本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件。

背景技術(shù)：

超結(jié)功率器件是基于電荷平衡技術(shù)，可以降低導(dǎo)通電阻和寄生電容，使得超結(jié)功率器件具有極快的開關(guān)特性，可以降低開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)更高的功率轉(zhuǎn)換效率。如圖1所示，公知的超結(jié)功率器件包括元胞區(qū)和終端區(qū)，元胞區(qū)用于獲得低導(dǎo)通電阻，終端區(qū)用于獲得高耐壓。器件的終端區(qū)根據(jù)產(chǎn)品的具體要求，其柱狀摻雜區(qū)102的個(gè)數(shù)不同，主要用于不同產(chǎn)品的耐壓要求。器件的元胞區(qū)包括襯底外延層101的漏區(qū)100和用于與襯底外延層101雜質(zhì)形成電荷平衡的多個(gè)垂直平行的柱狀摻雜區(qū)102，柱狀摻雜區(qū)102的寬度以及相鄰柱狀摻雜區(qū)的間距都是相等的，用以實(shí)現(xiàn)電荷平衡；在柱狀摻雜區(qū)102的頂部設(shè)有體區(qū)103，體區(qū)103超出相對(duì)應(yīng)的柱狀摻雜區(qū)102兩側(cè)并延伸至襯底外延層101內(nèi)；在體區(qū)103的內(nèi)部?jī)蓚?cè)分別設(shè)有源區(qū)106；在體區(qū)103和襯底外延層101之上設(shè)有柵氧化層104和柵極105，柵氧化層104和柵極105向兩側(cè)延伸至相鄰的源區(qū)104的上部，由此每個(gè)柵極105可以同時(shí)控制兩個(gè)溝道區(qū)的開啟或者關(guān)斷。

超結(jié)功率器件在開啟和關(guān)斷過(guò)程中，米勒電容(crss)及其所對(duì)應(yīng)的柵漏電容(cgd)對(duì)超結(jié)功率器件的開關(guān)過(guò)程起到重要的作用。在公知的超結(jié)功率器件在開啟和關(guān)斷時(shí)，柵漏電容(cgd)會(huì)發(fā)生突變，如圖2所示，這使得超結(jié)功率器件的電學(xué)性能也發(fā)生突變。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，中國(guó)專利申請(qǐng)201510217569.8提出了“一種柵漏電容緩變的超結(jié)功率器件及其制造方法”，該方案采用的體區(qū)具有兩種或兩種以上不相等的寬度，使得相鄰的體區(qū)之間具有兩種或兩種以上不相等的間距，能夠把超結(jié)功率器件在開啟或關(guān)斷時(shí)的柵漏電容突變分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)電壓節(jié)點(diǎn)，從而降低由柵漏電容突變引起的電磁干擾。但該方案對(duì)超結(jié)功率器件的柵極震蕩的改善還不夠明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，本發(fā)明的超結(jié)功率器件的元胞區(qū)內(nèi)采用不相等間距的柱狀摻雜區(qū)結(jié)構(gòu)和不同寬度的體區(qū)結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步把超結(jié)功率器件在開啟或關(guān)斷時(shí)的柵漏電容突變速度降低，從而減少超結(jié)功率器件的柵極震蕩。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，包括終端區(qū)和元胞區(qū)，所述元胞區(qū)包括襯底外延層內(nèi)的漏區(qū)、jfet區(qū)和多個(gè)垂直平行的柱狀摻雜區(qū)，所述柱狀摻雜區(qū)的頂部分別設(shè)有體區(qū)，所述體區(qū)內(nèi)設(shè)有源區(qū),所述體區(qū)和jfet區(qū)之上設(shè)有柵氧化層，所述柵氧化層之上設(shè)有柵極,其特征在于，所述相鄰的柱狀摻雜區(qū)之間設(shè)有兩種或兩種以上不同寬度的間距，并且所述體區(qū)設(shè)有兩種或兩種以上的不同寬度。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，所述柵極是覆蓋溝道區(qū)和所述jfet區(qū)的全柵柵極。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，所述柵極是覆蓋并超出溝道區(qū)且在所述jfet區(qū)之上斷開的分柵柵極。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，在所述jfet區(qū)之上的柵極與柵氧化層之間設(shè)有場(chǎng)氧化層，該場(chǎng)氧化層的厚度是所述柵氧化層厚度的2～10倍。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明上述的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件及優(yōu)選方案，所述相鄰的柱狀摻雜區(qū)之間的間距依次設(shè)為：a、a+1b、a、a+1b、a、…；或者依次設(shè)為：a、a+1b、…、a+nb、a+(n-1)b、…、a、a+1b、…、a+nb、a+(n-1)b、…、a、…，或者依次設(shè)為：a、a、…、a+1b、a+1b、…、a+nb、a+nb、…、a+(n-1)b、a+(n-1)b、…、a、a、…，其中：n≥2。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明上述的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件及優(yōu)選方案，所述體區(qū)的寬度組合依次設(shè)為：c、c+1d、c、c+1d、c、…；或者依次設(shè)為：c、c+1d、…、c+nd、c+(n-1)d、…、c、c+1d、…、c+nd、c+(n-1)d、…、c、…；或者依次設(shè)為：c、c、…、c+1d、c+1d、…、c+nd、c+nd、…、c+(n-1)d、c+(n-1)d、…、c、c、…，其中：n≥2。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明上述的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件及優(yōu)選方案，所述襯底外延層、漏區(qū)和源區(qū)分別具有第一摻雜類型，所述柱狀摻雜區(qū)和體區(qū)分別具有第二摻雜類型。

