專利名稱：高介電系數(shù)介質(zhì)與半導(dǎo)體構(gòu)成的耐壓層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件，特別是半導(dǎo)體功率器件的耐壓層。
本發(fā)明人的中國發(fā)明專利ZL91101845.X及美國發(fā)明專利5,216,275解決了上述問題。其解決方法是在p+區(qū)和n+區(qū)間用一個(gè)復(fù)合緩沖層(Composite Buffer Layer，或簡稱CB層)來耐壓。在CB層中含有兩種導(dǎo)電類型相反的區(qū)域。這兩種區(qū)域從平行于CB層與n+層(或p+層)界面的任一剖面來講，都是相間排列的。而在此之前所用的耐壓層都是單一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體。在該發(fā)明中還公布了用這種耐壓層構(gòu)成的MOST，單位面積的導(dǎo)通電阻Ron正比于擊穿電壓VB的1.3次方。這代表對通常耐壓層關(guān)系的一個(gè)突破，而MOST其它的電性能也很好。
在過去幾年中，半導(dǎo)體功率器件的工業(yè)界中發(fā)生了重大變化。利用超結(jié)(Super Junction)器件的結(jié)構(gòu)(即CB層結(jié)構(gòu))的MOST已能提供高電壓及大電流。


圖1(a)和圖1(b)代表一個(gè)超結(jié)功率器件1的制造方法。其過程是先用一個(gè)襯底2的半導(dǎo)體片生長第一外延層3。在該圖中襯底2是一個(gè)重?fù)诫s的n+層，第一外延層3是輕摻雜n層，在這個(gè)層中離子注入一層p型區(qū)4。一般而言，每50到100伏的耐壓需要一個(gè)外延層。因此，對一個(gè)600V的晶體管，要依次再做圖1(a)中5，7，9，11及13的n型外延層，每次外延之后要做圖1(a)中的6，8，10，12及14的p型離子注入層。
形成的p型離子注入層4，6，8，10，12與14經(jīng)過擴(kuò)散后形成了圖1(b)中的p區(qū)16，無離子注入影響的區(qū)域是n區(qū)15。這就形成了相間排列的p區(qū)與n區(qū)。然后再做器件層或稱器件特征層17。器件特征層17中含有離子注入形成的n+源區(qū)18，氧化層19及其上的金屬柵或多晶硅柵20。在兩個(gè)n+源區(qū)18之間還有一個(gè)p+區(qū)21，其下還有深結(jié)的p+區(qū)22，深p+區(qū)22與p+區(qū)21相聯(lián)接。
顯然，上述的制造方法用了多次外延，很昂貴。CB層結(jié)構(gòu)利用了電荷補(bǔ)償原理，其中p區(qū)與n區(qū)的摻雜要精確控制，這也使得制造難度增加，器件的成本增高。
含有CB層結(jié)構(gòu)的MOST另一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)導(dǎo)通電流很大時(shí)，載流子本身的電荷會(huì)影響電荷平衡，造成擊穿電壓隨電流增加而下降的二次擊穿現(xiàn)象，使安全工作區(qū)(SOA)不夠理想。
含有CB層結(jié)構(gòu)的MOST的再一個(gè)缺點(diǎn)是由于p區(qū)與n區(qū)之間存在兩個(gè)電壓一個(gè)是內(nèi)建電壓，另一個(gè)是當(dāng)一區(qū)導(dǎo)通時(shí)在該區(qū)內(nèi)由導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的附加電壓。這兩個(gè)電壓使兩區(qū)之間存在耗盡區(qū)，從而使導(dǎo)通區(qū)的有效截面的面積減小。換言之，導(dǎo)通電阻隨電流的增加而增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是創(chuàng)造一種新結(jié)構(gòu)的耐壓層，稱為半導(dǎo)體與高介電系數(shù)的介質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合耐壓層，簡稱高介半耐壓層或高介半層(High K andSemiconductor Layer，或簡稱HKS-Layer)。它可以避免上述缺點(diǎn)，而同時(shí)使導(dǎo)通電阻Ron與擊穿電壓VB的關(guān)系得到改進(jìn)，而且具有很高的開關(guān)速度。
