[发明专利]带有超级结结构设计的半导体器件

说明书

本发明涉及一种应用在功率半导体场效应晶体管器件中的带有超级结结构设计的半导体器件，在半导体器件的一个有源区的外延层中形成的第二导电类型的多个第一立柱，在半导体器件的一个终端区的外延层中形成的第二导电类型的多个第二立柱，位于有源区和终端区之间的过渡区，由多个第一立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现有源区的电荷平衡，多个第二立柱和多个第三立柱相互交替配置从而籍由它们相反的导电类型实现终端区的电荷平衡。

技术领域

本发明主要是关于半导体器件领域，更确切地说，是涉及一种应用在功率半导体场效应晶体管器件中的带有的超级结结构。

背景技术

在功率半导体场效应晶体管器件领域，在传统的超级结结构设计中，相对于晶体管器件有源区的元胞设计，终端设计以及过渡区的设计是一个难点。一般的设计在大电流击穿或者其非钳位电感性负载开关过程UIS发生时很容易造成过渡区提前击穿，从而使得整个器件的耐用度较低，甚至无法在有少许感性负载电路中应用。如英飞凌提出的超级结结构设计中对提前击穿位置的分析，发现在过渡区的出现了过低的击穿电压，其通过对过渡区中的有源区的p-立柱优化，从而实现更高的击穿电压。在具有长条形的晶胞结构的超级结结构设计中，同样也存在类似英飞凌提出的问题。由此，在设计上有着更高耐用度的终端结构，和过渡区结构是得到高耐用度超级结结构设计器件的关键。

功率金属氧化物半导体场效应晶体管典型应用于需要功率转换和功率放大的器件中，例如典型的功率转换器件就是双扩散DMOSFET。具本领域通常知识者皆知道，处于工作态的器件中大部分的击穿电压BV都由器件的漂移区或称漂流区承载，如果试图提供较高的击穿电压BV，漂移区通常需要轻掺杂浓度，然而轻掺杂的漂移区随之而来也会产生比较高的导通电阻值RDSON。常规的晶体管其RDSON与BV^2.5大体成正比。因此对于传统的晶体管，随着击穿电压BV的增加RDSON也显著增大。

基于业界面临的瓶颈，超级结晶体管结构被广泛应用在半导体器件上，例如1988年飞利浦公司的DJ.COE申请的US4754310美国专利，以及1993年电子科技大学的陈星弼教授所申请的US91101845美国专利，和1995年西门子公司的J.TIHANYI所申请的美国专利US5438215等。超级结晶体管优势在于，提出了一种可以在维持很高的断开状态击穿电压BV的同时，获得很低的导通电阻RDSON的方法。超级结器件含有形成在漂移区中的交替的P型和N型掺杂立柱。在MOSFET器件的断开状态时，在实际上相对很低的电压条件下，交替的立柱就可以完全耗尽，从而能够维持很高的击穿电压，因为立柱横向耗尽而导致整个P型和N型立柱耗尽。对于超级结晶体管其导通电阻RDSON的增加与击穿电压BV成正比，比传统的半导体结构增加地更加缓慢。因此对于相同的高击穿电压BV，超级结器件比传统的MOSFET器件具有更低的RDSON，或者说对于指定的RDSON值，超级结器件比传统的MOSFET具有更高的BV。

在超级结器件中拐角和终端区在内的各区域电荷都需要平衡。虽然在有源区的中心部分中P立柱可以处于均匀的水平行列，这样很容易达到电荷平衡。然而在边缘和拐角处，却很难获得电荷平衡，由此导致这些区域中的击穿电压BV较低，而且器件的耐用性较差。正是在这一前提下提出了本发明的各种实施例。

发明内容

在本发明的一个实施例中个，披露了一种带有超级结结构设计的半导体器件，包括：一个第一导电类型的衬底和位于该衬底之上的一个第二导电类型的外延层；在半导体器件的一个有源区的外延层中形成的第二导电类型的多个第一立柱；在半导体器件的一个终端区的外延层中形成的第二导电类型的多个第二立柱；一个位于有源区和终端区之间的过渡区；其中有源区中位于相邻第一立柱间的外延层和终端区中位于相邻第二立柱间的外延层定义为第一导电类型的第三立柱；籍由多个第一立柱和多个第三相互交替从而籍由它们相反的导电类型实现有源区的电荷平衡，籍由多个第二立柱(P立柱)和多个第三立柱(P立柱)相互交替从而籍由它们相反的导电类型实现终端区的电荷平衡。

上述的带有超级结结构设计的半导体器件，第一立柱的宽度大于第二立柱的宽度。