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明上述的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件及優(yōu)選方案，所述第一摻雜類型為n型摻雜，所述第二摻雜類型為p型摻雜；或者所述第一摻雜類型為p型摻雜，所述第二摻雜類型為n型摻雜。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

第一，在本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的元胞區(qū)內(nèi)，采用不相等間距的柱狀摻雜區(qū)結(jié)構(gòu)和不同寬度的體區(qū)結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，可以在超結(jié)功率器件中引入更多的緩變，把超結(jié)功率器件在開啟或關(guān)斷時(shí)的柵漏電容突變分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)電壓節(jié)點(diǎn)，降低柵漏電容的突變，使柵漏電容突變變得更加平滑，從而降低因柵漏電容突變而引起的柵極震蕩。

第二，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件可以在柵極與襯底外延層之間設(shè)置場(chǎng)氧化層或者采用分柵結(jié)構(gòu)的柵極，用以降低柵漏電容并進(jìn)一步降低柵極震蕩。

附圖說(shuō)明

圖1是公知的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是公知的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件在開啟和關(guān)斷時(shí)的柵漏電容曲線的示意圖。

圖3是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的第一個(gè)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的第二個(gè)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的第三個(gè)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件在開啟和關(guān)斷時(shí)的柵極電容(cgd)變化曲線的示意圖。

圖7是本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件與現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的開關(guān)波形對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

為清楚地說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，說(shuō)明書附圖中所列示意圖，放大了本發(fā)明所述的層和區(qū)域的厚度，且所列圖形大小并不代表實(shí)際尺寸；說(shuō)明書附圖是示意性的，不應(yīng)限定本發(fā)明的范圍。說(shuō)明書中所列實(shí)施例不應(yīng)僅限于說(shuō)明書附圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀如制造引起的偏差等，如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤(rùn)的特點(diǎn)，在本發(fā)明實(shí)施例中均以矩形表示。

本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的包括元胞區(qū)和終端區(qū)，元胞區(qū)用于獲得低導(dǎo)通電阻，終端區(qū)用于獲得高耐壓。終端區(qū)是現(xiàn)有半導(dǎo)體超結(jié)功率器件中的通用結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同產(chǎn)品的要求有不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明實(shí)施列中不再展示和描述半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的終端區(qū)的具體結(jié)構(gòu)。

圖3是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的第一個(gè)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3中示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的元胞區(qū)的剖面結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的元胞區(qū)包括：第一摻雜類型的襯底外延層201和襯底外延層201底部的第一摻雜類型的漏區(qū)200；襯底外延層201的材質(zhì)優(yōu)選為硅，但不局限于為硅。襯底外延層201的內(nèi)部設(shè)有凹陷在襯底外延層201內(nèi)的用于與襯底外延層201雜質(zhì)形成電荷平衡的多個(gè)相互平行的第二摻雜類型的柱狀摻雜區(qū)202(本實(shí)施例中僅示出了3個(gè)柱狀摻雜區(qū)202，其數(shù)量多少可根據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求確定)。

相鄰的柱狀摻雜區(qū)202之間設(shè)有兩種或兩種以上不同的間距，在本實(shí)施例中示出了兩種不同的間距aa1和aa2。優(yōu)選的，相鄰的柱狀摻雜區(qū)202之間的間距依次設(shè)為：a、a+1b、a、a+1b、a、…；或者依次設(shè)為：a、a+1b、…、a+nb、a+(n-1)b、…、a、a+1b、…、a+nb、a+(n-1)b、…、a、…，或者依次設(shè)為：a、a、…、a+1b、a+1b、…、a+nb、a+nb、…、a+(n-1)b、a+(n-1)b、…、a、a、…，其中：n≥2；a為相鄰柱狀摻雜區(qū)的基本間距尺寸；b為相鄰柱狀摻雜區(qū)的變化的間距尺寸，n、a、b的具體數(shù)值依據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求確定。本發(fā)明的柱狀摻雜區(qū)202的寬度可以相同，或者也可以設(shè)有至少兩種不同的寬度。