圖4(c)CB-RMOST及其電場分布，表示電場的一個(gè)不變分量；圖4(d)CB-RMOST及其電場分布，表示電場的一個(gè)隨距離變化的分量；圖5(a)半導(dǎo)體與高介電系數(shù)材料構(gòu)成的耐壓層(HKS耐壓層)的示意圖，表示高介電系數(shù)材料與n型半導(dǎo)體構(gòu)成的耐壓層；圖5(b)半導(dǎo)體與高介電系數(shù)材料構(gòu)成的耐壓層(HKS耐壓層)的示意圖，表示高介電系數(shù)材料與p型半導(dǎo)體構(gòu)成的耐壓層；圖5(c)半導(dǎo)體與高介電系數(shù)材料構(gòu)成的耐壓層(HKS耐壓層)的示意圖，表示高介電系數(shù)材料與n型半導(dǎo)體區(qū)及p型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的耐壓層，高介電系數(shù)材料的周圍是p型半導(dǎo)體區(qū)；圖5(d)半導(dǎo)體與高介電系數(shù)材料構(gòu)成的耐壓層(HKS耐壓層)的示意圖，表示高介電系數(shù)材料與n型半導(dǎo)體區(qū)及p型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的耐壓層，高介電系數(shù)材料的周圍一邊是p型半導(dǎo)體區(qū)，一邊是n型半導(dǎo)體區(qū)；圖6(a)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示叉指條圖形；圖6(b)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示S區(qū)全連通的方塊形元胞圖形；圖6(c)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示HK區(qū)全連通的方塊形元胞圖形；圖6(d)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示S區(qū)全連通的矩形元胞圖形；圖6(e)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示HK區(qū)全連通的矩形元胞圖形；圖6(f)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示鑲嵌方塊圖形；
圖6(g)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示S區(qū)全連通的六角形密堆積圖形；圖6(h)沿圖5中II-II′剖面的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示HK區(qū)全連通的六角形密堆積圖形。
圖7(a)用叉指條HKS耐壓層的n-RMOS的示意圖，表示結(jié)構(gòu)示意圖；圖7(b)用叉指條HKS耐壓層的n-RMOS的示意圖，表示開啟特性；圖7(c)用叉指條HKS耐壓層的n-RMOS的示意圖，表示關(guān)斷特性；圖8(a)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示叉指條圖形；圖8(b)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示n區(qū)全連通的方塊形元胞圖形；圖8(c)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示p區(qū)全連通的方塊形元胞圖形；圖8(d)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示n區(qū)全連通的矩形元胞圖形；圖8(e)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示p區(qū)全連通的矩形元胞圖形；圖8(f)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示鑲嵌方塊圖形之一；圖8(g)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示鑲嵌方塊圖形之二；圖8(h)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示n區(qū)全連通的六角形密堆積圖形；圖8(i)沿圖5(d)中III-III′剖面的含有p區(qū)及n區(qū)的HKS耐壓層的各種不同結(jié)構(gòu)示意圖，表示p區(qū)全連通的六角形密堆積圖形；
圖9高介電系數(shù)材料與半導(dǎo)體材料之間有一個(gè)薄的低介電系數(shù)的SiO2層的HKS耐壓層示意圖；圖10(a)利用HKS耐壓層結(jié)構(gòu)的VDMOST的制造過程，表示n+襯底上有n外延層的硅片上刻了深度接近于外延層厚度的槽；圖10(b)利用HKS耐壓層結(jié)構(gòu)的VDMOST的制造過程，表示在槽中填滿了HK的介電材料；圖10(c)利用HKS耐壓層結(jié)構(gòu)的VDMOST的制造過程，表示在n型區(qū)的表面做器件的有源區(qū)；圖11一個(gè)高介電系數(shù)材料經(jīng)過一個(gè)輕摻雜n區(qū)再和n+漏區(qū)接觸構(gòu)成的n-VDMOST的示意圖。
圖12一個(gè)利用圖5(d)的HKS耐壓層構(gòu)成的n-VDMOST的示意圖。
圖13一個(gè)利用圖5(d)的HKS耐壓層但p區(qū)不與n+漏區(qū)直接接觸而構(gòu)成的n-VDMOST的示意圖。
圖14一個(gè)利用圖5(d)的HKS耐壓層而構(gòu)成IGBT的示意圖。
圖15一個(gè)利用圖5(d)的HKS耐壓層但具有緩沖層的IGBT的示意圖。
在上述的情形中，耐壓層的兩邊是p+區(qū)與n+(或n)區(qū)的半導(dǎo)體。實(shí)際上，器件特征層可以不是p+區(qū)，而是金屬，它和耐壓層的n區(qū)形成Schottky接觸。圖2(e)示出一個(gè)Schottky二極管的示意圖。其中用金屬層35代替了上述情形中的p+層。同樣的理由，耐壓層下面也可以不是和n+(或n)區(qū)相接觸，而是和金屬相接觸，形成Schottky接觸。因此，我們稱耐壓層下面的接觸的區(qū)為接觸層。圖2(f)示出一個(gè)接近穿通的IGBT的情形。耐壓層下面接觸的可以認(rèn)為是p+層36。
為了說明本發(fā)明的原理，這里先簡述傳統(tǒng)功率MOS器件擊穿電壓VB與導(dǎo)通電阻Ron關(guān)系不理想的原因。圖3(a)是一個(gè)RMOST的示意圖。它是由n區(qū)27，n+源區(qū)30，p+源襯底區(qū)29和n+漏區(qū)28構(gòu)成。這里G是柵電極，S是源電極，D是漏電極。其中耐壓層是圖中所示厚度為W的耗盡區(qū)域34。圖3(b)示出RMSOT中偏壓臨近擊穿電壓時(shí)的電場分布，E代表在坐標(biāo)軸y方向上的電場。根據(jù)Poisson方程，電場的梯度是qND/∈S。當(dāng)最大電場達(dá)到擊穿臨界電場Ecrit時(shí)，就發(fā)生雪崩擊穿。擊穿臨界電場Ecrit的數(shù)值約在3·105V/cm左右，E和y之間陰影區(qū)的面積代表電場對路徑的積分，即擊穿電壓VB。顯然，要擊穿電壓VB高，必須滿足以下兩個(gè)條件(1)電場的梯度小，即ND??；(2)耗盡區(qū)寬度W大。但是ND小，代表耐壓層在導(dǎo)通時(shí)載流子濃度小，電阻率高。耗盡層寬度W大，代表導(dǎo)通路徑長。由于導(dǎo)通電阻正比于電阻率及路徑長度，這會(huì)使得導(dǎo)通電阻大大增加。對于功率MOST，最佳的設(shè)計(jì)是在n區(qū)27與n+漏區(qū)28臨近處電場為Ecrit/3，則擊穿電壓為2Ecrit·W/3。
上述電場分布可以認(rèn)為是兩個(gè)電場的疊加。一個(gè)是外加電壓VB在一個(gè)pin二極管上引起的電場，如圖3(c)所示。電場的值等于2Ecrit/3且不隨距離變化。另一個(gè)是從底部的電場值為-Ecrit/3到頂部的電場值為+Ecrit/3的線性變化的電場，如圖3(d)所示，它的梯度為qND/∈S，其峰值為-qNDW/2∈S及+qNDW/2∈S。后一個(gè)電場是造成導(dǎo)通電阻Ron隨擊穿電壓VB增大而增大的原因。
本發(fā)明人提出的CB耐壓層結(jié)構(gòu)(中國發(fā)明專利ZL91101845.X及美國發(fā)明專利5,216,275)解決了上述問題。以下簡要說明CB結(jié)構(gòu)為何能改進(jìn)導(dǎo)通電阻Ron與擊穿電壓VB的關(guān)系。圖4(a)是一個(gè)CB-RMOST的示意圖。它的耐壓層34是由n區(qū)27和p區(qū)37交替排列而成的，其厚度為W。CB-RMOST在加反偏壓而使n區(qū)27與p區(qū)37全耗盡時(shí)，n區(qū)27中電離施主的正電荷產(chǎn)生的電力線終止于其鄰近的p區(qū)37中電離受主的負(fù)電荷上。因此n區(qū)27中線I-I′的電場如圖4(b)的實(shí)線所示。它基本上是不變的，只是在靠近平面31及靠近n+漏區(qū)28處略有變化。這個(gè)電場也可以分解為如圖4(c)與圖4(d)所示的兩個(gè)電場。