[实用新型]一种具有超结结构的半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体功率器件技术领域，涉及一种高压功率器件，具体的为一种具有超结结构的半导体器件。

背景技术

传统纵向高压功率器件用低掺杂的外延漂移层作电压支持层，其导通电阻主要就是漂移层电阻。漂移层的耐压能力由其厚度和掺杂浓度决定。所以，为了提高击穿电压，必须同时增加漂移层厚度和降低其掺杂浓度。这就使得漂移层的电阻不断增加，在导通状态时(尤其是高压时)，漂移层电阻占导通电阻的绝大部分。

纵向超结半导体器件是一种具有金属氧化物半导体器件的绝缘栅结构优点同时具有高电流密度低导通电阻优点的新型器件，它是一种能用于有效地降低传统纵向高压功率器件的导电损耗的新型器件。它是基于电荷平衡原理的电荷补偿型器件。

超结半导体器件的基本特点是其由相互交替的，掺杂浓度较高的P型和N型区域构成的漂移区来实现耐压。在理想情况下，P型与N型掺杂区域的电荷严格平衡以便在达到击穿电压前，两区能实现完全耗尽，于是净余电荷急剧下降几乎为零。根据泊松方程，净电荷为零时，电场变为常数，这使得漂移区电场变为水平，即由传统的三角形分布变成矩形分布。在这种情况下，器件的击穿电压变得只与漂移区厚度有关，而与漂移区掺杂浓度无关，故可以通过适当增大漂移区掺杂浓度来降低导通电阻。

尽管如此，超结半导体器件在商业化的路途上困难重重，其设计难点在于器件的终端耐压结构。超结半导体器件的终端耐压结构有别于传统的纵向高压器件，这是因为超结半导体器件高浓度漂移区的存在，使得元胞区与终端耐压区之间的过渡区具有不规则的电场分布，从而降低器件的可靠性。在相关的现有技术中，有设计者提出在终端耐压区变化P/N区域的宽度比例，也有设计者提出在终端耐压区采用低浓度掺杂等，但这些方式均会带来工艺上的复杂度，从而增加成本，甚至会影响生产良率。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种具有超结结构的半导体器件；不增加工艺难度和成本，保证耐压要求，不增加额外的工艺制造过程，保证原有的终端结构尺寸，优化终端结构的表面电势分布，提高器件的可靠性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种具有超结结构的半导体器件，包括从下到上依次设置的N型掺杂半导体衬底和N型掺杂外延层；N型掺杂外延层内部设有P型填充阱区，P型填充阱区包括由内向外设置且结构相同的第一P型填充阱区、第二P型填充阱区和第三P型填充阱区；第一P型填充阱区的上侧设有第一P型掺杂区，第一P型掺杂区中设有N型掺杂区，第二P型填充阱区上侧设有第二P型掺杂区；所述的第一P型填充阱区、第一P型掺杂区、N型掺杂区和对应的部分N型掺杂外延层共同构成原胞源极区域C；所述的第二P型填充阱区、第二P型掺杂区、第三P型填充阱区和对应的部分N型掺杂外延层共同构成终端耐压结构区域T；上表面最外围设置有N型掺杂电极接触区的终端耐压结构区域T布置在原胞源极区域C的外围；原胞源极区域C和终端耐压结构区域T上方依次设有栅氧化层、介质层和上金属层，部分栅氧化层上方介质层内设置多晶硅；上金属层穿过栅氧化层和介质层对应连接在第一P型掺杂区和第二P型掺杂区上方的部分构成源极金属电极，对应连接在N型掺杂电极接触区上方的部分构成截止环电极；设置在N型掺杂半导体衬底下方的下金属层构成漏极金属电极；多晶硅对应原胞源极区域C的部分构成栅电极；多晶硅对应终端结构区域T的部分构成多晶硅场板结构，与源极金属电极相连的部分为内侧多晶硅场板结构，与截止环电极相连为外侧多晶硅场板结构，内侧多晶硅场板结构与外侧多晶硅场板结构之间设置有若干呈间隔环形设置的中间多晶硅场板结构。

优选的，P型填充阱区采用深槽腐蚀和硅回填工艺，表面平坦化处理后形成。

优选的，中间多晶硅场板结构由若干浮置的多晶硅绕制而成。

优选的，原胞源极区域C内沿长度方向第一P型填充阱区和N型掺杂外延层交替排列；终端结构区域T内沿长度方向第二P型填充阱区和第三P型填充阱区按顺序依次与N型掺杂外延层交替排列。

进一步，中间多晶硅场板结构在终端结构区域T的长度方向上平行设置于第三P型填充阱区上方，在终端结构区域T的宽度方向上垂直设置于第三P型填充阱区上方，在方向变换时采用圆弧过渡。

再进一步，中间多晶硅场板结构在终端结构区域T的长度方向上与对应的第三P型填充阱区向外呈错位设置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：