[实用新型]基于垂直S型结的耐高压元件

说明书

本实用新型公开了一种基于垂直S型结的耐高压元件，涉及半导体技术领域，其特征在于：至少包括：单晶硅片、位于单晶硅片上表面的第二导电类型轻掺层、位于第二导电类型轻掺层一端的第一导电类型重掺杂层、位于第二导电类型轻掺层另一端的第二导电类型重掺层、与第一导电类型重掺杂层连通的第一电极、与所述第二导电类型重掺层连通的第二电极；相邻两条导电类型轻掺层之间为第一绝缘层；每条导电类型轻掺层的两侧均为第一绝缘层；第二导电类型轻掺层、第一绝缘层、第一导电类型重掺杂层和第二导电类型重掺层位于同一平面内；第一电极垂直于上述导电类型轻掺层；第二电极垂直于上述导电类型轻掺层；位于所述平面上的第二绝缘层。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及到一种基于垂直S型结的耐高压元件。

背景技术

根据泊松方程，电势空间变化梯度等于电场空间强度，电场空间变化梯度等于空间电荷浓度。对于一种需要承受电压的结构，其电极两端所能承受的最大电压受限于材料本身的临界电场，以及施加电压后其内部的电场分布。在通常的耐压结构设计中，电场线方向为某一特定的方向，欲获得更高的耐压，就需要更厚的材料。导致高耐压器件体积较大，材料成本较高。

为电势，ρ为电荷密度，ε₀为真空介电常数，ε_r为相对介电常数。

通过设计掺杂区与绝缘区的结构，使得电场线按照电势下降最快的方向即S型路径分布，通过扩展空间电荷区的长度，使电场线路径长度增加，可达到耐受高压的目的。传统的耐高压元件获得更大耐压特性的方法为改变材料的厚度或直接更换不同性质的材料，传统的方法存在几个缺点，一是耗尽区窄，容易形成区域性的电荷堆积，造成局部结温过高，容易导致击穿、漏电，同时会缩短器件的使用寿命；二是增加材料厚度，导致成本升高，同时也增加了器件工艺制作的难度。传统器件电场线如图1。

半导体应用至今，许多专家和学者均致力于改善上述问题，通过不断的增加材料厚度或直接更换性能更好的材料试图获得更佳的耐压特性，但上述方法始终也只是通过改变材料自身的物理特性来达到更大承压的目的，并未高效地解决问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种基于垂直S型结的耐高压元件，通过器件的内部结构来实现扩展耗尽区长度，进而达到衰减电场，耐受高压的目的，从而在相同的材料厚度下更为高效地达到了耐受更强的高压的目标，电场线成折叠的曲线。在PN结中通过增加电场线的路径，扩展耗尽区的长度，进而提高了器件的耐压特性。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本实用新型的第一目的是提供一种基于垂直S型结的耐高压元件，至少包括：

单晶硅片(1013)，所述单晶硅片的厚度范围是400～600um；

位于单晶硅片(1013)上表面的第二导电类型轻掺层(1022)；所述第二导电类型轻掺层(1022)包括M条相互平行的导电类型轻掺层，所述导电类型轻掺层为条形结构，其中：第N条导电类型轻掺层的尾部与第N+1条导电类型轻掺层的尾部连通；第N+1条导电类型轻掺层的头部与第N+2条导电类型轻掺层的头部连通；M为大于2的自然数，N为奇数；N 小于M；相邻两条导电类型轻掺层之间为第一绝缘层(1011)；每条导电类型轻掺层的两侧均为第一绝缘层(1011)；

位于第二导电类型轻掺层(1022)一端的第一导电类型重掺杂层(1021)；

位于第二导电类型轻掺层(1022)另一端的第二导电类型重掺层(1023)；

与所述第一导电类型重掺杂层(1021)连通的第一电极；