[實用新型]基于垂直S型結的耐高壓元件

有效

• 申請號: 201921610277.0
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN210866182U
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 明辰;曲迪;白國人;王磊;李康
• 申請（專利權）人: 天津華慧芯科技集團有限公司
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/06;H01L21/28
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 蒙建軍

本實用新型公開了一種基于垂直S型結的耐高壓元件，涉及半導體技術領域，其特征在于：至少包括：單晶硅片、位于單晶硅片上表面的第二導電類型輕摻層、位于第二導電類型輕摻層一端的第一導電類型重摻雜層、位于第二導電類型輕摻層另一端的第二導電類型重摻層、與第一導電類型重摻雜層連通的第一電極、與所述第二導電類型重摻層連通的第二電極；相鄰兩條導電類型輕摻層之間為第一絕緣層；每條導電類型輕摻層的兩側均為第一絕緣層；第二導電類型輕摻層、第一絕緣層、第一導電類型重摻雜層和第二導電類型重摻層位于同一平面內；第一電極垂直于上述導電類型輕摻層；第二電極垂直于上述導電類型輕摻層；位于所述平面上的第二絕緣層。

技術領域

本實用新型涉及半導體技術領域，特別是涉及到一種基于垂直S型結的耐高壓元件。

背景技術

根據泊松方程，電勢空間變化梯度等于電場空間強度，電場空間變化梯度等于空間電荷濃度。對于一種需要承受電壓的結構，其電極兩端所能承受的最大電壓受限于材料本身的臨界電場，以及施加電壓后其內部的電場分布。在通常的耐壓結構設計中，電場線方向為某一特定的方向，欲獲得更高的耐壓，就需要更厚的材料。導致高耐壓器件體積較大，材料成本較高。

為電勢，ρ為電荷密度，ε₀為真空介電常數，ε_r為相對介電常數。

通過設計摻雜區與絕緣區的結構，使得電場線按照電勢下降最快的方向即S型路徑分布，通過擴展空間電荷區的長度，使電場線路徑長度增加，可達到耐受高壓的目的。傳統的耐高壓元件獲得更大耐壓特性的方法為改變材料的厚度或直接更換不同性質的材料，傳統的方法存在幾個缺點，一是耗盡區窄，容易形成區域性的電荷堆積，造成局部結溫過高，容易導致擊穿、漏電，同時會縮短器件的使用壽命；二是增加材料厚度，導致成本升高，同時也增加了器件工藝制作的難度。傳統器件電場線如圖1。

半導體應用至今，許多專家和學者均致力于改善上述問題，通過不斷的增加材料厚度或直接更換性能更好的材料試圖獲得更佳的耐壓特性，但上述方法始終也只是通過改變材料自身的物理特性來達到更大承壓的目的，并未高效地解決問題。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術中存在的上述技術問題，提供了一種基于垂直S型結的耐高壓元件，通過器件的內部結構來實現擴展耗盡區長度，進而達到衰減電場，耐受高壓的目的，從而在相同的材料厚度下更為高效地達到了耐受更強的高壓的目標，電場線成折疊的曲線。在PN結中通過增加電場線的路徑，擴展耗盡區的長度，進而提高了器件的耐壓特性。

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

本實用新型的第一目的是提供一種基于垂直S型結的耐高壓元件，至少包括：

單晶硅片(1013)，所述單晶硅片的厚度范圍是400～600um；

位于單晶硅片(1013)上表面的第二導電類型輕摻層(1022)；所述第二導電類型輕摻層(1022)包括M條相互平行的導電類型輕摻層，所述導電類型輕摻層為條形結構，其中：第N條導電類型輕摻層的尾部與第N+1條導電類型輕摻層的尾部連通；第N+1條導電類型輕摻層的頭部與第N+2條導電類型輕摻層的頭部連通；M為大于2的自然數，N為奇數；N 小于M；相鄰兩條導電類型輕摻層之間為第一絕緣層(1011)；每條導電類型輕摻層的兩側均為第一絕緣層(1011)；

位于第二導電類型輕摻層(1022)一端的第一導電類型重摻雜層(1021)；

位于第二導電類型輕摻層(1022)另一端的第二導電類型重摻層(1023)；

與所述第一導電類型重摻雜層(1021)連通的第一電極；