專利名稱：具有場(chǎng)整形區(qū)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括半導(dǎo)體區(qū)域的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體區(qū)域具有pn結(jié)和與該pn結(jié)相鄰用以增強(qiáng)器件的反向擊穿電壓的場(chǎng)整形區(qū)。
附圖的

圖1A示出了一種已知簡(jiǎn)單半導(dǎo)體pn結(jié)二極管器件100的結(jié)構(gòu)。整流結(jié)101在p型區(qū)102和n型區(qū)103之間形成，區(qū)域102和103分別通過相同導(dǎo)電類型的更高摻雜的p+和n+區(qū)106、107與器件金屬電極104和105相連。二極管的反向擊穿電壓與允許的最大電場(chǎng)(對(duì)于半導(dǎo)體硅大約為0.2MV/cm)關(guān)系很大。因此擊穿電壓依賴于耗盡區(qū)邊緣108、109到pn結(jié)101任何一側(cè)內(nèi)，即耗盡區(qū)范圍(其依賴于pn結(jié)兩側(cè)的摻雜水平)內(nèi)的等勢(shì)線的密度。
圖1A中所示的簡(jiǎn)單二極管的摻雜水平和擊穿電壓的直接關(guān)系可以通過多種已知結(jié)構(gòu)避免，這些結(jié)構(gòu)全部使用著名的RESURF機(jī)制。
公開RFSURF機(jī)制結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)的一個(gè)實(shí)例是US-A-4,754,310(我們的參考號(hào)PHB32740)，其內(nèi)容此處引用作為參考。在該美國(guó)專利中公開了包括整流二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極晶體管的功率器件。在簡(jiǎn)單的整流二極管的情況中，有一種結(jié)構(gòu)與附圖的圖1B示意性示出的結(jié)構(gòu)等效。在圖1B所示二極管100B結(jié)構(gòu)中，其具有交替的p型和n型區(qū)域，在相同的反向電壓下，電場(chǎng)和耗盡區(qū)的邊緣108B、109B在pn結(jié)任何一側(cè)都被拉伸更大距離。這導(dǎo)致更高的擊穿電壓。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情況中，開態(tài)電阻和晶體管的擊穿電壓之間的折衷關(guān)系通過如下方法解決，即提供由第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域被插入相反導(dǎo)電類型的第二區(qū)域形成的區(qū)域作為漏極漂移區(qū)，與附圖中示出的圖1B的二極管的交替的p型和n型區(qū)類似。這些布置的主要問題是在交替的p型和n型區(qū)域中P和N型摻雜必須具有很好的平衡。
以WO-A-01/59847公布的國(guó)際專利申請(qǐng)，提供了在垂直高電壓絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)器件情況下改善擊穿電壓和開態(tài)電阻之間的折衷的另一種方法，其內(nèi)容此處引用作為參考(我們的參考號(hào)PHNL000066)。場(chǎng)整形區(qū)從器件的體區(qū)域穿過漏極漂移區(qū)延伸至漏極區(qū)。這些場(chǎng)整形區(qū)是半絕緣區(qū)或電阻性區(qū)域，當(dāng)器件不導(dǎo)通且在器件的主電極上施加電壓時(shí)，這些場(chǎng)整形區(qū)提供從源區(qū)的電流泄漏通路，以使得漏極漂移區(qū)內(nèi)的耗盡區(qū)向漏極區(qū)擴(kuò)展以增加器件的反向擊穿電壓。沿著電阻性通路的小的泄漏電流導(dǎo)致沿著這些通路的線性的電勢(shì)降。因此沿著這些通路并且相應(yīng)地在相鄰漏極漂移區(qū)中產(chǎn)生基本恒定的垂直電場(chǎng)，這導(dǎo)致?lián)舸╇妷罕确蔷鶆螂妶?chǎng)(發(fā)生在缺少場(chǎng)整形區(qū)域的情況)情況下的大。這樣，對(duì)于US-A-4,754,310的發(fā)明，對(duì)于給定的器件所需的擊穿電壓，有可能增加漏極漂移區(qū)的摻雜濃度，從而和普通器件相比減小了器件的開態(tài)電阻。
以WO-A-03/015178公布的國(guó)際專利申請(qǐng)，其內(nèi)容此處引用作為參考(我們的參考號(hào)PHNL010570)，公開了一種雙極晶體管結(jié)構(gòu)，包括集電極，其包括摻雜到第一濃度的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體材料的摻雜濃度較高的集電極區(qū)；第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體材料的發(fā)射極區(qū)；位于發(fā)射極區(qū)和集電極之間、與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體材料的基極區(qū)；集電極進(jìn)一步包括在較高摻雜的集電極區(qū)和基極區(qū)之間延伸的較低摻雜的漂移區(qū)，該漂移區(qū)為第一導(dǎo)電類型并摻雜到低于第一濃度的第二濃度；延伸到漂移區(qū)附近的溝槽；在溝槽中與漂移區(qū)隔離的柵極，用于控制漂移區(qū)在電壓閉鎖工作模式時(shí)是載流子耗盡的。集電極中的漂移區(qū)的摻雜濃度低于集電極的較高摻雜區(qū)域的摻雜濃度，使得漂移區(qū)的載流子被耗盡。使用溝槽中的柵極，漂移區(qū)甚至在漂移區(qū)具有較高摻雜時(shí)仍能耗盡。這允許截止頻率和擊穿電壓的乘積與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比增加。方便地，該結(jié)構(gòu)可以是在具有相對(duì)的第一和第二面的半導(dǎo)體塊體上形成的垂直結(jié)構(gòu)。發(fā)射極區(qū)可以與第一面相連，集電極區(qū)與第二面相連。溝槽基本上和第一面相垂直地穿過發(fā)射極和基極區(qū)而延伸到漂移區(qū)。在備選實(shí)施例中，可以提供橫向結(jié)構(gòu)，例如，使用絕緣掩埋層作為柵極。該柵極可以是半絕緣材料，該結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括位于與漂移區(qū)和基極區(qū)之間的邊界相鄰的柵極端處的第一柵極連接，以及位于漂移區(qū)和較高摻雜的集電極區(qū)的邊界處的第二柵極連接。這允許沿著柵極施加均勻的電場(chǎng)，進(jìn)而在漂移區(qū)中提供均勻的電場(chǎng)以最小化在低電壓下?lián)舸┑娘L(fēng)險(xiǎn)。無需在漂移區(qū)中有復(fù)雜的摻雜分布就可以獲得均勻的電場(chǎng)。