圖4(c)相當(dāng)于一個(gè)pin二極管的情形，和圖3(c)一樣。圖4(d)則表示由n區(qū)27產(chǎn)生的縱向電場。這個(gè)電場比起同樣摻雜濃度下的圖3(d)的電場小得多。實(shí)際上，CB結(jié)構(gòu)中ND可以很大，而產(chǎn)生的這個(gè)電場仍然小得多。因?yàn)檫@個(gè)由電離施主正電荷產(chǎn)生的縱向電場不是從耐壓層中間開始不斷積累而來的，而是由n區(qū)27頂部及底部附近的電離施主產(chǎn)生的電力線分別被位于上面的柵電極G的負(fù)電荷及位于下面的n+漏區(qū)28負(fù)電荷所終止，而離n區(qū)27頂部及底部較遠(yuǎn)處的電離施主的電場均被周圍的p區(qū)37的電離受主所終止。
本發(fā)明所提出的耐壓層結(jié)構(gòu)是將高介電系數(shù)的材料與半導(dǎo)體相間排列，構(gòu)成如圖5所示的情形，圖中的HK代表高介電系數(shù)的材料。
本發(fā)明的原理如下。
在圖5(a)中，如果HK區(qū)38與n區(qū)27都很窄，從大體上說，相當(dāng)于一種混合的材料，其介電系數(shù)不是半導(dǎo)體材料的介電系數(shù)∈s，而是比它的值大得多，但比高介電系數(shù)的材料的介電系數(shù)∈D小的一個(gè)值。粗略地講，如混合后當(dāng)作有介電系數(shù)∈M，則當(dāng)∈D＞＞∈s時(shí)，∈M＞＞∈s。這使得象圖3(d)那樣的斜率qND/∈s，在同樣摻雜濃度下會(huì)變得很小，成為qND/∈M。用另一句話來說，就是可以用更大值的ND來得到同樣的峰值電場Ecrit/3。
用本發(fā)明的HKS層作耐壓層，由于n型區(qū)27耗盡時(shí)，其中電離施主發(fā)出的電通量線，多數(shù)會(huì)橫向走到鄰近的高介電系數(shù)的介質(zhì)38中去，最后通過高介電系數(shù)的介質(zhì)38內(nèi)部走到頂部被p+區(qū)24內(nèi)感應(yīng)出的負(fù)電荷吸收。因此，n型層27中電離施主產(chǎn)生的最大電場的值會(huì)比qND·W/2∈s小得多。而在高介電系數(shù)的介質(zhì)38中，這些從n型區(qū)27進(jìn)來的電通量線，類似于使其產(chǎn)生了許多電離施主。但由于∈D很大，它自身所產(chǎn)生的電場較小。
圖5(c)及圖5(d)是本發(fā)明者的中國發(fā)明專利ZL91101845.X及美國發(fā)明專利5,216,275的CB結(jié)構(gòu)中引入了高介電系數(shù)HK的材料。
在圖5(c)中，當(dāng)p型區(qū)37及n型區(qū)27都耗盡時(shí)。在理想的情形，n區(qū)27的電離施主正電荷產(chǎn)生的電通量線恰好全部被p型區(qū)37電離施主所終止。在n區(qū)27摻雜過重的不理想情形，則多余的電通量線可進(jìn)入高介電系數(shù)介質(zhì)38內(nèi)部，然后流到頂部p+區(qū)24，終止于p+區(qū)24的感應(yīng)負(fù)電荷上。在n區(qū)27摻雜過輕的不理想情形，則從底部n+區(qū)25有發(fā)出的電通量線，經(jīng)高介電系數(shù)的介質(zhì)內(nèi)部再流向p區(qū)37，終止于多余的電離受主負(fù)電荷上。
在圖5(d)中，當(dāng)n型區(qū)27及p型區(qū)37全耗盡時(shí)。在理想的情形，n區(qū)27電離施主正電荷產(chǎn)生的電通量線經(jīng)過高介電系數(shù)的介質(zhì)再流向p區(qū)37，被那里的電離受主負(fù)電荷所終止。在n區(qū)27摻雜過重的不理想情形，其多余的電通量線可經(jīng)過高介電系數(shù)的介質(zhì)38再流向頂部p+區(qū)24，終止于p+區(qū)24的感應(yīng)負(fù)電荷上。在n區(qū)27摻雜過輕的不理想情形，則從底部n+區(qū)25有發(fā)出的電通量線，經(jīng)過高介電系數(shù)的介質(zhì)38內(nèi)部再流向p區(qū)37，終止于多余的電離受主電荷之上。
綜上所述，本發(fā)明的耐壓層中的半導(dǎo)體區(qū)可以是n型區(qū)也可以是p型區(qū)，也可以是兩種都有。因此在下面不需要特別指出時(shí)，將統(tǒng)一用半導(dǎo)體區(qū)S來表示。
在HKS層中，高介電系數(shù)的材料與半導(dǎo)體區(qū)的安排有許多結(jié)構(gòu)圖形。圖6示出了一些沿如圖5(a)的II-II′剖面的許多高介電系數(shù)的材料與半導(dǎo)體區(qū)的安排方法。圖中由虛線劃分出許多元胞。這些圖形包括叉指條圖形(圖6(a))，半導(dǎo)體區(qū)全連通的方塊形元胞圖形(圖6(b))，HK區(qū)全連通的方塊形元胞圖形(圖6(c))，半導(dǎo)體區(qū)全連通的矩形元胞圖形(圖6(d))，HK區(qū)全連通的矩形元胞圖形(圖6(e))，鑲嵌方塊圖形(圖6(f))，半導(dǎo)體區(qū)全連通的六角形密堆積圖形(圖6(g))，HK區(qū)全連通的六角形密堆積圖形(圖6(h))。
圖7(a)是一個(gè)用HKS層做RMOST的結(jié)構(gòu)示意圖。用一個(gè)典型數(shù)值計(jì)算例子可以說明它的優(yōu)越性。設(shè)采用的是叉指條圖形，每個(gè)元胞寬為13.04μm，n區(qū)27及HK區(qū)38各占一半寬度，HKS層的厚度為65μm。N區(qū)的施主濃度是2.07·1015cm-3，高介電系數(shù)材料的相對介電系數(shù)等于234(比硅的相對介電系數(shù)高二十倍)。用MEDICI軟件做模擬計(jì)算，采用了標(biāo)準(zhǔn)模型，得到的擊穿電壓是750伏，比導(dǎo)通電阻是30mΩ·cm2。而同樣擊穿電壓下的傳統(tǒng)的RMOST的比導(dǎo)通電阻是123mΩ·cm2。圖7(b)及圖7(c)分別示出在750伏電源串聯(lián)電阻5.75·107Ω·μm下的開啟及關(guān)閉的瞬態(tài)電流特性。所用的柵極電壓是從0伏變到20伏以及從20伏變到0伏，可以看到其上升及下降時(shí)間各為1ns，開啟時(shí)間不到2ns，關(guān)斷時(shí)間不到80ns。
顯然，這里不存在COOLMOST在大電流下?lián)舸╇妷合陆档膯栴}，即在導(dǎo)通時(shí)n區(qū)27的電子電荷破壞電荷平衡從而使擊穿電壓下降的問題。相反，當(dāng)n區(qū)電子數(shù)增加時(shí)，n區(qū)的空間電荷密度會(huì)下降，從而使擊穿電壓增高。這使得這種器件有較大的安全工作區(qū)，電流達(dá)到100A/cm2而擊穿電壓維持不變。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這里不存在象CB結(jié)構(gòu)做的MOST中那樣有p區(qū)與n區(qū)的內(nèi)建電壓或電流通過時(shí)的附加電壓引起n區(qū)27的耗盡問題。因此導(dǎo)通電阻不會(huì)隨漏源電壓增加而增大。只是在電壓很大時(shí)，引起了n區(qū)27(也稱漂移區(qū))中電子速度的飽和，電阻有所增加。
圖8示出在圖5(d)沿III-III′剖面的高介電系數(shù)的材料與n型半導(dǎo)體區(qū)及p型半導(dǎo)體區(qū)的安排的許多結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖形包括叉指條圖形(圖8(a))，n區(qū)全連通方塊形元胞圖形(圖8(b))，p區(qū)全連通方塊形元胞圖形(圖8(c))，n區(qū)全連通的矩形元胞圖形(圖8(d))，p區(qū)全連通的矩形元胞圖形(圖8(e))，鑲嵌方塊圖形之一(圖8(f))，鑲嵌方塊圖形之二(圖8(g))，n區(qū)全連通的六角形密堆積圖形(圖8(h))，p區(qū)全連通的六角形密堆積圖形(圖8(i))。
上述的高介電系數(shù)材料，并不限于一種單一的材料。它甚至可以是一種復(fù)合的材料。例如，在圖6(a)中，如果半導(dǎo)體是Si，它與高介電系數(shù)材料之間可以有一個(gè)薄的SiO2層40隔開，如圖9所示。圖中的陰影區(qū)代表SiO2層40。盡管SiO2的介電系數(shù)很小，但只要SiO2層40足夠薄，并不妨礙半導(dǎo)體S的電通量線進(jìn)入高介電系數(shù)的介質(zhì)HK中去，或電通量線從高介電系數(shù)的介質(zhì)HK進(jìn)入半導(dǎo)體S中去。
圖10是利用本發(fā)明制造VDMOST的實(shí)施例子之一。一塊有n型外延層42的n+襯底41的硅片用各向異性的腐蝕方法刻槽，得到如圖10(a)所示的情形。此槽具有邊墻和槽底。再用高介電系數(shù)的材料填充槽，使其如圖10(b)所示那樣。然后在n區(qū)27內(nèi)經(jīng)過擴(kuò)散或離子注入形成p+源襯底區(qū)29及n+源區(qū)30。再做金屬電極，得到如圖10(c)所示的VDMOST結(jié)構(gòu)。
