本发明涉及半导体器件,具体讲的是一种多段式高压功率器件终端结构。
背景技术:
1、碳化硅(s ic)高压功率器件较传统的硅器件具有更加优异的电热学性能,可以在更苛刻的环境下正常工作,因此在光伏发电、电动汽车和航天航空等领域有着广泛应用前景。为了满足电力电子系统高能效、高功率密度和小型轻量化的发展需求,sic功率器件正朝着高压、大功率、高频和低损耗的方向发展。
2、对于超高压sic功率器件,终端结构的设计是一大难点问题。考虑到实际芯片的曲率效应,超高压sic功率器件必须采用合适的终端结构和主结设计,来改善主结附近的电场集中现象。
3、目前普遍采用单一主结搭配多区结终端扩展(jte)或场限环(flr)形式的终端结构。多区结终端扩展(jte)终端结构由于分区数量有限,不同区域之间的浓度突变,容易引入新的电场尖峰,导致表面电场的效率远低于理想终端;后者场限环(flr)结终端结构具有环个数多、终端长度较长、终端占用面积较大等特性,导致该结终端结构设计难度高,工艺精度要求高,制造成本高。
4、此外,单一主结设计中,通常主结面积较大。在功率器件快速开关过程中,由于终端结构充放电效应容易产生瞬时过压或过热损伤,尤其是sic mosfet等新一代功率器件开关速度极快,极易在高速开关过程中发生损毁。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种多段式高压功率器件终端结构,本发明通过将主结和终端结构分段且引入隔离环,从而构建多段式多级空间调制结终端结构,阻断在功率器件开关过程中由于终端区的大面积pn结充放电效应形成的瞬时电流路径,抑制主结在靠近元胞区的一侧形成局部强电场或热点,大幅提升s i c mosfet等功率器件在高速开关过程中的可靠性。
2、为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
3、一种多段式高压功率器件终端结构,包括:
4、n衬底和形成于n衬底上的n型漂移区;
5、所述n型漂移区上由内至外顺次设置有源区、主结区和终端区,
6、所述主结区内至少形成有两个第二p阱区,所述第二p阱区内形成有p+区,相邻的第二p阱区之间形成有第一p隔离环,
7、所述终端区内至少形成有两个jte区,所述jte区内形成有若干个p+保护环,所述jte区的外侧均形成有第二p隔离环。
8、进一步的,所述有源区内形成有第一p阱区,所述第一p阱区内形成有n+区。
9、进一步的,所述有源区和主结区的上方形成有源极金属,所述源极金属与第一p阱区的部分区域、n+区的部分区域和所有p+区的部分区域接触。
10、进一步的,所述有源区和主结区的上方形成有多晶硅,所述多晶硅位于源极金属的下方,所述多晶硅的外侧包覆有介质层,
11、所述多晶硅的内侧位于n+区的上方,外侧延伸至主结区,且外侧与位于最内侧的p+区的部分区域接触后,与栅极金属接触。
12、进一步的,所述主结区和终端区的上方设置有场氧层,所述场氧层覆盖第一p隔离环、n型漂移区的部分区域、所有第一p阱区的部分区域、所有p+区的部分区域、jte区极和所有第二p隔离环。
13、进一步的,所述栅极金属形成于场氧层的上方,且位于主结区内。
14、进一步的,所述场氧层位于主结区内的部分包覆于多晶硅外侧。
15、进一步的,所述第二p隔离环的深度大于p+保护环的深度。
16、进一步的,还包括形成于n衬底下方的漏极。
17、本发明采用以上技术方案后,与现有技术相比,具有以下优点:
18、(1)本发明的主结设计为分段式结构,且在断开处引入隔离环结构,从物理层面上将功率器件在开关过程中因充放电效应形成的电流路径阻断,防止在主结敏感位置形成强电场和漏电流,保护主结和临近元胞,提升功率器件高速开关的稳定性;
19、(2)为本发明通过将jte终端结构分段且引入隔离环结构,降低大面积的jte终端充放电效应形成的电流,防止电流通过寄生电路对器件主结和临近元胞产生影响,例如局部强电场击穿和局部过热烧毁等;
20、(3)本发明在jte区的内部引入p+保护环,jte区内部的p+保护环能与p+区同步完成,仅需在p阱和p+版图设计时修改版图布局,无需调整工艺流程以及增加额外步骤,能完全兼容现有工艺;
21、且使用p隔离环代替jte区外侧的p+保护环,能大幅度抑制jte末端的电场峰值,提高jte终端结构在复杂工况下的稳定性。
22、下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
1.一种多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述有源区(a)内形成有第一p阱区(51),所述第一p阱区(51)内形成有n+区(52)。
3.根据权利要求2所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述有源区(a)和主结区(b)的上方形成有源极金属(6),所述源极金属(6)与第一p阱区(51)的部分区域、n+区(52)的部分区域和所有p+区(32)的部分区域接触。
4.根据权利要求3所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述有源区(a)和主结区(b)的上方形成有多晶硅(71),所述多晶硅(71)位于源极金属(6)的下方,所述多晶硅(71)的外侧包覆有介质层(72),
5.根据权利要求1所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述主结区(b)和终端区(c)的上方设置有场氧层(8),所述场氧层(8)覆盖第一p隔离环(33)、n型漂移区(2)的部分区域、所有第一p阱区(51)的部分区域、所有p+区(32)的部分区域、jte区(41)极和所有第二p隔离环(43)。
6.根据权利要求5所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述栅极金属(74)形成于场氧层(8)的上方,且位于主结区(b)内。
7.根据权利要求5所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述场氧层(8)位于主结区(b)内的部分包覆于多晶硅(71)外侧。
8.根据权利要求1所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,所述第二p隔离环(43)的深度大于p+保护环(42)的深度。
9.根据权利要求1所述的多段式高压功率器件终端结构,其特征在于,还包括形成于n衬底(1)下方的漏极(9)。
