[发明专利]一种高压功率半导体器件的边缘终端结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种高压功率半导体器件的边缘终端结构。

背景技术

功率半导体器件，如垂直双扩散场效应晶体管(VDMOS)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等，为了得到一定的电流能力，往往是由若干元胞并联而成。由于元胞与元胞之间相互之间形成耗尽，因而不容易发生击穿。但是边缘元胞(又称过渡区或主结)由于耗尽层边缘的曲率半径小，造成电场线密集，它的电场强度远高于体内，因而击穿电压会远低于体内，击穿首先会发生在边缘元胞的表面。因此要采取特殊结构保护边缘元胞不提前击穿，以提高器件击穿电压，这些特殊结构就被称为终端结构。终端结构的作用就是减小边缘元胞承受的电场强度，从而提高边缘元胞的击穿电压，即提高了整个器件的击穿电压。边缘终端结构是功率半导体器件最核心的技术之一，边缘终端结构的优劣直接影响到功率器件的最高工作电压、漏电流大小及器件的稳定性和可靠性。

目前常用的终端结构为场限环和场板的组合结构，如图1所示，该结构主要包括场限环2和场板4，场限环2和场板4之间有氧化层3隔离，场限环2内掺杂与衬底导电类型不同的离子，与衬底之间形成耗尽层，场限环2和场板4为环状结构，并将器件1包围。采用场限环后，当反向电压增加到一定值时，边缘元胞上的耗尽层扩展到达场限环上，与场限环的耗尽层相连，如图1所示，边缘元胞与三个场限环的耗尽层互相穿通，使所加电压的一部分由场限环分担，减小了边缘元胞的电场强度，将边缘元胞的电场的值限制在临界击穿电场以内，并明显的改善边缘元胞耗尽区的曲率，减小了电场线密集程度，从而使击穿电压增大。

对于场限环的设计，主要考虑的是场限环的个数、间距等。通常来说，耐压会随着场限环个数的增加而上升，但是，场限环数目的增多也会增大所占的芯片面积，即会增加芯片的成本。因此，如何在不增加场限环个数，不增加芯片面积的情况下，提高耐压，即提高芯片面积的利用效率就成了关注的问题。

发明内容

本发明提供了一种高压功率半导体器件的边缘终端结构，有效提高边缘终端结构的面积效率，节省芯片面积，缩减芯片成本。

一种高压功率半导体器件的边缘终端结构，包括若干个将半导体器件环绕、与衬底具有相反导电类型的场限环，在场限环周围设有与场限环导电类型相同，掺杂浓度小于场限环的掺杂区域，该掺杂区域将场限环包裹。

场限环的浓度越低，场限环处的电场强度就越小，耐压就越高。但是，场限环内浓度的降低也有个极限，当场限环内浓度降低到使场限环与衬底之间形成的在场限环一侧的耗尽层把场限环完全耗尽，即该耗尽层的厚度等于场限环的结深，此时若浓度再降低反而会使电场强度增大，耐压减小。这个使耗尽层的厚度等于场限环的结深的浓度称之为场限环的极限浓度。

本发明在传统的场限环结构基础上增加了一浓度更低的区域，形成一种新的边缘终端结构，由于场限环的浓度大于极限浓度，场限环不会完全耗尽，因而可以进一步降低增加的掺杂区域的浓度，甚至可以降到极限浓度以下，从而可以使场限环的电场强度进一步降低，器件的击穿电压得到进一步提高。

为了进一步提高边缘终端结构的性能，所述的场限环上还可覆有场板，场限环与场板之间用二氧化硅层间隔，所述的场板选自金属、多晶硅、掺氧多晶硅，相邻的场板之间用二氧化硅间隔，该二氧化硅厚度大于场限环与场板之间的二氧化硅层。

半导体表面氧化层上加场板后，边缘元胞处部分径向分布的电场线会变为指向场板的纵向分布，从而减小了边缘元胞电场线的密集程度，降低了边缘元胞承受的电场强度，使击穿电压得到提高。

本发明的有益效果是：在不增加场限环个数，不增加芯片面积的情况下，可比现有技术提高耐压20％以上，即达到相同的耐压，可使用更少的场限环个数，有效的提高了边缘终端结构的面积效率，节省了芯片面积，减小了芯片成本。

附图说明

图1为传统高压功率半导体器件的边缘终端结构剖面图；

图2为本发明一个实施例边缘终端结构的剖面图；

图3为图2所示边缘终端结构的俯视图；

图4为图1所示传统边缘终端结构与图2所示本发明边缘终端结构的击穿曲线。

具体实施方式