以WO-A-03/043089公布的國(guó)際專利申請(qǐng)涉及一種發(fā)明，其內(nèi)容此處引用作為參考(我們的參考PHNL020937)，該發(fā)明提供了一種包括源區(qū)、漏區(qū)和漏極漂移區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體器件，該器件具有與漂移區(qū)相鄰的場(chǎng)整形區(qū)，該場(chǎng)整形區(qū)是這樣設(shè)置的使用中，當(dāng)在源極和漏極區(qū)之間施加反向電壓且器件不導(dǎo)通時(shí)，在場(chǎng)整形區(qū)并且相應(yīng)地在相鄰的漂移區(qū)中產(chǎn)生基本恒定的電場(chǎng)，其特征在于場(chǎng)整形區(qū)被設(shè)置成用作第一電容器電極區(qū)域和第二電容器電極區(qū)域之間的電容器電介質(zhì)區(qū)，該第一和第二電容器電極區(qū)與該電電介質(zhì)區(qū)的相應(yīng)端相鄰，并具有不同的電子能壘。
基本恒定電場(chǎng)意味著，在給定的電壓下場(chǎng)整形區(qū)并因此相鄰漂移區(qū)中的最大電場(chǎng)與無場(chǎng)整形區(qū)的情況相比減小，其結(jié)果是器件的擊穿電壓相對(duì)較高。
根據(jù)WO-A-03/043089的器件中，正是第一和第二電容器電極區(qū)的不同的電子能壘保證了，在使用中，當(dāng)在源區(qū)和漏區(qū)之間施加電壓且器件不導(dǎo)通時(shí)，場(chǎng)整形區(qū)用作電容器電介質(zhì)區(qū)域而不是電阻性區(qū)域，在場(chǎng)整形區(qū)中基本沒有空間電荷，在漂移區(qū)中，第一電容器電極區(qū)以及漏極漂移區(qū)中的空間電荷和第二電容器電極區(qū)中的空間電荷之間存在電荷平衡。也就是說，漏極漂移區(qū)中的電荷加上第一電容器電極區(qū)中的電荷補(bǔ)償?shù)诙娙萜麟姌O區(qū)中的電荷。在該發(fā)明中是所施加的電壓在場(chǎng)整形區(qū)中電容性地產(chǎn)生基本恒定電場(chǎng)，而不是在WO-A-01/059847中公開的布置中提供的流經(jīng)場(chǎng)整形區(qū)的泄漏電流。而且，US-A-4,754,310的布置中沿著漂移區(qū)長(zhǎng)度在兩種相反導(dǎo)電類型區(qū)域之間提供精確的電荷平衡的問題在WO-A-03/043089的布置中并不存在。
在WO-A-03/043089中場(chǎng)整形區(qū)被描述成是本征半導(dǎo)體材料，或是摻雜比漂移區(qū)低的非本征半導(dǎo)體材料，或是半絕緣材料，例如，包括摻氧的多晶硅或摻氮的多晶硅之一。第一電容器電極區(qū)可以是第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域，第二電容器電極區(qū)是導(dǎo)電類型與第一電容器電極區(qū)相反的半導(dǎo)體區(qū)域。這種情況下第一和第二電容器電極區(qū)的不同電子能壘由兩種半導(dǎo)體導(dǎo)電類型的不同功函數(shù)提供?；蛘?，第一電容器電極區(qū)可以是半導(dǎo)體區(qū)域，而第二電容電極區(qū)是肖特基勢(shì)壘區(qū)域。這種情況中第一電容器電極半導(dǎo)體區(qū)域的功函數(shù)是不同于第二電容器電極肖特基勢(shì)壘區(qū)的肖特基電子能壘的電子能壘。在剛才說明的兩種情況中，第一電容器電極區(qū)半導(dǎo)體區(qū)域與漏區(qū)的導(dǎo)電類型相同。該晶體管可以是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這可以是為溝槽-柵極晶體管的垂直晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件，其包括半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體區(qū)域具有pn結(jié)和與該pn結(jié)相鄰的、用以提高器件的反向擊穿電壓的場(chǎng)整形區(qū)，其中該場(chǎng)整形區(qū)是絕緣材料并耦合到第一和第二電容性電壓耦合區(qū)，所述電容性耦合區(qū)設(shè)置成在使用中提供與施加到pn結(jié)的電壓基本相同的電壓，場(chǎng)整形區(qū)的材料和電容性耦合使得在pn結(jié)上施加反向電壓且器件不導(dǎo)通時(shí)，在場(chǎng)整形區(qū)的一部分中存在電容性電場(chǎng)，其延伸超出無場(chǎng)整形區(qū)域時(shí)存在的pn結(jié)耗盡區(qū)的邊界，該場(chǎng)整形區(qū)中的電場(chǎng)感應(yīng)出限于半導(dǎo)體區(qū)域中相應(yīng)展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)的展寬的電場(chǎng)。
本發(fā)明上面定義中的“電容性電壓耦合區(qū)被設(shè)成在使用中提供與pn結(jié)上所施加的電壓相同的電壓”的意思將在下面實(shí)例的解釋和闡述中得到理解。然而，通過簡(jiǎn)單的解釋，需要注意此處場(chǎng)整形區(qū)可以簡(jiǎn)單地僅僅直接耦合到形成pn結(jié)的相同的p型和n型半導(dǎo)體區(qū)域；或者場(chǎng)整形區(qū)可以在一側(cè)耦合到與p區(qū)域相鄰的p+區(qū)域和/或在另一側(cè)耦合到與n區(qū)域相鄰的n+區(qū)域；或者場(chǎng)整形區(qū)可以在一側(cè)同時(shí)耦合到p+和p型區(qū)域和/或在另一側(cè)同時(shí)耦合到n+和n型區(qū)域；或者場(chǎng)整形區(qū)可以在一側(cè)或兩側(cè)耦合到導(dǎo)電區(qū)域電極(例如金屬或高摻雜的多晶硅)，所述導(dǎo)電區(qū)域電極可以為此目的提供，或可以是半導(dǎo)體器件的主電極或控制電極；或者場(chǎng)整形區(qū)域可以和上面剛剛提及的這些區(qū)域的組合耦合。
