[发明专利]提高终端耐压能力的电荷平衡功率半导体器件

说明书

本发明涉及一种提高终端耐压能力的电荷平衡功率半导体器件；对所述终端区内的任一终端耐压环，包括耐压平行部以及耐压垂直部，耐压平行部与耐压垂直部依次首尾相连；在终端区内，至少将一个耐压垂直部邻近有源区的侧边配置成波浪状侧边，其中，对耐压垂直部的波浪状侧边，包括若干依次交替分布的波谷区以及波峰区，波谷区与相邻的波峰区适配连接；波浪状侧边内的一波谷区与一条形元胞的条形电荷平衡结构对应，波浪状侧边内的一波峰区与相邻条形电荷平衡结构之间的间隙区域对应，且波谷区的宽度不小于所对应条形电荷平衡结构的宽度。本发明可在终端到达最佳的电荷平衡状态，提升终端的耐压能力。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体器件，尤其是一种提高终端耐压能力的电荷平衡功率半导体器件。

背景技术

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor）器件因其易于驱动、输入阻抗大、开关速度快等优点，被广泛应用于各个领域。对MOSFET器件而言，高的击穿电压需要高的Epi电阻率或者大的Epi厚度，二者均会导致导通电阻变大，这使得高击穿电压与低导通电阻之间相互矛盾。击穿电压和导通电阻只能折中而不能同时兼顾，普通MOSFET器件受硅极限的限制，导通电阻与击穿电压的2.5次方成正比，导通电阻的改善已到达极限。

为了更好的降低导通损耗，研究人员开发出各种电荷平衡（charge balanced）器件来兼顾二者关系，如超结器件（super junction-SJ）、分栅器件（split gate trench-SGT）等器件形式。电荷平衡器件打破硅极限的限制，使导通电阻与击穿电压的1.3次方成正比。相同电压下，导通电阻更小，因此，电荷平衡的功率半导体器件成为目前热门研究对象。

图1中示出了传统功率半导体器件的电场分布示意图，图2中示出了电荷平衡功率半导体器件电场分布示意图，图中，横坐标为电场强度，纵坐标为与晶圆表面的距离，由图示可知，其它条件相同的情况下，电荷平衡器件拥有更高的耐压，如果相同耐压下，电荷平衡器件则允许更高的EPi掺杂浓度或者更薄的Epi(外延层)厚度，也即可拥有较低的导通电阻。

图1和图2中示出了功率半导体器件的一种实施例理想的电场分布，实际情况为漂移区顶部与漂移区底部的电场为峰值电场，漂移区中间区域电场更低，如同马鞍形状，如图2中的虚线所示。凹陷区域的电场大小取决于耗尽程度；如果刚刚完全耗尽，达到电荷平衡，漂移区电场达到最大，相应击穿电压最大；如果未完全耗尽，为电荷失配，击穿电压就会低于最优情况。

通常情况下，可以通过调整功率半导体器件中各个结构及相应的参数，以使得功率半导体器件达到电荷平衡。如可调整SGT器件的场氧厚度、MESA宽度等参数；SJ器件的P柱和N柱的剂量、宽度等参数。

本技术领域人员可知，功率半导体器件的击穿电压由有源区与终端区共同决定，耐压小者决定了功率半导体器件击穿电压的大小。通常希望终端的耐压大于有源区的耐压，这样拥有更好的UIS(unclamped inductive switching)能力，因此，终端的耐压也尤为重要。

对电荷平衡器件，终端也需要达到电荷平衡的最佳状态，此时，才能有最优的终端耐压。一般地，有源区的耗尽为二维耗尽，而终端的耗尽为三维耗尽，因此，有源区达到的电荷平衡条件，不能直接用于终端区域。

由上述说明可知，对电荷平衡功率半导体器件，如何优化终端耐压，使得终端耐压达到最佳状态，是目前急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提高终端耐压能力的电荷平衡功率半导体器件，其可在终端到达最佳的电荷平衡状态，提升终端的耐压能力。

按照本发明提供的技术方案，所述提高终端耐压能力的电荷平衡功率半导体器件，所述功率半导体器件包括：

有源区，位于半导体基板的中心区，包括若干并联成一体的条形元胞，所述条形元胞包括条形电荷平衡结构；