[发明专利]功率半导体器件及其制造方法

说明书

本发明公开了功率半导体器件及其制造方法，其中所述功率半导体器件包括：第一半导体区域，其具有第一导电类型；至少一个第二半导体区域，设置在第一半导体区域上，并且第二半导体区域的表面与第一半导体区域的表面齐平，第二半导体区域具有与第一导电类型相反的第二导电类型；第一绝缘层，设置在第一半导体区域和第二半导体区域的表面上；第一绝缘层上对应于第二半导体区域的位置设置有至少一个开口；第二半导体区域的表面内对应于开口的位置形成有至少一个凹陷区域，凹陷区域为具有第一导电类型的半导体材料。本发明实施例所提供的功率半导体器件能够在降低表面温度的同时缩短横向电阻区的长度，从而减小功率半导体器件的尺寸。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及功率半导体器件及其制造方法。

背景技术

功率半导体器件需要具有处理高电压、大电流的能力。图1A和图1B分别以二极管为例示出了现有功率半导体器件在承受正向偏压和反向偏压时的纵截面示意图，其中100为N型衬底，200为P型掺杂区，300为第一电极，400为绝缘层，500为第二电极。在横向位置上，第一电极300与P型掺杂区200接触的部分称为有源区；第一电极300与P型掺杂区200接触的边缘至P型掺杂区200的侧边缘称为横向电阻区，横向电阻区可以等效为电阻R；有源区和横向电阻区之外的部分称为终端区。

如图1A所示，当第一电极300加正电压、第二电极500加负电压时(即正向导通时)，P型掺杂区200的多子空穴通过P型掺杂区200的边缘流向N型掺杂区100，在N型掺杂区100形成过剩空穴(即过剩载流子)。由于P型掺杂区200表面的掺杂浓度较高、电阻较小，P型掺杂区200侧边缘(该侧边缘为图1A和图1B中粗线所示位置，虚线箭头所示为空穴路径)的空穴会集聚于该表面流入N型掺杂区100(也称为发生侧向空穴注入)。

如图1B所示，当第一电极300加负电压、第二电极500加正电压时(即反向恢复时)，N型掺杂区100的过剩空穴流入P型掺杂区200，再进一步被第一电极300抽取。同样由于P型掺杂区200表面的掺杂浓度较高、电阻较小，P型掺杂区200侧边缘附近的空穴会集聚于该表面流入P型掺杂区200。由于反向恢复时电极的电压差较高，因此反向恢复时的载流子集聚效应较为突出，使得P型掺杂区200的该表面温度高于其他区域；并且瞬间抽取的过剩载流子越多，温度越高。

正向导通时，若横向电阻区的长度较短，甚至为零(即没有横向电阻区)，则由于P型掺杂区100表面掺杂浓度较高、电阻较小，导致第一电极300至侧边缘的压降较小，使得PN结偏压较大，会有较多空穴通过侧边缘涌入N型掺杂区100；较长的横向电阻区能够使得第一电极300至侧边缘的压降增大，侧边缘处PN结偏压减小，瞬间通过侧边缘涌入N型掺杂区100的空穴数量减少，从而减小载流子的侧向注入。

反向恢复时，横向电阻区相当于空穴电流从图1B中所示的电阻R的右端流向左端，使得右端的电压高于左端，也即横向电阻区形成自偏压效应，具体地，由于第一电极300为负电压、第二电极500为正电压，则侧边缘与第二电极500的电压差小于第一电极300与第二电极500的电压差。由此，设置横向电阻区域能够降低侧边缘处PN结的反向偏压以及降低侧边缘处的电场强度，使得瞬间被反向抽取的空穴数量减少，从而降低反向恢复过程中该表面的温度。横向电阻区的长度越长，自偏压效应越强，瞬间被反向抽取的空穴数量越少，反向恢复过程中该表面的温度越低。

因此，为解决P型掺杂区200的该表面的温度，现有技术中通常将横向电阻区的横向长度做得较长，以减少瞬间通过侧边缘涌入N型掺杂区100的空穴数量、减少瞬间被反向抽取的空穴数量以及侧边缘处PN结的电场强度。然而，横向电阻区的长度越长，功率半导体器件整体的尺寸越大。例如，对于现有用于3.3kV的高压二极管，横向电阻区的宽度达到上百甚至数百微米。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种功率半导体器件及其制造方法，以解决现有功率半导体器件为降低器件表面温度而尺寸较大的问题。