根據(jù)本發(fā)明的器件中，與半導(dǎo)體pn結(jié)相鄰的場(chǎng)整形區(qū)可以橋接pn結(jié)或者它可以僅毗鄰該pn結(jié)的p型側(cè)或n型側(cè)。場(chǎng)整形區(qū)可以僅與pn結(jié)的橫向范圍的一側(cè)相鄰或與其兩側(cè)都相鄰。場(chǎng)整形區(qū)可以直接毗鄰具有pn結(jié)的半導(dǎo)體區(qū)域，或者可以存在一個(gè)插入的絕緣區(qū)域(例如SiO2)作為鈍化襯墊。該p型區(qū)域和n型區(qū)域可以具有恒定的摻雜或非均勻摻雜(例如漸變摻雜)；如果其用作導(dǎo)通狀態(tài)漂移區(qū)，非均勻摻雜在任一區(qū)域都是優(yōu)選的。
下面描述的本發(fā)明的實(shí)例中，以不同于US-A-4,754,310、以及在上述討論過的已公布國(guó)際專利申請(qǐng)WO-A-01/59847、WO-A-03/015178和WO-A-03/043089中公開的方式獲得器件反向擊穿電壓的增加。
參照附圖給出本發(fā)明實(shí)例的更詳細(xì)的描述和解釋，附圖中圖1A和1B分別示出了上面已經(jīng)描述的已知半導(dǎo)體二極管器件的示意性剖面圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管器件的示意性剖面圖；圖3A和3B是分別闡述圖2中和圖1A中示出的二極管器件在擊穿時(shí)的等勢(shì)線的圖；圖4示出了圖2的二極管的模擬結(jié)果曲線；
圖5示出了具有根據(jù)本發(fā)明的場(chǎng)整形層的絕緣體上硅結(jié)構(gòu)；圖6和6A分別示出了根據(jù)本發(fā)明的平面柵垂直絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體器件一部分的概略剖面圖；圖7和7A分別示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直溝槽-柵絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體器件一部分的概略剖面圖；圖8A和8B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的橫向絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的剖面圖和平面圖；圖9和10分別示出了根據(jù)本發(fā)明的雙極晶體管的示意圖和剖面圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的絕緣體上硅結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；和圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的pn結(jié)邊緣端結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
現(xiàn)在參考附圖中的圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的簡(jiǎn)單半導(dǎo)體pn結(jié)二極管器件200。和圖1A中示出的已知二極管器件100的方式相同，二極管器件200具有在p型區(qū)102和n型區(qū)103之間形成的整流結(jié)101，區(qū)域102和103分別通過相同導(dǎo)電性的更高摻雜的p+和n+區(qū)域106、107與器件金屬電極104和105相連。二極管器件200還具有絕緣電介質(zhì)材料場(chǎng)整形區(qū)201，該整形區(qū)與pn結(jié)101的橫向范圍的兩側(cè)相鄰并橋接pn結(jié)的p型側(cè)102和n型側(cè)103。每個(gè)絕緣電介質(zhì)區(qū)201耦合到第一和第二電容性電壓耦合區(qū)204和205，它們是導(dǎo)電材料制成的，也就是說，它們是金屬的并與二極管器件200的主電極104和105是整體的。這樣第一和第二電容性電壓耦合區(qū)204和205被設(shè)置成在使用中處于與通過電極104和105施加到pn結(jié)101上的電壓基本相同的電壓。每個(gè)場(chǎng)整形區(qū)201的材料和電容性耦合使得當(dāng)在pn結(jié)101上施加反向電壓且器件200不導(dǎo)通時(shí)，在每個(gè)場(chǎng)整形區(qū)201的一部分上存在電容性電場(chǎng)，其延伸出pn結(jié)耗盡區(qū)邊界之外，在沒有場(chǎng)整形區(qū)201的情形下存在該邊界，它在圖1A中以虛線邊108、109示出。場(chǎng)整形區(qū)201中的該電場(chǎng)感應(yīng)出限于半導(dǎo)體區(qū)域中的相應(yīng)展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)的展寬的電場(chǎng)，因而使器件200具有增強(qiáng)的反向擊穿電壓。在反向擊穿電壓下感應(yīng)出的pn結(jié)耗盡區(qū)的展寬的邊緣如圖2中虛線208和209所示。如圖2所示，每個(gè)絕緣電介質(zhì)區(qū)201，除了耦合到第一和第二金屬電容器電極區(qū)域204、205，還耦合到pn結(jié)101的兩側(cè)的p+、p、n和n+區(qū)域。作為替代，每個(gè)電介質(zhì)區(qū)201的第一和第二電容性電壓耦合區(qū)中的至少一個(gè)可以包括形成pn結(jié)101的p型區(qū)102和n區(qū)103中的一個(gè)，或者每個(gè)電介質(zhì)區(qū)201的第一和第二電容性電壓耦合區(qū)中的至少一個(gè)可以包括較高摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體區(qū)域與形成pn結(jié)的p型和n型半導(dǎo)體區(qū)域中的一個(gè)相鄰并與具有相同的導(dǎo)電類型，即，p+區(qū)域106或n+區(qū)域107。例如，電介質(zhì)區(qū)201可以僅耦合到p型區(qū)和n型區(qū)102、103，或電介質(zhì)區(qū)201可以僅耦合到p+和n+區(qū)域106和107。
pn結(jié)耗盡區(qū)的展寬程度和由此導(dǎo)致的二極管器件反向擊穿電壓的增加量是半導(dǎo)體材料摻雜水平的函數(shù)。pn結(jié)p型側(cè)和n型側(cè)可以具有相同的摻雜水平?；蛘?，p型側(cè)和n型側(cè)可以具有不同的摻雜水平，如果存在明顯不同，耗盡層的寬度主要由摻雜更低的一側(cè)決定。擊穿電壓增加的程度還依賴于半導(dǎo)體材料和場(chǎng)整形電介質(zhì)材料的相對(duì)寬度。半導(dǎo)體pn結(jié)的擊穿電壓的增加與半導(dǎo)體材料和絕緣場(chǎng)整形區(qū)材料的介電常數(shù)差有關(guān)。例如，硅半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)大約為11.7到11.9，與之相比較，根據(jù)本發(fā)明適于用作器件中(多個(gè))場(chǎng)整形區(qū)的電介質(zhì)材料的Ta205的介電常數(shù)大約為22。而且，絕緣/電介質(zhì)材料的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度足夠承受出現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)；例如，對(duì)于Ta205，其為3-5MV/cm。半導(dǎo)體器件中使用的標(biāo)準(zhǔn)電介質(zhì)二氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4也可以用于根據(jù)本發(fā)明器件中的(多個(gè))場(chǎng)整形區(qū)。SiO2具有3.9的介電常數(shù)和12-15MV/cm的擊穿強(qiáng)度。Si3N4具有7-9的介電常數(shù)和10-11MV/cm的擊穿強(qiáng)度，其明顯高于半導(dǎo)體硅的0.2MV/cm的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。
現(xiàn)在參考圖3A和3B，它們分別是說明圖2和圖1A中所示的二極管器件在反向擊穿電壓下的等勢(shì)線的模擬圖。圖3A和3B中，pn結(jié)在垂直軸上的4.0微米處，p+區(qū)從0.0到0.2，p區(qū)從0.2到4.0，n區(qū)從4.0到8.0，n+區(qū)從8.0到8.2。圖3A中所示出的圖2器件的垂直高度選擇得比實(shí)際需要的要高；從2.5微米到5.5微米的垂直軸上的總高度對(duì)證明該效果是足夠的。在圖3A和3B所示的器件中半導(dǎo)體硅的p和n區(qū)的摻雜水平相同，都為1E17。在圖3B中示出了圖1A器件的擊穿電壓的模擬結(jié)果，為21.4伏特。對(duì)于圖3A中示出的圖2的器件，半導(dǎo)體硅的寬度，即pn結(jié)的橫向?qū)挾?，?.4微米，兩個(gè)場(chǎng)整形絕緣電介質(zhì)區(qū)201(為氧化鉭，Ta205)的寬度也是0.4微米。圖2的器件的擊穿電壓的模擬結(jié)果在圖3A中示出，從21.4伏特增加到36伏特。
圖3A和3B中的等勢(shì)線清晰地說明了(a)無場(chǎng)整形區(qū)時(shí)存在的pn結(jié)耗盡區(qū)的邊界(圖3B中所示的邊108、109)，(b)存在于每個(gè)場(chǎng)整形區(qū)域201(圖3A)的一部分中的電容性電場(chǎng)，其延伸出邊界108、109(圖3B)，和(c)場(chǎng)整形區(qū)201中的電容性電場(chǎng)的效應(yīng)感應(yīng)出展寬的電場(chǎng)，該展寬的電場(chǎng)限于半導(dǎo)體區(qū)域中的相應(yīng)展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)(邊208、209)。
對(duì)于圖3A中示出的圖2的器件的效應(yīng)的一些解釋如下。對(duì)于每個(gè)場(chǎng)整形區(qū)域，存在一個(gè)二維電容器，一個(gè)極板在p型區(qū)內(nèi)，另一個(gè)在n型區(qū)內(nèi)(更精確地，電容器極板是分布的電壓越大，這些極板的距離越大)。圍繞電容器極板的電壓分布和電場(chǎng)線是電容器極板周圍的材料(幾何結(jié)構(gòu)和它們的介電常數(shù))的函數(shù)。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是平板電容器，其中，絕緣電介質(zhì)插入到極板之間假設(shè)兩個(gè)板上電荷相等，電壓在極板處降低。半導(dǎo)體二極管具有相同類型的行為引入平行于結(jié)的絕緣電介質(zhì)并假設(shè)兩側(cè)的電荷相同將導(dǎo)致二極管上的電壓較低。現(xiàn)在我們可以增加施加電壓到達(dá)其初始點(diǎn)。對(duì)于這個(gè)動(dòng)作，耗盡層中需要額外的電荷，因此，需要更厚的耗盡層。結(jié)果是，在相同的反向電壓下在結(jié)處產(chǎn)生較低的電場(chǎng)。這導(dǎo)致較高的擊穿電壓。
圖2所示的器件的一個(gè)修改中，向上移動(dòng)結(jié)(因此完全用N代替P)，如果電介質(zhì)區(qū)201不存在，導(dǎo)致15伏特的擊穿電壓，如果具有兩個(gè)電介質(zhì)區(qū)201，擊穿電壓為28伏特(再次使用具有0.4微米寬的半導(dǎo)體硅和0.4微米寬的電介質(zhì)區(qū)201)。這種修改的結(jié)果是電容性耦合增強(qiáng)，導(dǎo)致耗盡區(qū)加寬將在低摻雜的n型部分增強(qiáng)。因?yàn)楹谋M區(qū)在低摻雜部分較寬，有可能更容易地在該低摻雜部分延伸耗盡區(qū)，同樣人們希望通過該電容性耦合提高緊密耦合的效果。這通過使p+側(cè)電壓更接近n+側(cè)電壓獲得。這樣n型區(qū)是具有高電阻率并維持高電壓的材料片。所以它也可以用在MOSFET中。
附圖中的圖4示出了圖2中的二極管的模擬結(jié)果的總結(jié)，其中，畫出了擊穿電壓(伏特)與半導(dǎo)體區(qū)域/電介質(zhì)區(qū)域?qū)挾?微米)的關(guān)系。曲線41和42分別示出了兩側(cè)和一側(cè)結(jié)的p型和n型摻雜都為5E16的結(jié)果，也就是說如圖2所示的電介質(zhì)與pn結(jié)兩側(cè)都相鄰，以及電介質(zhì)僅與結(jié)的一側(cè)相鄰(這在本發(fā)明的范圍內(nèi)也是可能的)。曲線43和44類似地示出了兩側(cè)或一側(cè)結(jié)的p型和n型摻雜為1E17的結(jié)果。
