[发明专利]一种超结功率器件终端结构

说明书

技术领域

一种超结功率器件终端结构，属于半导体功率器件技术领域。 

背景技术

超结MOSFET是近年来出现的一种重要的功率器件，它的基本原理是电荷平衡原理，通过在普通功率MOSFET的漂移区中引入超结结构，大大改善了普通MOSFET的导通电阻与击穿电压之间的折中关系，因而在功率系统中获得了广泛的应用。基本的超结结构为交替相间的p柱和n柱，并且p、n柱严格满足电荷平衡条件。在反向偏压下，由于横向电场和纵向电场的相互作用，p柱区和n柱区将完全耗尽，耗尽区内纵向电场分布趋于均匀，因而理论上击穿电压仅仅依赖于耐压层的厚度，与掺杂浓度无关，因为耐压层掺杂浓度可以提高将近一个数量级，从而有效地降低了器件的导通电阻。 

功率器件设计要考虑的一个重要问题是结终端结构的设计，好的结终端能有效提高器件耐压、降低漏电和提高器件可靠性。传统结构的终端技术中，为了使主结弯曲处的电场集中效应被削弱，通常采用了场限环、场板等技术提高击穿电压。由于超结器件特殊的元胞结构，漂移区的浓度较高，漂移区的厚度较小，普通的高压功率器件的终端结构不再适合超结器件。目前应用最广泛的超结结构如附图2所示，将超结器件的终端结构分成两部分：过渡区域II和终端区域III，两部分通常采用与元胞部分I相同的超结结构，主要依据的设计原理仍然是超结的耐压原理。 

由于比导通电阻是MOSFET的重要参数，因此超结MOSFET的元胞部分通常采用掺杂浓度较高的漂移区以获得低比导通电阻。而终端部分在器件工作时并不提供电流通路，只在反向耐压时起作用，因此我们关注的是其耐压和面积，希望在尽量小的面积下实现高耐压。因此，附图2所示的常规超结终端结构，采用和元胞相同的高掺杂浓度的漂移区，实际上对于减小终端面积，提高终端耐压是不利的。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高超结功率器件耐压的新型超结功率器件的终端结构。该终端结构能够在和常规超结终端结构面积相同的情况下获得更高的耐压，或者在相同耐压的情况下具有比常规超结结构更小的面积。 

本发明的核心思想是超结功率器件的元胞和终端采用不同的掺杂浓度。元胞区采用高掺杂漂移区获得低比导通电阻，适当降低终端区的掺杂浓度，获得高耐压。如图1所示，本发明提出的终端分为：过渡区Ⅱ、终端区Ⅲ。过渡区Ⅱ的两种导电类型的区域采用同元胞区Ⅰ相同的宽度和掺杂浓度，满足电荷平衡条件；终端区Ⅲ采用较低的漂移区掺杂浓度，使终端最后一个环的耗尽区能充分扩展，提高终端耐压。 

本发明技术方案如下： 

一种超结功率器件的终端结构，如图1所示，包括器件元胞Ⅰ和器件终端；所述器件元胞Ⅰ的漂移区由交替相间的P柱区半导体和N柱区半导体构成超结结构。所述器件终端包括两个部分：过渡终端区Ⅱ和耐压终端区Ⅲ；所述过渡终端区Ⅱ处于器件元胞Ⅰ和耐压终端区Ⅲ之间，过渡终端区Ⅱ的宽度尺寸小于耐压终端区Ⅲ的宽度尺寸；过渡终端区Ⅱ由交替相间的P柱区半导体和N柱区半导体构成超结结构，且过渡终端区Ⅱ的超结结构中P柱区半导体和N柱区半导体的掺杂浓度与器件元胞Ⅰ的超结结构中P柱区半导体和N柱区半导体的掺杂浓度相同；耐压终端区Ⅲ同样由交替相间的P柱区半导体和N柱区半导体构成超结结构，但耐压终端区Ⅲ的超结结构中P柱区半导体和N柱区半导体的掺杂浓度小于器件元胞Ⅰ的超结结构中P柱区半导体和N柱区半导体的掺杂浓度。 

下面以N型超结MOSFET器件终端为例，说明本发明的工作原理： 

当源极接地，漏接高压，栅极电压大于阈值电压时，超结MOSFET导通。此时，只有元胞区工作，终端区域不工作。器件的比导通电阻很大程度上决定于元胞区的漂移区掺杂浓度和厚度。