[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及可应用于诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)和双极晶体管的有源元件，也可应用于诸如二极管的无源元件的半导体装置，且所述半导体装置可同时实现更高的击穿电压和更高的电流容量。

背景技术

一般而言，半导体装置被分类为具有在半导体衬底的一个表面上形成的电极的水平元件，或者在半导体衬底的两个表面上具有电极的垂直元件。在垂直的半导体装置中，在导通状态中漂移电流流动的方向与截止状态中由反向偏压所引起的耗尽层的扩展方向相同。在普通的平面n-沟道垂直MOSFET中，作为高电阻n^-漂移层的一部分用作为在导通状态中使漂移电流垂直流动的区域。缩短n^-漂移层中的电流路径因此减小漂移电阻，从而提供减小MOSFET的相当大的导通电阻的效果。

然而，用作高电阻n^-漂移层的部分在截止状态耗尽载流子，从而增大了击穿电压。如果n^-漂移层被减薄，则从p基区与n^-漂移层之间的pn结起的漏基耗尽层的扩展在宽度上变小，从而导致MOSFET快速地达到临界电场，这减小了击穿电压。反之，带有高击穿电压的半导体装置具有较厚的n^-漂移层，这增大了导通电阻，从而引入更大损耗。以这个方式，导通电阻和击穿电压具有权衡的相互关系。

已知这种权衡关系以相似的方式存在于这样的半导体装置中，诸如IGBT、双极晶体管和二极管。经常在水平半导体装置中观察到这样的权衡关系，导通状态中漂移电流的流动方向不同于由反向偏压引起的耗尽层的扩展方向。

超结半导体装置已知是对由这样的权衡关系提出的问题的一种解决方案。此超结半导体装置包括由具有增强杂质浓度的平行pn结构构成的漂移层，该平行pn结构通过重复地接合交替排列的n区域和p区域来构造(见，如专利文献1、2和3)。根据具有这样的结构的半导体装置，尽管该平行pn结构具有高杂质浓度，但耗尽层从平行pn结构的垂直延伸pn结横向地扩展，以在整个漂移层中耗尽载流子，这获得了高击穿电压。

为了获得半导体装置的高击穿电压，需要外围结构。缺少外围结构导致漂移层端接部处击穿电压的下降，这使得获得高击穿电压是困难的。为了解决这个问题，已经提出了以下结构：在外围区域，在更接近有源区域表面的区域中设置另一个平行pn结构，其重复节距比有源区域中的平行pn结构的重复节距窄(参见例如专利文献4)。根据所提出的结构，靠近最外面有源区域的表面电场易于保持高击穿电压。

已经提出了一种半导体装置，其包括：第一导电(n型)的第一半导体层；在第一半导体层的主表面形成的第一导电(n型)的第一半导体柱状区域；在第一半导体层的主表面形成第二导电(p型)的第二半导体柱状区域，该第二导电(p型)的第二半导体柱状区域与第一半导体柱状区域相邻以使第二半导体柱状区域和第一半导体柱状区域在基本平行于第一半导体层的主表面的方向上共同形成周期性排列结构；在第一半导体层上形成于杂质浓度低于第一半导体柱状区域的杂质浓度的外围区域处的第一导电(n型)的第二半导体层，以及由第二导电(p型)半导体制成的内嵌保护环层，其可选择地内嵌在第二半导体层中(参见例如专利文献5)。

已经提出了一种半导体装置，其包括：在外围区域中半导体中间层表面上形成的RESURF层；在接近于有源区域的那部分RESURF层表面上形成的端接部接触半导体区域；有源在RESURF层表面上形成的场氧化物膜，其厚度比接近有源区域的那部分薄但比在反方向上更远离有源区域的那部分厚；以及从端接部接触半导体区域延伸穿过场氧化物膜的薄部到达氧化物膜的厚部的表面的场板(参见例如专利文献6)。

提出了一种半导体装置，其包括具有平行pn结构的外围结构，该平行pn结构通过将交替排列的垂直第一导电(n型)区域和垂直第二导电(p型)区域与在外围结构的第一主表面上的绝缘膜上形成的场板重复地接合而构成，垂直第一导电(n型)区域取向为衬底的厚度方向，垂直第二导电(p型)区域取向为衬底的厚度方向，其中在该平行pn结构中，位于场板前沿之外的垂直第二导电(p型)区域的第一主表面侧的杂质浓度高于相邻于第二导电(p型)区域的第二垂直第一导电(n型)区域的第一主表面侧的杂质浓度(参见例如专利文献7)。