圖11示出利用本發(fā)明構(gòu)成的另一種n-VDMOST。它的特點(diǎn)是高介電系數(shù)的材料并不與n+漏區(qū)28直接接觸，而是經(jīng)過一個(gè)n區(qū)45來接觸。由于這個(gè)n區(qū)45的存在，VDMOST在導(dǎo)通時(shí)靠近n+漏區(qū)28的電阻會(huì)進(jìn)一步減小。盡管在漏極D與源極S加反向電壓時(shí)，圖中44區(qū)及45區(qū)也有小部分電壓，但器件的耐壓主要靠43區(qū)，因此我們把n區(qū)45及n+漏區(qū)28作為接觸層。
圖12示出利用本發(fā)明的圖5(d)結(jié)構(gòu)作耐壓層的n-VDMOST的一個(gè)元胞的示意圖。
圖13示出利用本發(fā)明構(gòu)成的與圖12相仿的另一個(gè)n-VDMOST的一個(gè)元胞的示意圖。這里，與圖12的區(qū)別在于，p區(qū)37并不與下部n+漏區(qū)28直接相聯(lián)，而是通過一個(gè)薄的介質(zhì)層HK38與下部n+漏區(qū)28間接相聯(lián)。當(dāng)然，這個(gè)聯(lián)接p區(qū)37與n+漏區(qū)28的介質(zhì)層也可以不是高介電系數(shù)的材料，而是薄的低介電系數(shù)的材料。
圖14示出利用本發(fā)明所構(gòu)成的一種IGBT。它與圖12的VDMOST的主要區(qū)別是接觸層不是n+區(qū)而是一個(gè)p+區(qū)36。
圖15示出利用本發(fā)明構(gòu)成的一種帶有緩沖層(46區(qū))的IGBT。它與圖14的主要區(qū)別是在接觸層內(nèi)，除有p+的襯底36外，還有在p+襯底36上的一個(gè)n+緩沖層46。
上面對利用本發(fā)明作了許多實(shí)例說明。顯然對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，還可以在本發(fā)明的思想指導(dǎo)下，作出多種變化及多種器件。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體功率器件，它包含一個(gè)在一個(gè)能導(dǎo)電的接觸層和一個(gè)能導(dǎo)電的器件特征層之間的耐壓層，其特征在于所述的耐壓層是由許多相同的元胞緊密排列所構(gòu)成，每個(gè)元胞在其與器件特征層和接觸層所形成的兩個(gè)界面之間有一個(gè)半導(dǎo)體區(qū)和一個(gè)介電系數(shù)比半導(dǎo)體區(qū)的介電系數(shù)高得多的第一介質(zhì)區(qū)，在半導(dǎo)體區(qū)和高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)之間還可以有一個(gè)極薄的低介電系數(shù)的第二介質(zhì)區(qū)，使耐壓層成為高介半耐壓層(HKS layer)，高介半耐壓層中每個(gè)元胞中的半導(dǎo)體區(qū)均有與上述兩個(gè)界面直接相接觸的面，每個(gè)元胞中的高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)均與上述兩個(gè)界面直接接觸，或通過極薄的低介電系數(shù)的第二介質(zhì)區(qū)與上述兩個(gè)界面間接接觸，每個(gè)高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)在與這兩接觸面相垂直的方向與半導(dǎo)體區(qū)直接接觸或通過低介電系數(shù)的第二介質(zhì)區(qū)與半導(dǎo)體區(qū)間接接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐壓層，其中每個(gè)元胞中的高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)與半導(dǎo)體區(qū)直接接觸而不經(jīng)過極薄的低介電系數(shù)的第二介質(zhì)區(qū)，每個(gè)元胞中的高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)與器件特征層直接接觸而不經(jīng)過極薄的低介電系數(shù)的第二介質(zhì)區(qū)，每個(gè)元胞中的高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)與接觸層直接接觸而不經(jīng)過極薄的低介電系數(shù)的第二介質(zhì)區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其中每個(gè)元胞中的半導(dǎo)體區(qū)是第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，器件特征層是含有重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)，而接觸層是重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其中每個(gè)元胞中的半導(dǎo)體區(qū)是第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，接觸層是在一個(gè)重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體之上有一個(gè)薄的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體構(gòu)成，所述薄的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體與高介半耐壓層直接接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其中每個(gè)元胞中的半導(dǎo)體區(qū)既含有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體部分，也含有第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體部分，其中第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體及第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體均與器件特征層及接觸層直接接觸，而器件特征層是含有重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其中每個(gè)元胞中的半導(dǎo)體區(qū)既含有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體部分，也含有第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體部分，其中第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體與器件特征層及接觸層均直接接觸，第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體與器件特征層直接接觸，且通過一個(gè)薄的高介電系數(shù)的介質(zhì)層或一個(gè)薄的低介電系數(shù)的介質(zhì)層與接觸層間接接觸，而器件特征層是含有重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體功率器件，其中每個(gè)元胞中的高介電系數(shù)的第一介質(zhì)區(qū)位于兩種不同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其中的接觸層是重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其中的接觸層是在一個(gè)重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層上有一個(gè)薄的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，所述薄的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層與高介半耐壓層直接接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐壓層做成的半導(dǎo)體功率器件。
全文摘要
一種用于高壓功率器件的在器件特征層及接觸層之間的耐壓層，它是由一種(或兩種)導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體(S)與一種高介電系數(shù)的介質(zhì)(HK)的兩個(gè)(或三個(gè))區(qū)構(gòu)成，在平行于耐壓層和接觸層的剖面上，半導(dǎo)體和介質(zhì)交替排列。
文檔編號H01L29/66GK1420569SQ0113995
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者陳星弼 申請人:同濟(jì)大學(xué)