[發(fā)明專利]一種具有阻性場(chǎng)板的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910400968.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN110212017B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程駿驥;陳為真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/40
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，涉及橫向耐壓區(qū)，具體提供一種有阻性場(chǎng)板的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)，應(yīng)用于半導(dǎo)體功率器件的結(jié)邊緣終端或者橫向半導(dǎo)體功率器件包括LDMOS(Lateral Double?Diffused MOSFET)、LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor)。本發(fā)明通過在超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)中的絕緣介質(zhì)槽與具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體漂移區(qū)之間增加阻性場(chǎng)板，調(diào)制反向耐壓狀態(tài)下的表面電場(chǎng)分布，使其更加均勻，從而優(yōu)化擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，涉及橫向耐壓區(qū)，特別是帶有槽型結(jié)構(gòu)的橫向耐壓區(qū)；可應(yīng)用于半導(dǎo)體功率器件的結(jié)邊緣終端，或者橫向半導(dǎo)體功率器件包括LDMOS(Lateral Do uble-Diffused MOSFET)、LIGBT(Lateral Insulated Gate BipolarTransistor)等的耐壓區(qū)。

背景技術(shù)

橫向半導(dǎo)體功率器件，如LDMOS(Lateral Double-Diffused MOSFET，LDMOS)等，在功率集成電路上有著廣泛的應(yīng)用，但它們通常需要很長(zhǎng)的橫向耐壓區(qū)來(lái)承受高的反向耐壓，占用芯片面積很大。為此人們提出了一種帶有槽型結(jié)構(gòu)的橫向耐壓區(qū)(本文稱為“普通的帶槽橫向耐壓區(qū)”)，如圖1所示；該耐壓區(qū)通過在表面嵌入一個(gè)填充絕緣介質(zhì)的槽，來(lái)代替原有的半導(dǎo)體材料，以獲得兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：其一、因?yàn)榻^緣介質(zhì)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體材料的，所以與以前的無(wú)槽耐壓區(qū)相比，在承受相同反向電壓的條件下，有槽耐壓區(qū)所需的橫向?qū)挾雀。黄涠⑺度氲慕橘|(zhì)槽等效增加了半導(dǎo)體中漂移區(qū)的總長(zhǎng)度，從無(wú)槽時(shí)的O₁至O₄的直線距離，增加為帶槽時(shí)的O₁-O₂-O₃-O₄這一折疊的距離(漂移區(qū)折疊總長(zhǎng))，利于在相同橫向器件寬度的條件下獲得更高的擊穿電壓。

進(jìn)一步地，把“超結(jié)技術(shù)”(美國(guó)專利：US 5216275A)應(yīng)用到普通的帶槽橫向耐壓區(qū)中，可以延伸出一種有超結(jié)漂移區(qū)的帶槽橫向耐壓區(qū)(本文稱為“傳統(tǒng)的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)”)，如圖2所示；這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，P型漂移區(qū)08可以對(duì)N型漂移區(qū)02進(jìn)行電荷補(bǔ)償，兩者形成超結(jié)漂移區(qū)，從而在相同耐壓要求下提高漂移區(qū)濃度，降低漂移區(qū)電阻。

然而無(wú)論是普通的帶槽橫向耐壓區(qū)，還是傳統(tǒng)的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)，都存在一個(gè)致命弱點(diǎn)：它們的表面電場(chǎng)分布會(huì)受到槽電容的破壞。這里所謂的槽電容，其介質(zhì)就是槽中的絕緣介質(zhì)，其兩個(gè)極板分別就是O₁-O₂左側(cè)的和O₃-O₄右側(cè)的半導(dǎo)體區(qū)。當(dāng)耐壓區(qū)反向耐壓時(shí)，陰極07接高電位，陽(yáng)極05接低電位，在槽電容上會(huì)形成一個(gè)縱向變化的電勢(shì)差；具體而言，在槽的表面，這個(gè)電勢(shì)差是O₁與O₄之間的電壓，接近陰極與陽(yáng)極之間所承受的反向電壓；在槽的底部，這個(gè)電勢(shì)差是O₂與O₃之間的電壓，接近于零；槽電容上縱向變化的電勢(shì)差會(huì)在兩個(gè)極板感應(yīng)出數(shù)量也相應(yīng)縱向變化的電荷，這些電荷將破壞耐壓區(qū)的表面電場(chǎng)分布；特別地，對(duì)于傳統(tǒng)的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)而言，這些電荷破壞了P型漂移區(qū)08和N型漂移區(qū)02之間的電荷平衡條件，使超結(jié)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不能完全發(fā)揮出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明之目的在于提出一種有阻性場(chǎng)板的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)，用以優(yōu)化擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系。本發(fā)明在傳統(tǒng)的超結(jié)帶槽橫向耐壓區(qū)的基礎(chǔ)上，在槽內(nèi)嵌入一個(gè)阻性場(chǎng)板，它的兩端分別與陰極和陽(yáng)極相連，阻性場(chǎng)板具有很高、且均勻的電阻率。當(dāng)耐壓區(qū)反向耐壓時(shí)，阻性場(chǎng)板中將流過一股微弱的電流，在電流的路徑上將產(chǎn)生均勻的電勢(shì)分布；如此可以對(duì)半導(dǎo)體中的表面電場(chǎng)分布起到調(diào)制作用，尤其屏蔽了槽電容的影響，縮短槽的寬度，使超結(jié)漂移區(qū)滿足電荷平衡條件，最終優(yōu)化擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：