本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，具體涉及一種垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵技術(shù)之一，與器件的擊穿電壓密切相關(guān)。
在半導(dǎo)體器件反偏耐壓時(shí)，器件內(nèi)部的pn結(jié)擴(kuò)展延伸致表面，使表面的峰值電場(chǎng)高于體內(nèi)，導(dǎo)致?lián)舸┌l(fā)生在表面，同時(shí)，當(dāng)碰撞電離在表面發(fā)生時(shí)，電離過(guò)程產(chǎn)生的熱載流子易進(jìn)入鈍化層，在鈍化層內(nèi)部形成固定電荷，改變電場(chǎng)分布，使器件性能不穩(wěn)定，可靠性下降。
終端技術(shù)是降低表面電場(chǎng)、提高終端耐壓的直接方法，目前，對(duì)于垂直型半導(dǎo)體器件來(lái)講，終端區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要集中在芯片的正面，芯片的背面整體為同電位的陽(yáng)極，而終端的耐壓主要指陽(yáng)極和陰極之間的電位差，由于垂直型器件芯片邊緣通常不完全耗盡，因此，在芯片正表面的邊緣與底部陽(yáng)極同電位，隨著耐壓等級(jí)的提高，終端的尺寸逐漸增大，在芯片總面積一定的情況下，芯片通流區(qū)的面積隨之減小。
并且，傳統(tǒng)的晶閘管器件僅僅在硅晶圓的最外環(huán)設(shè)計(jì)終端結(jié)構(gòu)，其整體的面積占比非常小，而新型功率器件如IGBT器件通常采用多芯片并聯(lián)形式，每個(gè)芯片都包含元胞區(qū)和終端區(qū)，如一個(gè)6英寸硅片上通常制作60個(gè)左右的IGBT芯片，其終端區(qū)占有的面積較高，直接影響整體晶圓的通流效率。因此，減少終端區(qū)的面積，提高其終端效率，是目前功率器件技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了提高終端結(jié)構(gòu)的效率，增加相同面積情況下的耐壓能力，本發(fā)明提供一種垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的正面終端基礎(chǔ)上增加了背面終端結(jié)構(gòu)，形成了雙面終端結(jié)構(gòu)，在不增加終端面積的前提下，提高了終端的整體耐壓能力，提高了終端結(jié)構(gòu)的效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供一種垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)，所述垂直型半導(dǎo)體器件為雙極型晶體管、晶閘管、MOSFET、IGBT、MOSFET派生器件、IGBT派生器件或晶閘管派生器件；
所述雙面終端結(jié)構(gòu)包括元胞區(qū)、終端區(qū)、陰極、門(mén)極和陽(yáng)極；所述終端區(qū)包括正面終端和背面終端；
所述正面終端和背面終端環(huán)繞在所述元胞區(qū)周?chē)?，所述陰極和門(mén)極沉積在所述元胞區(qū)的正面，所述陽(yáng)極沉積在所述元胞區(qū)的背面。
所述雙極型晶體管和晶閘管的門(mén)極與半導(dǎo)體直接接觸，經(jīng)退火處理后形成歐姆接觸電極。
所述門(mén)極采用金屬-氧化層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
所述陰極和門(mén)極交替排列；
所述陰極和陽(yáng)極分別經(jīng)退火處理后形成歐姆接觸電極。
所述背面終端為平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶浮空?qǐng)霏h(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板與場(chǎng)環(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)。
所述元胞區(qū)采用SiC、GaN或Ge半導(dǎo)體單晶材料構(gòu)成。
本發(fā)明還提供一種垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)，所述垂直型半導(dǎo)體器件為二極管，所述雙面終端結(jié)構(gòu)包括包括元胞區(qū)、終端區(qū)、陰極和陽(yáng)極；
所述終端區(qū)包括正面終端和背面終端；
所述正面終端和背面終端環(huán)繞在所述元胞區(qū)周?chē)?，所述陰極和陽(yáng)極分別沉積在所述元胞區(qū)的正面和背面。
所述背面終端為平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶浮空?qǐng)霏h(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板與場(chǎng)環(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)。
所述元胞區(qū)采用SiC、GaN或Ge半導(dǎo)體單晶材料構(gòu)成。
與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：
1)本發(fā)明提出的背面終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是在不改變正面終端耐壓和面積的前提下，增加了背面的終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成雙面終端；該結(jié)構(gòu)的背面終端設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)為場(chǎng)環(huán)、場(chǎng)板及其復(fù)合機(jī)構(gòu)等多種終端結(jié)構(gòu)類(lèi)型，與正面終端結(jié)構(gòu)不存在設(shè)計(jì)上的矛盾，主要取決于器件的耐壓參數(shù)需求和背面工藝兼容性，由于陽(yáng)極金屬縮小至有源區(qū)，正面終端和背面終端結(jié)構(gòu)等價(jià)于串聯(lián)在器件的陽(yáng)極和陰極之間，增加的背面終端結(jié)構(gòu)的耐壓就體現(xiàn)為器件整體耐壓的提高。因此，雙面終端結(jié)構(gòu)可以在不改變正面有源區(qū)和終端區(qū)占比的情況下，提高半導(dǎo)體器件的整體耐壓，即提高了其終端結(jié)構(gòu)的效率；
