[实用新型]功率器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种功率器件，尤其涉及包括电荷补偿结构的功率器件。

背景技术

功率器件主要用于大功率的电源电路和控制电路中，例如作为开关元件或整流元件。在功率器件中，不同掺杂类型的掺杂区形成PN结，从而实现二极管或晶体管的功能。功率器件在应用中通常需要在高电压下承载大电流。一方面，为了满足高电压应用的需求以及提高器件可靠性和寿命，功率器件需要具有高击穿电压。另一方面，为了降低功率器件自身的功耗和产生的热量，功率器件需要具有低导通电阻。

在美国专利US5216275和US4754310公开了电荷补偿类型的功率器件，其中多个P型掺杂区和多个N型掺杂区交替横向排列或垂直堆叠。在功率器件的导通状态，P型掺杂区和N型掺杂区之一提供低阻抗的导电路径。在功率器件的断开状态，彼此相邻的P型掺杂区和N型掺杂区的电荷可以相互耗尽。因而，电荷补偿类型的功率器件可以显著减小导通电阻，从而降低功耗。

另一种改进的功率器件包括环区和由环区围绕的元胞区。在元胞区中形成功率器件的P型掺杂区和N型掺杂区，在环区中形成附加的P型掺杂区和N型掺杂区。环区对于功率器件的高压特性和可靠性特性至关重要。当器件关断的时候，环区起到缓解器件边缘表面电场作用，尤其在高温和高压情况下，减小电场对于器件表面氧化层的冲击，降低高温下器件漏电流。通常而言，希望环区的耐压要比元胞区的耐压高一些，由此器件发生击穿的时候，大部分电流能从元胞区流出。元胞区的面积相对环区面积要大很多，有利于提高器件的雪崩能力。

期望在功率器件中包含上述两种结构，以同时减小导通电阻和提高耐压特性。然而，在实际应用中，电荷补偿型器件的导通电阻和耐压特性之间是一对矛盾参数。虽然可以通过增加N型掺杂区的杂质浓度，提高电流通道的电流能力，获得较小导通电阻。但是，由于N型掺杂区杂质浓度增加，对补偿匹配度的要求很高，很难重复做到N型掺杂区和P型掺杂区杂质浓度完全相同，两者杂区杂质浓度稍有偏差，耐压就会大幅度的降低，出现耐压不稳定的情况。尤其在环区，更加难做到提高耐压，改善可靠性的目的。

在包括电荷补偿和环区的功率器件中，仍然需要进一步改进环区结构，以兼顾导通电阻和击穿电压的要求。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种功率器件，其中，在功率器件的环区中采用附加的电荷补偿结构以以兼顾导通电阻和击穿电压的要求。

根据本实用新型的一方面，提供一种功率器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一掺杂区；位于所述第一掺杂区的第一区域中的多个第二掺杂区；以及位于所述第一掺杂区的第二区域中的多个第三掺杂区，其中，所述半导体衬底和所述第一掺杂区分别为第一掺杂类型，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别为第二掺杂类型，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反，所述多个第二掺杂区彼此隔开第一预定间距，与所述第一掺杂区形成第一电荷补偿结构，所述第一电荷补偿结构和所述半导体衬底位于电流通道上，所述多个第三掺杂区彼此隔开第二预定间距，与所述第一掺杂区形成第二电荷补偿结构，所述第二电荷补偿结构用于分散所述功率器件连续的表面电场。

优选地，所述第一电荷补偿结构位于所述功率器件的元胞区中，所述第二电荷补偿结构位于所述功率器件的环区中，所述环区围绕所述元胞区。

优选地，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区分别在所述第一掺杂区中沿纵向方向朝着所述半导体衬底延伸，并且掺杂浓度非线性减小。

优选地，所述多个第二掺杂区和所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度分别小于所述第一掺杂区的平均掺杂浓度。

优选地，所述多个第二掺杂区的平均掺杂浓度大于所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度，从而利用所述平均掺杂浓度的差异减小所述元胞区的导通电阻和提高所述元胞区的击穿电压。

优选地，所述多个第二掺杂区的平均掺杂浓度比所述多个第三掺杂区的平均掺杂浓度大10％或更多。

优选地，所述多个第二掺杂区分别包括第一子区域和第二子区域，所述第一子区域的平均掺杂浓度小于所述第一掺杂区的掺杂浓度，所述第二子区域的平均掺杂浓度等于所述第一掺杂区的掺杂浓度。

优选地，所述第一子区域的平均掺杂浓度比所述第一掺杂区的平均掺杂浓度小20％或更多。

优选地，所述多个第二掺杂区具有第一横向尺寸，所述多个第三掺杂区具有第二横向尺寸，并且所述第一横向尺寸大于所述第二横向尺寸。