這些結(jié)果產(chǎn)生下面的實(shí)施建議穿過二極管的結(jié)刻蝕溝槽，并用絕緣材料填充溝槽，該絕緣材料優(yōu)選具有高介電常數(shù)(例如，介電常數(shù)＞20的Ta205；用于鈍化硅的SiO2襯(上面給出的結(jié)果/曲線圖中使用2nm))。需要額外電荷(導(dǎo)致更寬的耗盡區(qū))來建立臨界電場(chǎng)，這樣產(chǎn)生更高的擊穿電壓結(jié)果?？梢钥涛g成條，但更為有利的是將溝槽刻蝕成六角或方形網(wǎng)格，這是因?yàn)橛捎谠谙嗤妷合滦枰叩碾姾刹⒁虼诵枰鼘挼暮谋M層，所以電壓的擴(kuò)展更強(qiáng)。該網(wǎng)孔、或蜂窩狀的設(shè)置提供了更大的面積/容量比率；更大面積上覆蓋高k材料給出更強(qiáng)的電容性耦合，這樣耗盡層的加寬更強(qiáng)(更好的“RESURF”)，因此獲得更高的擊穿電壓。
根據(jù)本發(fā)明，上面涉及半導(dǎo)體二極管器件所描述的概念可以用于任何其它具有反偏結(jié)的器件(例如雙極性結(jié)晶體管和MOSFET)以給出向正電壓降(即，開態(tài)電阻)和擊穿電壓之間的更好的折衷。例如，在MOS器件中在漏極擴(kuò)展區(qū)摻雜盡可能地高對(duì)于開態(tài)電阻是具有吸引力的，但所需的擊穿電壓限制了摻雜水平。通過在與pn結(jié)相鄰的或橋接pn結(jié)的場(chǎng)整形區(qū)使用絕緣材料(優(yōu)選地具有高介電常數(shù))，該限制變得不是那么嚴(yán)格。該相鄰的場(chǎng)整形區(qū)可以是垂直的，例如在溝槽中，但也可以是橫向的，例如對(duì)于結(jié)的邊緣端。而且在SOI(絕緣體上硅)器件中，通過用場(chǎng)整形電介質(zhì)層或氧化物層和場(chǎng)整形電介質(zhì)層的夾層代替氧化物層，人們可以使用位于頂端或位于底端的機(jī)制。整個(gè)氧化物層由場(chǎng)整形電介質(zhì)代替的結(jié)構(gòu)在附圖的圖5中示出，其中，層51是硅襯底，層52是掩埋的高k電介質(zhì)場(chǎng)整形區(qū)，層53是具有pn結(jié)101的SOI半導(dǎo)體硅區(qū)，層54是頂部高k電介質(zhì)場(chǎng)整形區(qū)，層55是場(chǎng)極板。在反向擊穿電壓下引入的pn結(jié)耗盡區(qū)的展寬邊由虛線508、509指示。
在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有器件中，場(chǎng)整形絕緣材料的介電常數(shù)越高，對(duì)擊穿電壓的有益影響越高。也就是說，如果場(chǎng)整形絕緣/電介質(zhì)材料的k值越高，那么等勢(shì)線在與半導(dǎo)體pn結(jié)相鄰的場(chǎng)整形材料的電場(chǎng)中的展寬越大，這樣，最大電場(chǎng)降低(電場(chǎng)更松弛)，因而，半導(dǎo)體材料中的電場(chǎng)和pn結(jié)耗盡層相應(yīng)感應(yīng)的展寬更大，因此pn結(jié)的擊穿反向電壓更大。場(chǎng)整形材料的K值越大，該材料的區(qū)域可以越薄，以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體pn結(jié)的擊穿電壓的給定的增加。氧化鉭Ta205(k值大約為22)是場(chǎng)整形區(qū)優(yōu)選的材料。在硅半導(dǎo)體工藝中熟知的其它絕緣材料，例如二氧化硅SiO2(k大約為4)和氮化硅Si3N4(k大約為8)可以用于根據(jù)本發(fā)明的器件的場(chǎng)整形區(qū)，但為了獲得相鄰pn半導(dǎo)體結(jié)擊穿電壓的相同增量，該區(qū)域要比使用Ta205厚很多。因?yàn)殡娊橘|(zhì)場(chǎng)整形區(qū)不傳導(dǎo)任何電流，更薄更高k的場(chǎng)整形區(qū)/層產(chǎn)生更高的效率，因?yàn)樵诮o定面積中存在更多平行的二極管/晶體管單元，結(jié)果器件的開態(tài)電阻更小。可以用在根據(jù)本發(fā)明的器件的場(chǎng)整形區(qū)的、k值比氮化硅高的其它電介質(zhì)材料是，例如，氧化鋁Al2O3(k＝4.5-8.4)，鈦酸鍶SiTiO3和鈦酸鋇BaTiO3(k＝12-15)。具有更高k值的材料的一個(gè)實(shí)例是CoTiO3(k＝40)。k值比SiO2高的電介質(zhì)材料，特別是k值比Si3N4高的電介質(zhì)材料，優(yōu)選用作根據(jù)本發(fā)明的場(chǎng)整形區(qū)。
附圖中的圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的平面柵垂直絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體器件60的一部分的剖面圖。器件60包括硅半導(dǎo)體塊體，其包括n+襯底漏區(qū)14，漏區(qū)頂端是n-漏極漂移區(qū)11。絕緣柵結(jié)構(gòu)G由設(shè)在半導(dǎo)體塊體頂面上的柵極電介質(zhì)層30和柵極導(dǎo)電層31組成。當(dāng)在平面中觀察時(shí)，絕緣柵結(jié)構(gòu)G，定義了規(guī)則的具有開孔的網(wǎng)格或格柵，其中，每個(gè)開孔中形成源極單元，其由和漏極漂移區(qū)11形成pn結(jié)34的p型體區(qū)域32組成，并包括n+源區(qū)33。圖6示出了兩個(gè)源極單元每個(gè)的一半，柵結(jié)構(gòu)G的所示部分每端都有一個(gè)單元。絕緣區(qū)域35被設(shè)在柵結(jié)構(gòu)G上。接觸所有源區(qū)33的源極金屬36設(shè)在絕緣區(qū)域35上的頂部半導(dǎo)體表面上以提供源極電極S。通過穿過絕緣區(qū)域35的窗口以提供與絕緣柵結(jié)構(gòu)G的電學(xué)連接。金屬層16接觸漏區(qū)14以提供漏極電極D。每個(gè)場(chǎng)整形絕緣區(qū)61(其可以是Ta205)都與p型塊體32和n-漏極漂移區(qū)11之間的pn結(jié)34相鄰，并都電容性耦合在與n+漏區(qū)為整體的第一電容性電壓耦合區(qū)62和第二電容性電壓耦合區(qū)63之間，該第二電容性耦合區(qū)63優(yōu)選由高摻雜多晶硅或金屬(其可以是源極金屬36的延伸)組成，其與器件的p型塊體區(qū)域32和源區(qū)33相鄰并與這兩個(gè)區(qū)域的電勢(shì)相同。第二電容性電壓耦合區(qū)63或者可以是p型塊體區(qū)域32或是源區(qū)33本身。