2)垂直型半導(dǎo)體器件的背面沉積陽(yáng)極金屬，經(jīng)退火工藝形成整面的歐姆接觸電極，陽(yáng)極與背面終端不直接相連，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，背面終端結(jié)構(gòu)替代了該處的陽(yáng)極電極；
3)該雙面終端結(jié)構(gòu)將正面終端區(qū)域?qū)?yīng)的背面陽(yáng)極部分替換成終端結(jié)構(gòu)，大幅度降低該處的電流流入和載流子注入，減小了有源區(qū)邊緣元胞的電流不均勻性，提高了器件整體的動(dòng)靜態(tài)均勻性。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)圖；
其中，1-陰極，2-門(mén)極，3-陽(yáng)極，4-正面終端，5-背面終端，6-元胞區(qū)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
對(duì)于垂直型半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，終端區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要目的是降低元胞區(qū)邊緣外側(cè)材料表面的電場(chǎng)，避免發(fā)生器件邊緣表面電場(chǎng)過(guò)高而出現(xiàn)局部擊穿，目前的垂直型半導(dǎo)體器件的通常只在正面設(shè)計(jì)有終端結(jié)構(gòu)。由于芯片的整體尺寸有限，終端面積減小有利于有源區(qū)面積的增大，有源區(qū)是器件電流通斷的主要區(qū)域，降低終端面積、提高有源區(qū)的占比是提高器件電流特性直接有效的辦法。但是經(jīng)過(guò)相關(guān)研究學(xué)者的多年設(shè)計(jì)和優(yōu)化，器件正面終端結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸接近理論極限，提升空間很小。本發(fā)明在傳統(tǒng)的背面陽(yáng)極金屬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了背面終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，陽(yáng)極電極縮小至有源區(qū)。一方面可以在不改變終端區(qū)面積的情況下提高半導(dǎo)體器件的整體耐壓，另一方面降低了器件元胞區(qū)邊緣部分的載流子不均勻性，提高了器件的動(dòng)靜態(tài)均勻性。由于器件在反偏時(shí)，耗盡區(qū)由正面反偏的主PN結(jié)逐漸向下擴(kuò)展，只有在耗盡區(qū)擴(kuò)展到背面終端結(jié)構(gòu)時(shí)該結(jié)構(gòu)才會(huì)起到分擔(dān)部分耐壓、提高整體耐壓的作用。
本發(fā)明提供的垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的正面終端基礎(chǔ)上增加了背面終端結(jié)構(gòu)，形成了雙面終端結(jié)構(gòu)，在不增加終端面積的前提下，提高了終端的整體耐壓能力，提高了終端結(jié)構(gòu)的效率。
實(shí)施例1
以雙極型晶體管、晶閘管、MOSFET、IGBT、MOSFET派生器件、IGBT派生器件或晶閘管派生器件等垂直型半導(dǎo)體器件為例，說(shuō)明垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)。
雙面終端結(jié)構(gòu)包括元胞區(qū)、終端區(qū)、陰極、門(mén)極和陽(yáng)極；所述終端區(qū)包括正面終端和背面終端；
所述正面終端和背面終端環(huán)繞在所述元胞區(qū)周?chē)?，所述陰極和門(mén)極沉積在所述元胞區(qū)的正面，所述陽(yáng)極沉積在所述元胞區(qū)的背面。
所述雙極型晶體管和晶閘管的門(mén)極與半導(dǎo)體直接接觸，經(jīng)退火處理后形成歐姆接觸電極。
所述門(mén)極采用金屬-氧化層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
所述陰極和門(mén)極交替排列；
所述陰極和陽(yáng)極分別經(jīng)退火處理后形成歐姆接觸電極。
所述背面終端為平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶浮空?qǐng)霏h(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板與場(chǎng)環(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)。
所述元胞區(qū)采用SiC、GaN或Ge半導(dǎo)體單晶材料構(gòu)成。
終端區(qū)采用本發(fā)明提出的雙面終端結(jié)構(gòu)，可以在不增大終端面積的前提下增加垂直型半導(dǎo)體器件的耐受電壓。
實(shí)施例2
以垂直型半導(dǎo)體器件為二極管，說(shuō)明垂直型半導(dǎo)體器件的雙面終端結(jié)構(gòu)。
所述雙面終端結(jié)構(gòu)包括包括元胞區(qū)、終端區(qū)、陰極和陽(yáng)極；
所述終端區(qū)包括正面終端和背面終端；
所述正面終端和背面終端環(huán)繞在所述元胞區(qū)周?chē)鲫帢O和陽(yáng)極分別沉積在所述元胞區(qū)的正面和背面。
所述背面終端為平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶浮空?qǐng)霏h(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、帶場(chǎng)板與場(chǎng)環(huán)的平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)。
所述元胞區(qū)采用SiC、GaN或Ge半導(dǎo)體單晶材料構(gòu)成。
終端區(qū)采用本發(fā)明提出的雙面終端結(jié)構(gòu)，可以在不增大終端面積的前提下增加二極管的耐受電壓。
最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。