[發明專利]摻雜濃度漸變的圓形漂移區半導體器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202110547013.0
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113270481B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 張春偉;向振宇;李陽;岳文靜;高嵩;闞皞
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種摻雜濃度漸變的圓形漂移區半導體器件及其制備方法，包括：半導體襯底，以及位于半導體襯底表面的漂移區；所述漂移區與半導體襯底之間的邊界為圓弧；在所述漂移區全部區域或者設定的部分區域內，其各位置的摻雜濃度處于到之間，其中，E_c為漂移區材料的臨界擊穿電場強度，ε₀為真空介電常數，ε_r為漂移區材料的相對介電常數，q為單位電荷量，R為相應位置到所述圓弧所在圓心的距離。本發明通過將器件的摻雜濃度漸變，會使器件的電場集中效應對電場的影響與漂移區空間電荷區對電場的影響相互抵消，從而使器件獲得極佳的耐壓能力。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種摻雜濃度漸變的圓形漂移區半導體器件及其制備方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

功率半導體器件具有高的關斷耐壓能力和高的開態電流流通能力，廣泛應用于電機驅動芯片、電源管理芯片及各種電源管理系統，這些應用要求功率半導體器件具有高的擊穿電壓和低的導通電阻，而擊穿電壓和導通電阻是一對相互矛盾的參數，如何緩解兩個參數之間的矛盾、使器件同時具備高擊穿電壓和低導通電阻一直是困擾功率半導體器件設計者的重要問題。雖然現有技術提出了漂移區為圓形的半導體器件結構，但是沒有給出器件漂移區的摻雜方式，僅僅將器件漂移區改為圓形無法優化器件的電場分布，無法有效解決器件擊穿電壓和導通電阻的矛盾。

另外，碳化硅、氮化鎵、氧化鎵和金剛石等寬禁帶材料具有高的禁帶寬度和大的臨界擊穿電場，在功率半導體器件制備方面具有明顯的優勢，然而寬禁帶半導體材料的制備和摻雜困難，尤其是P型氮化鎵材料的制備非常困難，使得現有氮化鎵器件難以制備P型體區，因此，無需P型區的氮化鎵器件結構對于GaN材料的應用具有重要價值，利用異質結界面處的二維電子氣形成的高電子遷移率晶體管是一種無需P型區的器件結構，雖然高電子遷移率晶體管無需P型區，但是，為了實現器件耐壓，它的緩沖層必須為高阻層，這導致高阻層無法用于器件的電流流通，不利于器件電流能力的提升。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種摻雜濃度漸變的圓形漂移區半導體器件及其制備方法，該器件具有均勻的電場分布和高的耐壓能力，而且所提出的器件制備方法具有較低的制備成本。

根據本發明實施例的第一個方面，公開了一種摻雜濃度漸變的圓形漂移區半導體器件，包括：半導體襯底，以及位于半導體襯底表面的漂移區；所述漂移區與半導體襯底之間的邊界為圓弧；

在所述漂移區全部區域或者設定的部分區域內，其各位置的摻雜濃度處于到之間，其中，E_c為漂移區材料的臨界擊穿電場強度，ε₀為真空介電常數，ε_r為漂移區材料的相對介電常數，q為單位電荷量，R為相應位置到所述圓弧所在圓心的距離。

根據本發明實施例的第二個方面，公開了一種摻雜濃度漸變的近似圓形漂移區半導體器件，包括：半導體襯底，以及位于半導體襯底表面的漂移區；所述漂移區與半導體襯底之間的邊界為橢圓弧形，或者由兩段或兩段以上的弧連接而成的多段弧形；

基于所述橢圓弧或多段弧確定一個等效圓弧；

所述漂移區全部區域或者設定的部分區域內，其各位置的摻雜濃度處于到之間，其中，E_c為漂移區材料的臨界擊穿電場強度，ε₀為真空介電常數，ε_r為漂移區材料的相對介電常數，q為單位電荷量，R_e為相應位置到所述等效圓弧所在圓心的距離。

根據本發明實施例的第三個方面，公開了一種電源管理芯片，采用上述的半導體器件。

根據本發明實施例的第四個方面，公開了一種半導體器件的制備方法，包括：

利用光刻膠在襯底表面形成刻蝕窗口；