[发明专利]边缘端接中产生鞍型结电场的改良型结构及方法

说明书

技术领域

本发明主要是关于半导体功率器件。更确切的说，本发明是关于半导体功率器件的新型、改良型边缘端接的结构和制备方法，以便产生鞍型结型电场，减少终接区所占的面积，同时保持高击穿电压。

背景技术

进一步提高半导体功率器件在终端区的击穿电压的传统的制备工艺和器件结构，仍然存在端接区所占面积较大等困难。如今制备的半导体功率器件尺寸越来越小，这些困难正变得更加严峻。普遍调查显示，对于较大尺寸的集成电路芯片来说；边缘端接约占总面积的20％。然而，芯片的尺寸越来越小，为了保持高击穿电压，边缘端接所占的百分比逐渐增大，可能会约占总面积的50％左右。由于端接区不用于电流传导，因此它是晶体管的“非有源”区。即使边缘端接所占的大面积，致使有用的有源晶胞区有些浪费，但是在实现减小边缘端接区的同时保持高击穿电压方面，仍然存在很大的困难。

图1A和1B所示的剖面图，表示一个带有平行面击穿电压的理想PN结，以及一个在垂直功率器件的边缘处未端接的PN结，以解释说明为何有必要改进边缘端接。图1A表示在N+衬底上方，P+层和N-层之间的理想PN结。由于掺杂的不同，N-耗尽层103比P+耗尽层101宽得多。忽略边缘效应的话，凭借平行面雪崩击穿，耗尽区中的电场均匀分布。这是在忽略边缘效应时，轻掺杂漂移区特定的掺杂等级和厚度下，击穿电压所能达到的理论极限。然而，在通过植入端接构成P+层的边缘处，由于形成了柱型结，造成电场拥挤，因此反向偏置结实际的击穿电压可以大幅降低，如图1B所示。可见到，耗尽区的形状为凸面，致使结附近的电场拥挤。

为了缓解该问题，提出了许多边缘端接，并且在本行业中广泛应用。其中一些包括图1C所示的浮动保护环90以及图1D所示的电场板92。这些技术通过传导表面处的耗尽区，降低了电场，从而提高了击穿电压。然而，这些技术通常需要很大的植入面积，增加了器件的晶片尺寸。此外，这些技术倾向于来自于钝化薄膜和/或封装成型混料的表面电荷。

因此，仍然需要在功率半导体器件设计和制备领域中，提出边缘端接的新型、改良结构，以解决上述局限和难题。

发明内容

本发明的一个方面在于，提出了一种新型、改良的边缘端接结构，以降低在器件边缘处的阻挡结附近的电场拥挤效应，并且提供带有较小的表面电场的紧凑端接，紧凑端接对表面电荷较不敏感。它的实现，是通过在终接区中制备一个凹型或鞍型结，用N型漂移区代替具有净P型掺杂浓度的半导体区。

具体地说，本发明的一个方面在于，提出了一种新型、改良的半导体功率器件的边缘端接结构，利用P-立柱和N-立柱之间的电荷不平衡的超级结结构，具体来说是P立柱电荷高于N立柱电荷，以便在终接区(Termination region)中产生净P型掺杂，并且产生鞍型结场效应，分布并传导电场的电势线，从而降低电场拥挤，并且不需要很大的终接区，就能大幅提高击穿电压。

本发明的另一个方面在于，提出了一种新型、改良的半导体功率器件的边缘端接结构，利用超级结结构P-立柱和N-立柱之间的电荷不平衡，通过增大P-立柱的宽度，在终接区中产生净P型掺杂，并且产生鞍型结场效应，分布并传导电场的电势线，从而降低电场拥挤，并且不需要很大的终接区，就能大幅提高击穿电压。

本发明的另一个方面在于，提出了一种新型、改良的半导体功率器件的边缘端接结构，利用超级结结构P-立柱和N-立柱之间的电荷不平衡，通过改变P-立柱顶部和底部的掺杂浓度，以便使端接更适应立柱电荷的变化，并且产生鞍型结场效应，分布并传导电场的电势线，从而降低电场拥挤，并且不需要很大的终接区，就能大幅提高击穿电压。

本发明的另一个方面在于，提出了一种新型、改良的半导体功率器件的边缘端接结构，利用超级结结构P-立柱和N-立柱之间的电荷不平衡，通过用P-型外延开始超级结结构，以及一个宽P-型外延带隙设置在P立柱中间，以便产生鞍型结场效应，分布并传导电场的电势线，从而降低电场拥挤，并且不需要很大的终接区，就能大幅提高击穿电压。

本发明的另一个方面在于，提出了一种新型、改良的半导体功率器件的边缘端接结构，利用超级结结构P-立柱和N-立柱之间的电荷不平衡，通过在P-立柱和N-立柱上方，形成可选的表面结端接延伸(JTE)，以降低表面电场，提高它对表面电荷的容限，并且产生鞍型结场效应，分布并传导电场的电势线，从而降低电场拥挤，并且不需要很大的终接区，就能大幅提高击穿电压。