金屬或高摻雜的多晶硅第二電容性電壓耦合區(qū)63(其是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致n漂移區(qū)11中的更強(qiáng)的耗盡)優(yōu)選通過薄的絕緣層(未示出)與半導(dǎo)體硅分開。圖6A放大比例地示出了圖6的器件一部分以闡述提供Ta205場(chǎng)整形區(qū)的效應(yīng)。圖6A示出了在場(chǎng)整形區(qū)61內(nèi)以及pn結(jié)34區(qū)域中相鄰的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的器件的反向擊穿電壓(源極到漏極)下的等勢(shì)線。pn結(jié)區(qū)域中的場(chǎng)整形(其增加了器件的擊穿電壓)限制在耗盡區(qū)。虛線68示出了展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)的邊緣，該耗盡區(qū)僅部分地延伸穿過漏極漂移區(qū)11。這對(duì)應(yīng)于上面討論的圖3A中示出的二極管的耗盡區(qū)展寬。在上面文獻(xiàn)WO 01/59847中討論的實(shí)例中，場(chǎng)整形延伸穿過整個(gè)漏極漂移區(qū)，并且遠(yuǎn)離pn結(jié)到達(dá)場(chǎng)整形半絕緣導(dǎo)電區(qū)域接觸n+漏區(qū)的地方。
本發(fā)明布置的優(yōu)勢(shì)在于，場(chǎng)整形區(qū)是絕緣的、是電容性耦合的、僅整形耗盡區(qū)，不“整形”包括遠(yuǎn)處的耗盡區(qū)外部的耗盡層的半導(dǎo)體材料中的電場(chǎng)。在使用半絕緣材料作為場(chǎng)整形區(qū)的WO-A-01/59847和WO-A-03/043089的布置中，場(chǎng)展寬是在整個(gè)半絕緣層的長(zhǎng)度上的，這引起遠(yuǎn)離原始耗盡區(qū)的具有pn結(jié)的半導(dǎo)體中的耗盡層的展寬，這使電容增大到大于器件所需增加的擊穿電壓需要的電容。使用根據(jù)本發(fā)明的電容性耦合絕緣場(chǎng)整形區(qū)，這種展寬被自動(dòng)限制，因?yàn)楹谋M層電荷的增加決定了這種展寬，從而存在適于反向偏置的“反饋”。正是使用了絕緣場(chǎng)整形區(qū)，避免了WO-A-01/59847的布置中存在的(寄生)額外電流泄漏，和將場(chǎng)整形限制在耗盡區(qū)。需要注意WO-A-01/59849提及可能使用氮化硅作為半絕緣層，這需要氮化硅的處理和成分以確保該半絕緣屬性。如果氮化硅被用作本發(fā)明的場(chǎng)整形材料，它的處理和成分將確保其絕緣屬性。因?yàn)榻^緣場(chǎng)整形區(qū)的效應(yīng)被限制在存在耗盡層的半導(dǎo)體硅的部分，與WO-A-01/59847中的布置相比較，對(duì)場(chǎng)整形區(qū)的起始和結(jié)束處的準(zhǔn)確位置不敏感。這樣，盡管圖6所示器件中場(chǎng)整形區(qū)11僅與pn結(jié)34的p型側(cè)相鄰，場(chǎng)整形區(qū)域11可以作為第二電容性電壓耦合區(qū)一直延伸到金屬源極電極36，S，并因此跨接pn結(jié)。這種情況中，場(chǎng)整形區(qū)11將被耦合到電容性電壓耦合區(qū)，所述電容性電壓耦合區(qū)的電壓并不正好等于半導(dǎo)體區(qū)域(即p型塊體和n型漏極漂移區(qū))中反向偏置pn結(jié)兩側(cè)的電壓。該效應(yīng)因此并不十分強(qiáng)烈，但仍可滿足要求。可以在第二電容性電壓耦合金屬接觸和半導(dǎo)體區(qū)域之間提供絕緣層。本發(fā)明范圍內(nèi)的其它器件中，例如圖2所示的二極管，因?yàn)榻^緣場(chǎng)整形區(qū)不允許電流流動(dòng)，所以其可以連接在兩個(gè)金屬電容器電極之間。
在WO-A-01/043089中描述的場(chǎng)效應(yīng)器件的實(shí)例中，場(chǎng)整形區(qū)被描述成是本征半導(dǎo)體材料，或者是摻雜比漂移區(qū)低的非本征半導(dǎo)體材料，或是半絕緣材料；與場(chǎng)整形區(qū)的端部相鄰的第一和第二電容器電極區(qū)具有不同的電子能壘。與此對(duì)照，在根據(jù)本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，場(chǎng)整形材料是絕緣材料；絕緣場(chǎng)整形區(qū)端部的電容性電壓耦合區(qū)可具有不同的電子能壘，但這不是必須的；而且重要的是，場(chǎng)整形區(qū)一部分中的電場(chǎng)感應(yīng)出展寬的電場(chǎng)(圖6A中所示)，該延伸的電場(chǎng)限于p型塊體-漂移區(qū)結(jié)附近的耗盡區(qū)內(nèi)且并不沿著整個(gè)漂移區(qū)延伸，也就是說，電容性場(chǎng)整形被限制在耗盡層寬度，這是器件中發(fā)生電壓降的位置。
附圖的圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直溝槽-柵絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體器件70的一部分的剖面圖。半導(dǎo)體塊體具有p型塊體區(qū)32中的n+源區(qū)33，p型塊體區(qū)32與n+漏區(qū)14上的n-漏極漂移區(qū)11形成pn結(jié)34。溝槽-柵的柵結(jié)構(gòu)G包括從半導(dǎo)體塊體的頂面穿過源區(qū)33和pn結(jié)34延伸至漏極漂移區(qū)11的溝槽75。柵結(jié)構(gòu)G包括在位于柵極導(dǎo)電材料31和毗鄰溝槽75的半導(dǎo)體塊體之間的溝槽75中提供的絕緣層76。在柵極導(dǎo)電材料31上提供頂部絕緣層35。與圖6中描述的方式相同，在圖7中示出了兩個(gè)源極單元每個(gè)的一半，溝槽-柵結(jié)構(gòu)G的所示部分的每端都有一個(gè)。場(chǎng)整形絕緣電介質(zhì)區(qū)71(其可以是例如Ta2O5)，分別毗鄰并橋接p型塊體32和n-漏極漂移區(qū)11之間的pn結(jié)34，并且每個(gè)都電容性耦合在第一電容性電壓耦合區(qū)72(與n+漏區(qū)14是整體的)和第二電容性電壓耦合區(qū)73(與金屬源極電極是整體的)之間。需要注意，WO-A-03/043089所描述的場(chǎng)效應(yīng)器件的實(shí)例中，場(chǎng)整形區(qū)域不橋接p型塊體和n型漏極漂移區(qū)之間的結(jié)。圖7A以虛線示出了器件的源極到漏極的擊穿電壓下的等勢(shì)線，在場(chǎng)整形區(qū)71的一部分和橫跨pn結(jié)34的相鄰半導(dǎo)體區(qū)域中感應(yīng)出的展寬的耗盡區(qū)77、78中是非均勻電場(chǎng)。和圖6類似，展寬的耗盡區(qū)的邊緣78僅部分延伸穿過漏極漂移區(qū)11。
