[发明专利]用于功率半导体器件的改进的锯齿电场漂移区域结构

权利要求书

1.一种形成在半导体衬底上的半导体功率器件，包含：位于半导体衬底的漂移区域上的若干排相互交替的P-型和N-型掺杂层薄层，该半导体功率器件为垂直功率器件，在半导体功率器件的横截面图中，所述的相互交替的P-型和N-型掺杂层薄层相对于衬底平行形成，所述的每一个薄层的掺杂浓度和厚度能够确保在传导模式下所述的交替掺杂层薄层的电荷平衡和击穿；

所述的漂移区域具有P-传导形式，且所述的N-型掺杂层薄层的厚度是W_N，且W_N<2*W_D*[N_A/(N_A+N_D)]，W_D代表交替排列的P-型和N-型掺杂层薄层的PN结的耗尽宽度，N_D代表所述的N-型掺杂层薄层的掺杂浓度，N_A代表所述的P-型掺杂层薄层的掺杂浓度；半导体功率器件的漂移区域具有近似于理想矩形电场分布；

所述的交替掺杂层薄层的电荷平衡由公式q*N_D*W_N=q*N_A*W_P确定，且q代表电子电荷，W_N代表所述的N-型掺杂层薄层的厚度。

2.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的N-型掺杂层薄层承受来自于临近PN结的内置耗尽宽度的击穿。

3.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件进一步包括一个绝缘栅极双极晶体管。

4.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件进一步包括一个设置在N-型衬底上的绝缘栅双极型晶体管，设置在所述的N-型衬底底部的集电极，设置在所述的N-型衬底上的P-型漂移区域 ，设置在P-型漂移区域上表面的发射极。

5.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件还包括一个金属氧化物半导体场效应晶体管。

6.如权利要求5所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件是一个P-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

7.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件进一步包括一个发射极开关类晶闸管。

8.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件进一步包括一个功率二极管。

9.如权利要求1所述的半导体功率器件，其特征在于，所述的半导体功率器件进一步包括一个设置在P+衬底上的功率二极管，一个P-漂移区域设置在P+衬底上，一个阴极设置在所述的衬底的底表面，一个阳极设置在所述的P-漂移区域的顶表面。

10.一种制造设置在半导体衬底上的具有一个近似于理想矩形电场分布的漂移区域的半导体功率器件的方法，该方法包括：在半导体衬底上的漂移区域上注入和形成若干排水平交替的P-型掺杂层和N-型掺杂层水平柱薄层，该半导体功率器件为垂直功率器件，在半导体功率器件的横截面图中，所述的相互交替的P-型和N-型掺杂层水平柱薄层相对于衬底平行形成，使每一个薄层的掺杂浓度和厚度能够确保在传导模式下所述的交替掺杂层水平柱薄层的电荷平衡和击穿；

所述的注入和形成若干排水平交替的水平柱薄层的步骤进一步包含一个在P-传导形式的漂移区域上形成所述薄层的步骤，且形成的所述的N-型掺杂层水平柱薄层厚度为W_N，且W_N<2*W_D*[N_A/(N_A+N_D)]，其中所述的W_D 代表交替排列的P-型和N-型掺杂层水平柱薄层的PN结的耗尽宽度，N_D代表所述的N-型掺杂层水平柱薄层的掺杂浓度，N_A代表所述的P-型掺杂层水平柱薄层的掺杂浓度；

所述的在P-传导形式的漂移区域形成薄层的步骤还遵循电荷平衡公式q*N_D*W_N=q*N_A*W_P，其中，q代表电子电荷，且W_N代表所述的N-型掺杂层水平柱薄层的厚度。