在每個(gè)柱狀摻雜區(qū)202的頂部分別設(shè)有第二摻雜類型的體區(qū)203，且每個(gè)體區(qū)203超出相對(duì)應(yīng)的柱狀摻雜區(qū)202兩側(cè)并延伸至襯底外延層201的內(nèi)部。本發(fā)明的體區(qū)203設(shè)有兩種或兩種以上的不同寬度，優(yōu)選的，本發(fā)明的體區(qū)203的寬度組合可以依次設(shè)為：c、c+1d、c、c+1d、c、…；或者依次設(shè)為：c、c+1d、…、c+nd、c+(n-1)d、…、c、c+1d、…、c+nd、c+(n-1)d、…、c、…；或者依次設(shè)為：c、c、…、c+1d、c+1d、…、c+nd、c+nd、…、c+(n-1)d、c+(n-1)d、…、c、c、…，其中：n≥2；c為體區(qū)的基本寬度；d為體區(qū)的變化的寬度，n、c、d的具體數(shù)值依據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求確定。通過(guò)設(shè)置柱狀摻雜區(qū)202之間的間距以及體區(qū)203不同寬度，可以使得相鄰體區(qū)203之間的間距相等或不相等，變間距的體區(qū)結(jié)構(gòu)可以引入更多的緩變，使柵漏電容突變變得更加平滑。

在相鄰的體區(qū)203之間的襯底外延層部分是器件的jfet區(qū)500，jfet區(qū)500是器件內(nèi)寄生的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管區(qū)域。

在每個(gè)體區(qū)203的內(nèi)部分別設(shè)有第一摻雜類型的源區(qū)206，在體區(qū)203和jfet區(qū)之上還設(shè)有柵氧化層204，在柵氧化層204之上設(shè)有柵極205，本實(shí)施列中，柵極完全覆蓋jfet區(qū)500之上的柵氧化層204，為全柵結(jié)構(gòu)的柵極。

在本發(fā)明的半導(dǎo)體超結(jié)功率器件中，柵極之間由絕緣介質(zhì)層隔離，在所述絕緣介質(zhì)層的內(nèi)部還設(shè)有接觸孔，該接觸孔內(nèi)填充有金屬層，該金屬層應(yīng)覆蓋柵極并且同時(shí)與體區(qū)203和源區(qū)206形成歐姆接觸。凡現(xiàn)有技術(shù)中的通用結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明實(shí)施列中不再進(jìn)行示意和詳細(xì)描述。

本發(fā)明的所述第一摻雜類型和第二摻雜類型為相反的摻雜類型，即若所述第一摻雜類型為n型摻雜，則所述第二摻雜類型為p型摻雜；若所述第一摻雜類型為p型摻雜，則所述第二摻雜類型為n型摻雜。

圖4是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的第二個(gè)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，與圖3所示的半導(dǎo)體超結(jié)功率器件相比較，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，還可以在jfet區(qū)500之上設(shè)置位于柵極205和柵氧化層204之間的場(chǎng)氧化層300，用以降低柵漏電容，從而降低器件在開啟和關(guān)斷時(shí)的柵漏電容突變。優(yōu)選的，場(chǎng)氧化層300的厚度是所述柵氧化層204厚度的2倍至10倍。

圖5是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件結(jié)構(gòu)的第三個(gè)實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，與圖3所示的半導(dǎo)體超結(jié)功率器件相比較，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件，柵極205還可以覆蓋溝道區(qū)(溝道區(qū)是器件在工作時(shí)在體區(qū)內(nèi)形成的反型層，圖中未示出)并超出覆蓋溝道區(qū)來(lái)確保對(duì)溝道區(qū)的全覆蓋,在jfet區(qū)500之上斷開形成分柵結(jié)構(gòu)的柵極205，分柵結(jié)構(gòu)的柵極205也可以降低柵漏電容，從而降低器件在開啟和關(guān)斷時(shí)的柵漏電容突變。

圖6是本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件在開啟和關(guān)斷時(shí)的柵極電容(cgd)變化曲線的示意圖。由圖6可知，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件能夠在開啟和關(guān)斷時(shí)把柵漏電容突變分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)電壓節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而能夠降低由柵漏電容突變引起的柵極震蕩。

圖7是本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件與現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體超結(jié)功率器件的開關(guān)波形對(duì)比示意圖，由圖7可知，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件在開關(guān)時(shí)的vds過(guò)沖明顯減小。

本發(fā)明的具體實(shí)施方式中凡未涉到的說(shuō)明屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)，可參考公知技術(shù)加以實(shí)施。

以上具體實(shí)施方式及實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體超結(jié)功率器件技術(shù)思想的具體支持，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在本技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何等同變化或等效的改動(dòng)，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍。