一种具有渐变式电荷补偿层的横向超结功率器件的制作方法

本发明属于半导体功率技术领域，涉及一种具有渐变式电荷补偿层的横向超结高压器件。

背景技术：

半导体功率器件作为电力电子系统的核心元件，自20世纪70年代发明以来，一直是现代生活中不可或缺的重要电子元件。半导体功率器件的应用领域从常见的消费类电子设备、汽车电子系统、智能电网，到各类工业设备、动力机车、航天、航舶系统。作为能源控制领域的核心器件，世界上绝大部分的用电量是由功率器件所控制的。特别是近年来在全球面临能源短缺、环境恶化等考验时，功率半导体器件在能源控制领域的的优异特性需要充分的发挥出来，以此满足节能减排的需求，实现有限资源的充分应用。

半导体功率器件就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。随着社会的发展，半导体功率器件朝着高耐压（breakdownvoltage,bv）、低比导通电阻（specificon-resistance,ron,sp）的方向发展。对于目前研究的硅材料器件而言，ron,sp和bv呈2.5次方的关系（“硅极限”），即器件的bv越高，ron,sp越大，而大的ron,sp会影响器件的性能。

针对硅极限问题，陈星弼院士提出了超结功率半导体器件，进一步优化了bv与ron,sp之间的关系。在半导体功率器件中运用超结技术，即用高浓度掺杂的p条和n条替代单一掺杂的漂移区。对于n型ldmos而言，当器件处于开态时，高浓度掺杂的n条可以提供低阻通道，有效降低器件的ron,sp。当器件处于关态时，高浓度掺杂的p条和n条相互耗尽，n条中的电离施主离子终止于p区中的电离受主离子，提高器件的表面电场，增强器件的bv。但是，常规超结器件存在衬底辅助耗尽效应，即n型漂移区和p型衬底之间会存在一个纵向pn结，破坏超结层中南p条和n条间的电荷平衡，降低器件的bv。具有渐变式电荷补偿层的超结横向高压器件特点是p型衬底和超结层之间的渐变式电荷补偿层，优化了漂移区内电荷分布。提高器件的纵向bv。

技术实现要素：

本发明申请的目的在于在超结层和p型衬底之间加入渐变式电荷补偿层，提高器件的bv，缓解器件的“硅极限”。渐变式电荷补偿层的厚度从源端到漏端线性增加，即实现电荷补偿层对超结层的电荷补偿作用从源端到漏短线性增大，优化器件体内电荷分布，屏蔽衬底辅助耗尽效应，实现超结层电荷平衡，提高器件表面电场，增强器件横向bv。

本发明的技术方案：

一种具有渐变式电荷补偿层的横向超结功率器件，包括p型衬底11、n型渐变式电荷补偿层24以及n型漂移区22。包括p型衬底11下端设置衬底电极54。所述n型漂移区22中设置有n型掺杂条23以及p型掺杂条13，n型掺杂条23以及p型掺杂条13组成超结结构，且该超结结构设置在渐变式电荷补偿层24的上端。所述n型漂移区22中还设置有p型体区14以及第二n型重掺杂区25。所述p型体区14中包括相互独立的第一n型重掺杂区21和p型重掺杂区12。所述p型体区14上端设置有源极金属51和栅氧化层31，所述栅氧化层31上端设置有栅电极52。所述第二n型重掺杂25上端面设置有漏极金属53。

进一步，所述的一种具有渐变式电荷补偿层的超结横向高压器件，其特征在于，所述n型渐变式电荷补偿层24的厚度从源端到漏端线性增加，且n型渐变式电荷补偿层24位于超结层和p型衬底11之间。

进一步，所述组成超结层的n型掺杂条23以及p型掺杂条13均为高浓度掺杂。

进一步，所述栅电极51为多晶硅材料制成。

进一步，所述源极金属51以及漏极金属53均采用钛金属制成。

本发明的有益效果为：本发明设计了一种具有渐变式电荷补偿层的横向超结功率器件，即在超结层和p型衬底之间引入n型渐变式电荷补偿层，使得n型漂移区和p型衬底进行了有效隔离。这样的新结构优化了漂移区电荷分布，使得电荷补偿层对超结层电荷补偿作用从源端到漏端线性增大，屏蔽超结器件衬底辅助耗尽效应，实现超结层电荷平衡。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为现有的横向超结功率器件的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的具有渐变式电荷补偿层的横向超结功率器件结构示意图；

图标及附图说明：11-p型衬底、12-p+重掺杂区、13-超结p条、14-p型体区、21-第一n+重掺杂区、22-n型漂移区、23-超结n条、24-n型渐变式电荷补偿层、25-第二n+重掺杂区、31-栅氧化层、51-源电极、52-栅电极、53-漏电极、54-衬底电极。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，现有的横向超结功率器件，包括p型衬底11以及n型漂移区22。包括p型衬底11下端设置衬底电极54。所述n型漂移区22中设置有n型掺杂条23以及p型掺杂条13，n型掺杂条23以及p型掺杂条13组成超结结构，且该超结结构设置在p型衬底11的上端。所述n型漂移区22中还设置有p型体区14以及第二n型重掺杂区25。所述p型体区14中包括相互独立的第一n型重掺杂区21和p型重掺杂区12。所述p型体区14上端设置有源金属51和栅氧化层31，所述栅氧化层31上端设置有多晶硅栅电极51。所述第二n型重掺杂25上端面设置有漏极金属53。

现有基础的横向超结功率器件的n型漂移区由交替分布的n型掺杂条23以及p型掺杂条13代替，n型掺杂条23以及p型掺杂条13组成了超结结构，该超结结构能够提高漂移区的掺杂浓度，从而有效降低器件在开态时的比导通电阻，从而降低器件的开态损耗。另外，当器件处于关态时，超结结构能够优化漂移区内的电荷分布，使得电场分布更加均匀，从而有效提高器件的耐压，使得器件能够应用在高压低功耗领域。

如图2所示，为了进一步增加器件在关态时的耐压以及降低器件在开态时的比导通电阻，发明了一种具有渐变式电荷补偿层的横线超结功率器件。本实施例包括p型衬底11、n型渐变式电荷补偿层24以及n型漂移区22。包括p型衬底11下端设置衬底电极54。所述n型漂移区22中设置有n型掺杂条23以及p型掺杂条13，n型掺杂条23以及p型掺杂条13组成超结结构，且该超结结构设置在渐变式电荷补偿层24的上端。所述n型漂移区22中还设置有p型体区14以及第二n型重掺杂区25。所述p型体区14中包括相互独立的第一n型重掺杂区21和p型重掺杂区12。所述p型体区14上端设置有源极金属51和栅氧化层31，所述栅氧化层31上端设置有栅电极52。所述第二n型重掺杂25上端面设置有漏极金属53。

进一步的，超结层的n型掺杂条23以及p型掺杂条13均为高浓度掺杂。超结结够能够提高漂移区的掺杂浓度，从而有效降低器件在开态时的比导通电阻，从而降低器件的开态损耗。另外，当器件处于关态时，超结结构能够优化漂移区内的电荷分布，使得电场分布更加均匀，从而有效提高器件的耐压。但是超结器件存在衬底辅助耗尽效应，使得超结器件的有点不能被充分的发挥出来。

在本发明实施例中，n型渐变式电荷补偿层24的厚度从源端到漏端线性增加，且n型渐变式电荷补偿层24位于超结层和p型衬底11之间。从源到漏厚度线性增加的渐变式电荷补偿层可以进一步优化漂移区内的电荷分布，即在源端减少电荷补偿层对于超结层的电荷补偿而在漏端增加电荷补偿层对超结层的电荷补偿，屏蔽超结器件sad效应，实现超结层的电荷平衡，从而带来高的击穿电压和低的比导通电阻。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。