區(qū)，300為第一電極，400為絕緣層，500為第二電極。在橫向位置上，第一電極300與P型摻雜區(qū)200接觸的部分稱為有源區(qū)；第一電極300與P型摻雜區(qū)200接觸的邊緣至P型摻雜區(qū)200的側邊緣稱為橫向電阻區(qū)，橫向電阻區(qū)可以等效為電阻R；有源區(qū)和橫向電阻區(qū)之外的部分稱為終端區(qū)。

如圖1A所示，當?shù)谝浑姌O300加正電壓、第二電極500加負電壓時(即正向導通時)，P型摻雜區(qū)200的多子空穴通過P型摻雜區(qū)200的邊緣流向N型摻雜區(qū)100，在N型摻雜區(qū)100形成過剩空穴(即過剩載流子)。由于P型摻雜區(qū)200表面的摻雜濃度較高、電阻較小，P型摻雜區(qū)200側邊緣(該側邊緣為圖1A和圖1B中粗線所示位置，虛線箭頭所示為空穴路徑)的空穴會集聚于該表面流入N型摻雜區(qū)100(也稱為發(fā)生側向空穴注入)。

如圖1B所示，當?shù)谝浑姌O300加負電壓、第二電極500加正電壓時(即反向恢復時)，N型摻雜區(qū)100的過剩空穴流入P型摻雜區(qū)200，再進一步被第一電極300抽取。同樣由于P型摻雜區(qū)200表面的摻雜濃度較高、電阻較小，P型摻雜區(qū)200側邊緣附近的空穴會集聚于該表面流入P型摻雜區(qū)200。由于反向恢復時電極的電壓差較高，因此反向恢復時的載流子集聚效應較為突出，使得P型摻雜區(qū)200的該表面溫度高于其他區(qū)域；并且瞬間抽取的過剩載流子越多，溫度越高。

正向導通時，若橫向電阻區(qū)的長度較短，甚至為零(即沒有橫向電阻區(qū))，則由于P型摻雜區(qū)100表面摻雜濃度較高、電阻較小，導致第一電極300至側邊緣的壓降較小，使得PN結偏壓較大，會有較多空穴通過側邊緣涌入N型摻雜區(qū)100；較長的橫向電阻區(qū)能夠使得第一電極300至側邊緣的壓降增大，側邊緣處PN結偏壓減小，瞬間通過側邊緣涌入N型摻雜區(qū)100的空穴數(shù)量減少，從而減小載流子的側向注入。

反向恢復時，橫向電阻區(qū)相當于空穴電流從圖1B中所示的電阻R的右端流向左端，使得右端的電壓高于左端，也即橫向電阻區(qū)形成自偏壓效應，具體地，由于第一電極300為負電壓、第二電極500為正電壓，則側邊緣與第二電極500的電壓差小于第一電極300與第二電極500的電壓差。由此，設置橫向電阻區(qū)域能夠降低側邊緣處PN結的反向偏壓以及降低側邊緣處的電場強度，使得瞬間被反向抽取的空穴數(shù)量減少，從而降低反向恢復過程中該表面的溫度。橫向電阻區(qū)的長度越長，自偏壓效應越強，瞬間被反向抽取的空穴數(shù)量越少，反向恢復過程中該表面的溫度越低。

因此，為解決P型摻雜區(qū)200的該表面的溫度，現(xiàn)有技術中通常將橫向電阻區(qū)的橫向長度做得較長，以減少瞬間通過側邊緣涌入N型摻雜區(qū)100的空穴數(shù)量、減少瞬間被反向抽取的空穴數(shù)量以及側邊緣處PN結的電場強度。然而，橫向電阻區(qū)的長度越長，功率半導體器件整體的尺寸越大。例如，對于現(xiàn)有用于3.3kV的高壓二極管，橫向電阻區(qū)的寬度達到上百甚至數(shù)百微米。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種功率半導體器件及其制造方法，以解決現(xiàn)有功率半導體器件為降低器件表面溫度而尺寸較大的問題。