[发明专利]高压半导体设备

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体设备，特别但不排他地涉及一种宽带隙材料基的功率半导体设备(power semiconductor device)

背景技术

SiC的宽带隙(不考虑多种类型)在雪崩击穿之前导致非常高的临界电场。该临界场大约是Si的十倍，因此需要将材料厚度的十分之一在截止状态下维持给定电压，这又导致了在导通状态下更低的电阻。这种较低的电阻降低了设备的功率损耗，从而实现了系统的整体节能。

然而，当计算真实设备的实际击穿电压时必须小心，因为理论临界电场假设无限平面结合。然而，在实际情况下，场加剧发生在扩散区域的边缘周围，并且击穿电压作为结构曲率半径的强函数而减小(参见例如：J Baliga所著，功率半导体设备的基础知识，第108页)。

这个问题在上下文中的Si设备是很好理解的，且解决方案被发现，通过在有源结合点的边缘周围添加进一步的场释放结构(J Baliga所著，功率半导体设备的基础知识，第130页)。这种场释放结构如图1所示。场释放结构可以逐渐释放设备边缘处的消耗区域。电压被提供在每对p+环之间，从而减少表面处电场的拥挤。环的间隔和深度被设计成使得在每对环之间表面处的电场峰值几乎相等，并且最终结构的击穿电压显着增加。

在Si基的设备中也提出了结合点终端扩展(JTE)结构。这样的JTE结构如图2所示。该结构使用多个区域，其中，掺杂级从有源区域向终端末端减小。效果类似于场环所实现的效果-即设备边缘处消耗区域的逐渐释放。电压理想地沿着JTE区域均匀地被提供。

然而，SiC在这一领域出现了新的挑战，最重要的是如上所述，SiC中的电场非常高，因此这种场加剧问题更严重。因此，将Si溶液外推到SiC上将导致非常复杂的结构且具有更小的，该尺寸在使用正常生产设备的情况下是不切实际。

此外，材料本身存在问题；由于掺杂物扩散在SiC中是可以忽略的，所以在Si中使用的深而缓慢弯曲的扩散结构不能被再生产，并且离子植入的替代掺杂物引入方法本身不能产生相同的结构。事实上，在SiC中引入局部掺杂的唯一实际方法是离子植入，但是将植入能量再次保持在生产设备范围内的结果是相当浅的结合点，深度为0.5微米，这加剧了整个问题。

本发明的目的是解决上述问题。

发明内容

方面和优选特征在所附权利要求中阐述。

在这里公开了一种宽带隙高压半导体设备，其包括：

半导体基底；

设置在半导体基底上的第二导电类型的半导体漂移区域；

位于半导体漂移区域内的与第二导电类型相反的第一导电类型的主体区域；

位于主体区域内的第二导电类型的源极区域；

位于源极区域上方并与其接触的栅极，其用于控制半导体漂移区域和源极区域之间的沟道区域中的电荷，从而控制半导体漂移区域内的电荷流动；

其中,主体区域包括横向延伸到漂移区域中的第一导电类型的横向延伸部，该横向延伸部与晶体管的表面间隔开。

晶体管的表面可以平行于沟道区域。设备的表面可以由形成晶体管的源极接触和栅极的平面限定。

横向延伸部可以与晶体管的表面垂直间隔开。术语“垂直”与栅极的横向距离有关。

整个横向延伸部可以与晶体管的表面垂直间隔开。

主体区域可以包括与栅极邻近(或紧挨着下方)的第一部分和位于比第一部分更深的第二部分，第一部分的掺杂浓度可高于第二部分的掺杂浓度。主体区域还可以包括与n+源极区域接触的p+区域。p+和n+区域与源极区域接触或电极短路。当短路时，p+区域也可以形成源极区域的一部分。应当理解，源极区域与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极相同，因此当考虑IGBT结构时，源极区域也涵盖集电极操作。

横向延伸部可以仅从主体区域的第二较深部分横向延伸。术语“横向”涉及在与设备的栅极或其他触点平行的方向上延伸。

横向延伸部的掺杂浓度可以与主体区域的第二较深部分的掺杂浓度基本相同。术语“实质上”涉及几乎相同。应当理解，可以在制造过程期间优化横向延伸部的掺杂浓度或剂量，从而可以实现改进的(期望的)击穿电压。