[實(shí)用新型]用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720819461.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207009439U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張峰;溫正欣;高怡瑞;李昀佶;申占偉;陳彤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 泰科天潤(rùn)半導(dǎo)體科技（北京）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/06;H01L21/04
• 代理公司: 北京卓孚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11523
• 代理人: 李亞,劉光明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及碳化硅半導(dǎo)體功率器件制備領(lǐng)域，具體地涉及一種用于高壓碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

碳化硅作為一種新興的第三代半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的物理和電學(xué)特性。在充電器件、軌道交通、智能電網(wǎng)、綠色能源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

由于半導(dǎo)體器件的尺寸有限，為了緩解器件邊緣電場(chǎng)集中而導(dǎo)致器件擊穿的問(wèn)題，通常會(huì)在功率器件結(jié)邊緣設(shè)置用于保護(hù)器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的終端結(jié)構(gòu)主要有場(chǎng)板、場(chǎng)限環(huán)、結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)等，這些終端結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在各類(lèi)半導(dǎo)體功率器件中。

對(duì)于普通的碳化硅功率器件，僅使用單一的終端結(jié)構(gòu)即可滿(mǎn)足阻斷電壓要求。然而對(duì)一致性和可靠性要求更高的器件，需要更大的終端面積和多次光刻、離子注入的工藝過(guò)程，受限于材料成本和終端結(jié)構(gòu)帶來(lái)的良品率問(wèn)題，單一終端結(jié)構(gòu)的碳化硅功率器件愈顯劣勢(shì)：高壓碳化硅器件的終端占用晶片面積過(guò)大，工藝次數(shù)較多，良品率和可重復(fù)型較低；碳化硅單一終端可能會(huì)由于注入離子在退火中發(fā)生擴(kuò)散而使終端性能大幅下降。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)。利用盡量少的光刻次數(shù)和離子注入次數(shù)，形成占用面積較小、良品率高和可重復(fù)性高的碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)。

該復(fù)合終端結(jié)構(gòu)可以在碳化硅JBS二極管器件、PIN二極管器件、MOSFET器件和IGBT器件等器件中實(shí)現(xiàn)，但不限于這幾種功率器件。

本實(shí)用新型提供一種用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：第一結(jié)終端擴(kuò)展；第二結(jié)終端擴(kuò)展；場(chǎng)限環(huán)；所述第一結(jié)終端擴(kuò)展和所述第二結(jié)終端擴(kuò)展的重合部分形成的第一重合區(qū)域；以及所述場(chǎng)限環(huán)和所述第二結(jié)終端擴(kuò)展的重合部分形成的第二重合區(qū)域。

根據(jù)本實(shí)用新型的用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其中，所述第一結(jié)終端擴(kuò)展的寬度比所述第二結(jié)終端擴(kuò)展的寬度短，所述第一結(jié)終端擴(kuò)展的深度比所述第二結(jié)終端擴(kuò)展的深度深。

根據(jù)本實(shí)用新型的用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其中，所述場(chǎng)限環(huán)與所述第一結(jié)終端擴(kuò)展同時(shí)形成，所述場(chǎng)限環(huán)與所述第一結(jié)終端擴(kuò)展具有相同的摻雜濃度和深度。

根據(jù)本實(shí)用新型的用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其中，所述第一重合區(qū)域的寬度與所述第一結(jié)終端擴(kuò)展的寬度相同，所述第一重合區(qū)域的摻雜濃度等于所述第一結(jié)終端擴(kuò)展與所述第二結(jié)終端擴(kuò)展的摻雜濃度之和；所述第二重合區(qū)域的寬度與所述場(chǎng)限環(huán)的寬度相同，所述第二重合區(qū)域的摻雜濃度等于所述第二結(jié)終端擴(kuò)展與所述場(chǎng)限環(huán)的摻雜濃度之和。

根據(jù)本實(shí)用新型的用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合終端結(jié)構(gòu)和主結(jié)在外延片上形成，所述復(fù)合終端結(jié)構(gòu)與所述主結(jié)直接相連，與所述主結(jié)具有相同的摻雜類(lèi)型。

根據(jù)本實(shí)用新型的用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其中，所述第一結(jié)終端擴(kuò)展與所述場(chǎng)限環(huán)的深度大于所述主結(jié)的深度，所述第二結(jié)終端擴(kuò)展的深度小于所述主結(jié)的深度。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的用于碳化硅半導(dǎo)體功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了以下有益的技術(shù)效果：在不改變終端面積的情況下，提高了對(duì)終端離子注入濃度誤差的容忍范圍；最大程度地避免了注入離子擴(kuò)散對(duì)器件終端的影響，并減小了器件終端面積，提高了器件良品率。利用盡量少的光刻次數(shù)和離子注入次數(shù)，形成適用于600V以上的碳化硅功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)。該復(fù)合終端結(jié)構(gòu)適用于高壓碳化硅功率器件，如碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET、碳化硅PiN二極管、碳化硅IGBT等器件。

附圖說(shuō)明

下面參考附圖結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本實(shí)用新型。在附圖中：

圖1示意了本實(shí)用新型實(shí)施例的用于高壓碳化硅功率器件的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)；

圖2(a)示意了常規(guī)雙JTE結(jié)構(gòu)的終端結(jié)構(gòu)；

圖2(b)示意了常規(guī)雙JTE結(jié)構(gòu)應(yīng)用在10kV量級(jí)SiC IGBT器件中時(shí)，理想狀況下器件阻斷電壓與摻雜濃度間的關(guān)系；

圖2(c)示意了常規(guī)雙JTE結(jié)構(gòu)應(yīng)用在10kV量級(jí)SiC IGBT器件時(shí)，若出現(xiàn)注入離子擴(kuò)散，阻斷電壓與摻雜濃度間的關(guān)系；

圖3(a)示意了本實(shí)用新型實(shí)施例的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)應(yīng)用在10kV量級(jí)SiC IGBT器件時(shí)，器件的阻斷電壓與摻雜濃度之間的關(guān)系；

圖3(b)示意了本實(shí)用新型實(shí)施例的復(fù)合終端結(jié)構(gòu)應(yīng)用在10kV量級(jí)SiC IGBT器件時(shí)，阻斷12kV電壓時(shí)，器件終端底部的電場(chǎng)強(qiáng)度分布；