[發明專利]一種基于多級場板的超結終端結構

在審

• 申請號: 202110787200.6
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113488529A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 趙建明;張宜堯;陳龍;陳彥旭;陳勇;徐開凱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于多級場板的超結終端結構，從器件邊緣向器件元胞方向依次為終端區和元胞區，其中終端區主要包括多個第二導電類型重摻雜摻雜柱區、第一導電類型漂移區、截至環、場氧層和多層金屬場板；其中多個第二導電類型重摻雜摻雜柱區和第一導電類型漂移區組成超結結構，從而降低導通電阻；將多層金屬有序層疊，使多層金屬場板和場氧層互補排列，增加了金屬場板末端下的場氧層厚度，降低了終端表面峰值電場，使器件終端具有更為平坦的電場分布，達到增加器件終端擊穿電壓的目的。

技術領域

發明屬于半導體功率器件技術領域，具體的說涉及一種超結功率器件終端結構。

背景技術

超結結構是功率器件中的一個重要的結構，它通過交替的PN結實現橫向耗盡，使得器件內部擁有了更為平整的耐壓區電場分布，從而一舉打破了硅極限，在原有的耐壓等級下還可以大大增加漂移區摻雜濃度，進而得到更低的導通電阻。

而超結結構的終端技術一直是一個難點。傳統的以外延層耐壓的半導體功率器件為了獲取更高的耐壓，一般有著很低的漂移區摻雜濃度，而超結器件不同，它具有更高的漂移區摻雜濃度，若此時只將傳統的終端設計應用于超結器件，比如場限制環，那么環間電場強度將會大大超過同等耐壓等級下的傳統結構，導致終端耐壓大大降低；并且，超結結構的耗盡區必須要考慮縱向和橫向兩個方向，如果忽略了縱向的電場分布,終端區的擊穿電壓可能比有源區的要低很多。因此，超結器件終端的設計比一般的功率器件有著更多的考慮，要基于漂移區超結結構耐壓的原理之上。

傳統的超結終端常在超結區域的上方加上一塊場板，如圖1所示。如果沒有場板，那么結附近由于曲率半徑和表面效應會出現電場峰值，此時耐壓往往很低；加上場板后，通過在場板上加偏壓可以使耗盡層沿著表面向主結外側擴展，緩解器件表面電場集中，使擊穿發生在體內，從而使擊穿電壓提高。同時金屬場板制造非常簡單，其中金屬場板可以與器件電極一起形成，無需增加單獨的工藝步驟，因此經常被人們采用。但是，如果器件的擊穿電壓的要求較高，或者終端尺寸較大，那么一層金屬場板就很難滿足設計要求，因為單純增加場板尺寸不一定使耐壓明顯增加。因此，需要繼續對超結終端結構進行改進。

發明內容

本發明為解決現有超結功率器件終端耐壓較低的問題，提供了一種基于多級場板的超結終端結構。通過在頂層設置多級金屬場板，降低了表面峰值電場，使器件終端具有更為平坦的電場分布，最大限度發揮了超結結構的耐壓優勢，提升了超結終端結構的耐壓性能。

本發明的技術方案如下：

一種基于多級場板的超結終端結構，其特征在于，從器件邊緣向器件元胞方向依次為終端區II和元胞區I，所述終端區II和元胞區I共用第一導電類型重摻雜襯底、第一導電類型外延層和漏極金屬；

終端區II包括：位于所述第一導電類型外延層中的多個通過第一導電類型外延層相隔離的相互獨立的第二導電類型重摻雜摻雜柱區，位于器件邊緣且在所述第一導電類型外延層上層的截止環，位于所述第一導電類型外延層之上呈互補排列的四層金屬場板和場氧層；

元胞區I包括：位于所述第一導電類型外延層中的多個通過第一導電類型外延層相隔離的相互獨立的第二導電類型重摻雜摻雜柱區，位于所述第二導電類型重摻雜摻雜柱區上方的第二導電類型重摻雜基區，位于所述第二導電類型重摻雜基區內的第二導電類型重摻雜源區，位于所述第二導電類型重摻雜基區內且在第二導電類型重摻雜源區兩側的第一導電類型源區，位于所述第一導電類型外延層之上且在第一導電類型源區之間的柵及其氧化層，位于所述第一導電類型外延層之上的源極金屬層。

進一步地，本發明中所述場氧層和金屬場板都呈叉指狀且互相交叉排列。

進一步地，本發明中所述四層金屬場板的長度呈1:2:3:4的關系。

進一步地，本發明中所述金屬場板的右端具有多層向外延伸的金屬層，且每層厚度相等，任意相鄰金屬層的間距相同。

進一步地，本發明中所述金屬場板的層數可以隨終端區II的長度而變化，可以是2、3、4，也可以是5、6，甚至更大。