[发明专利]一种功率半导体器件及其边缘终端区结构和加工方法

说明书

本发明提供一种功率半导体器件及其边缘终端区结构和加工方法，涉及功率半导体领域。该边缘终端区包括：背面金属电极层；N⁺衬底，邻接于所述背面金属电极层上方；N型外延层，邻接在所述N⁺衬底上方；p掺杂场环，设置于所述N型外延层上表面；浮游p层环，设置于N型外延层内，在N型外延层内纵向延伸，以延展空间电荷层的纵向深度，减小外加电场强度；绝缘场板，设置于所述p掺杂场环上方；表面金属电极层，设置于所述绝缘场板和所述p掺杂场环的上方。添加浮游p层环，其在N型外延层内纵向延伸，使空间电荷层边界在向外周扩张时更向纵向延伸，不用增加边缘终端区面积，而能提高边缘终端区的耐电压能力，有利于功率半导体器件的微小化。

技术领域

本发明涉及功率半导体领域，具体涉及一种功率半导体器件及其边缘终端区结构和加工方法。

背景技术

汽车、电子消费品和工业应用中的许多功能器件(例如，转换电能装置和电机驱动)都依赖于功率半导体器件。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和二极管等功率半导体器件，已经被用于各种应用，例如牵引应用中的电源和功率转换器中的开关。

功率半导体器件通常除了负责传导电流的有源区外，还包括围绕有源区的边缘终端区。功率半导体器件的边缘终端区结构常见示例是p掺杂多晶硅场环与场板的组合，其中场板可以被配置用于提供外部电荷的有效屏蔽。例如，场板可以包括金属，诸如铝。替换地，这样的场板可以由多晶硅形成，例如，以便使边缘终止结构在暴露于潮湿和电场时不易受腐蚀。例如，在将p掺杂场环与n掺杂多晶硅场板组合的边缘终止结构中，仍然可以存在金属层以提供场板与场环之间的电接触，从而减少电场对金属层外边缘的影响，提高器件的稳定性。

可靠的边缘终端区是要确保器件即使是在恶劣的工作环境下，如高温、高湿及外部强电场等，也可使器件有源区不受外界影响，正常工作。

为了确保边缘终端区的有足够高的耐电压能力，边缘终端区需要较长的绝缘场板来分散电场，这就导致了传统结构的边缘终端区的面积较大，不利于芯片的微小化。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率半导体器件及其边缘终端区结构和加工方法，能够在不扩大功率半导体器件的尺寸的情况下，又能提高边缘终端区的耐电压能力，以充分保护功率半导体器件的有源区。为此，本发明采用以下方案来实现目的。

本发明提供一种功率半导体器件边缘终端区结构，所述边缘终端区包括：

(1)背面金属电极层；

(2)N⁺衬底，邻接于所述背面金属电极层上方；

(3)N型外延层，邻接在所述N⁺衬底上方；

(4)p掺杂场环，设置于所述N型外延层上表面；

(5)浮游p层环，设置于N型外延层内，在N型外延层内纵向延伸，以延展空间电荷层的纵向深度；

(6)绝缘场板，设置于所述p掺杂场环上方；

(7)表面金属电极层，设置于所述绝缘场板和所述p掺杂场环的上方。

优选地，所述浮游p层环设置于最外区的p掺杂场环下方。

优选地，所述浮游p层环设置于最外区的p掺杂场环的外侧。

优选地，所述浮游p层环与所述p掺杂场环断开设置。

优选地，所述绝缘场板的材质为二氧化硅。

优选地，所述N⁺衬底的材质为掺杂磷原子的硅片。

本发明还提供一种功率半导体器件，包括上述任意一项所述的边缘终端区结构。