概括而言，實(shí)質(zhì)上通過將場(chǎng)整形區(qū)替換成絕緣電介質(zhì)材料，在WO-A-03/043089中所描述的所有場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件可以被修改成落在在本發(fā)明的范圍內(nèi)。參考附圖的圖6和圖7描述的這些器件是主要通過這種替換而得到的該修改的實(shí)例。
附圖的圖8A和8B分別示出了根據(jù)本發(fā)明被修改的WO-A-03/043089中公開的橫向絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的一個(gè)實(shí)例的剖面圖和平面圖。n+源區(qū)33，n+漏區(qū)14和n-漏極漂移區(qū)11在器件的頂部主表面之下。具有柵電介質(zhì)層30和柵極導(dǎo)電層31的平面絕緣柵位于該頂部主表面之上。P型塊體溝道-調(diào)節(jié)(accommodating)區(qū)32也在該頂面之下。場(chǎng)整形絕緣電介質(zhì)區(qū)81(其可以是Ta205)在該頂部主表面之上，毗鄰即靠近p型塊體區(qū)域32和n型漂移區(qū)11之間的pn結(jié)，并通過薄絕緣SiO2區(qū)域82與漏極漂移區(qū)分隔開。場(chǎng)整形區(qū)81的第一電容性電壓耦合區(qū)84由漏極電極16形成。源極金屬電極36接觸源區(qū)33并在覆蓋柵極導(dǎo)電層31的絕緣層83上延伸以接觸一p+區(qū)域，該p+區(qū)域與電介質(zhì)場(chǎng)整形區(qū)81的一端相鄰，并為場(chǎng)整形區(qū)81提供第二電容性電壓耦合區(qū)85。源極電極36直接與場(chǎng)整形區(qū)81接觸時(shí)，該p+區(qū)域可以省略?？梢杂盟龅氖褂蒙婕耙r底87上掩埋氧化物層86的絕緣襯底上的硅層(SOI)工藝制備器件80。
附圖的圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的雙極晶體管90的示意性表示。n+發(fā)射極區(qū)91、p+基極區(qū)92、n型集電極漂移區(qū)93和n+集電極區(qū)94嵌入到兩側(cè)都設(shè)有場(chǎng)整形電介質(zhì)/絕緣區(qū)95的布置中，在反向電壓下，所述場(chǎng)整形電介質(zhì)/絕緣區(qū)95展寬基極-集電極結(jié)處的電場(chǎng)/耗盡區(qū)并增加反向擊穿電壓。
概括而言，實(shí)質(zhì)上通過用絕緣/電介質(zhì)材料替換WO-A-03/015178中稱為柵極區(qū)域的半絕緣場(chǎng)整形區(qū)，WO-A-03/015178中公開的所有雙極晶體管結(jié)構(gòu)都可以被修改成落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在附圖的圖10中以剖面圖示出這種實(shí)例，其是WO-A-03/015178的圖3中所示的結(jié)構(gòu)的修改。
圖10中所示的雙極晶體管90中，垂直結(jié)構(gòu)具有n+集電極襯底94，其具有多個(gè)臺(tái)面901，每個(gè)臺(tái)面包含n型集電極漂移區(qū)93、薄的p型基極層92、發(fā)射極-基極空間電荷區(qū)96和發(fā)射極區(qū)91。每個(gè)臺(tái)面901被溝槽902環(huán)繞，溝槽902可選通過薄的鈍化SiO2絕緣層903與臺(tái)面分開，并優(yōu)選包括高k值的絕緣/電介質(zhì)材料作為橋接臺(tái)面901中的pn基極92集電極93結(jié)的場(chǎng)整形區(qū)95。每個(gè)場(chǎng)整形區(qū)95的第一電容性電壓耦合區(qū)與n+集電極區(qū)94整體形成，每個(gè)場(chǎng)整形區(qū)域95的第二電容性電壓耦合區(qū)97由電介質(zhì)95頂上的金屬接觸形成?；蛘叩诙娙菪噪妷厚詈蠀^(qū)接觸可以與基極或發(fā)射極相連。
附圖中的圖11示出根據(jù)本發(fā)明的絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)110的另一個(gè)實(shí)例。被示成在氧化物襯底114上并形成pn結(jié)111的半導(dǎo)體p型和n型區(qū)112、113可以只是簡(jiǎn)單的二極管器件，但也可以被認(rèn)為結(jié)合了漂移區(qū)，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主體和漏極漂移區(qū)或雙極晶體管的基極和集電極漂移區(qū)。兩部分絕緣電介質(zhì)，優(yōu)選為高K值的，場(chǎng)整形區(qū)115、116位于p型和n型半導(dǎo)體區(qū)域的頂端和背面。在圖11所示的結(jié)構(gòu)中，通過該結(jié)構(gòu)的左手側(cè)和右手側(cè)的接觸(未示出)，電壓可以連接到半導(dǎo)體區(qū)域112、113以及場(chǎng)整形區(qū)115、116。或者，可以僅對(duì)p型112和n型區(qū)113制作用于施加電壓的接觸，其然后為場(chǎng)整形區(qū)115、116提供所需的第一和第二電容性電壓耦合區(qū)。在p型和n型半導(dǎo)體區(qū)域的背面和頂端都存在高k場(chǎng)整形區(qū)闡明了根據(jù)本發(fā)明的電容性場(chǎng)整形可涉及電荷的三維(非線性)分布。以虛線117、118和119示出在反向擊穿電壓下展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)的邊緣。
附圖中的圖12示出了一種結(jié)構(gòu)，其中，絕緣/電介質(zhì)(優(yōu)選為高k的)場(chǎng)整形區(qū)121根據(jù)本發(fā)明被用于增加pn結(jié)邊緣端(即所示的p型區(qū)123和n型區(qū)域124之間的pn結(jié)122以圓滑的曲線在橫向表面結(jié)束的點(diǎn))的擊穿電壓。根據(jù)本發(fā)明，橫向表面頂部上的場(chǎng)整形區(qū)121感應(yīng)出在橫向表面形成的pn結(jié)122的耗盡區(qū)(以點(diǎn)線125示出的耗盡區(qū)展寬到虛點(diǎn)線126)的更高曲率半徑，因而提高了pn結(jié)的擊穿電壓。施加到pn結(jié)的相關(guān)的反向電壓被施加到接觸A和B或者施加到接觸A和C。因?yàn)楦遦場(chǎng)整形區(qū)121(如所示直接地，或通過薄的絕緣體)接觸p型和n型區(qū)域123、124，所以它被自動(dòng)地連接并電容性耦合到與pn結(jié)上的施加電壓相同的電壓。在接觸A和B的情況下，僅p型和n型區(qū)域123、124用作場(chǎng)整形區(qū)121的第一和第二電容性電壓耦合區(qū)。在平面半導(dǎo)體器件中幾乎所有的pn結(jié)處出現(xiàn)這些邊緣端，這些邊緣端可以受益于圖12中所示的本發(fā)明。因此平面器件中的這種結(jié)可以是圖12所示的簡(jiǎn)單二極管或者例如是基極-集電極結(jié)。
閱讀本發(fā)明的公開內(nèi)容，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其它變形和修改是顯而易見的。這些變形和修改可以包括本領(lǐng)域中已知的等價(jià)特征和其它特征，這些特征可以代替或補(bǔ)充這里已經(jīng)描述的特征。
盡管權(quán)利要求已經(jīng)在本申請(qǐng)中規(guī)定成特定的特征組合，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍還包括這里明確地或不明確地公開的任何新穎的特征和任何新穎的特征組合或其衍生，而不論它是否涉及與任何權(quán)利要求中目前所主張的相同的發(fā)明，也不論它是否和本發(fā)明一樣減輕了一個(gè)或所有的相同的技術(shù)問題。
還可以在單個(gè)實(shí)施例中以組合的形式提供在獨(dú)立實(shí)施例內(nèi)容中描述的特性。相反地，在單個(gè)實(shí)施例內(nèi)容中簡(jiǎn)單描述的各種特征，還可以個(gè)別提供或以任何合適的專門組合方式提供。這里申請(qǐng)人提醒，在本申請(qǐng)和從此衍生的任意進(jìn)一步申請(qǐng)的訴訟過程中，新的權(quán)利要求可以被規(guī)定成任何這樣的特征和/和這些特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件(200)，包括半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體區(qū)域具有pn結(jié)(101)和毗鄰pn結(jié)(101)的用以提高器件的反向擊穿電壓的場(chǎng)整形區(qū)(201)，其中，場(chǎng)整形區(qū)(201)是絕緣材料并耦合到第一和第二電容性電壓耦合區(qū)(204，205)，提供這兩個(gè)電容性電壓耦合區(qū)以在使用中施加與施加到pn結(jié)上的電壓基本相同的電壓，場(chǎng)整形區(qū)(201)的材料和電容性耦合使得當(dāng)在pn結(jié)(101)上施加反向電壓且器件不導(dǎo)通時(shí)，在場(chǎng)整形區(qū)的一部分中存在電容性電場(chǎng)，該電容性電場(chǎng)延伸超過pn結(jié)耗盡區(qū)的邊界(108、109)，所述邊界在沒有該場(chǎng)整形區(qū)時(shí)存在，該場(chǎng)整形區(qū)中的該電場(chǎng)感應(yīng)出限于半導(dǎo)體區(qū)域中的相應(yīng)展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)(208，209)的展寬的電場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，該場(chǎng)整形區(qū)絕緣材料的介電常數(shù)比二氧化硅的介電常數(shù)大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中，該場(chǎng)整形區(qū)絕緣材料的介電常數(shù)比氮化硅的介電常數(shù)大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中，該場(chǎng)整形絕緣材料是氧化鉭Ta2O5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的器件，其中，絕緣場(chǎng)整形區(qū)(61)僅與pn結(jié)(34)的p型側(cè)(32)和n型側(cè)(11)中的一個(gè)相鄰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的器件，其中，絕緣場(chǎng)整形區(qū)(71)毗鄰并橋接pn結(jié)(34)的p型側(cè)(32)和n型側(cè)(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的器件，其中存在僅與pn結(jié)(34)的橫向范圍的一側(cè)相鄰的所述絕緣場(chǎng)整形區(qū)(61，71)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的器件，其中存在與pn結(jié)(101)的橫向范圍的兩側(cè)都相鄰的所述絕緣場(chǎng)整形區(qū)域(201)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的器件，其中，第一和第二電容性電壓耦合區(qū)中的至少一個(gè)包括形成pn結(jié)(111，122)的p型半導(dǎo)體區(qū)域(112，123)和n型半導(dǎo)體區(qū)域(113，124)中的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的器件，其中，第一和第二電容性電壓耦合區(qū)(62，72)中的至少一個(gè)包括與形成pn結(jié)(34)的p和n半導(dǎo)體區(qū)域(11)中的一個(gè)具有相同導(dǎo)電類型并與之相鄰的更高摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域(14)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的器件，其中，第一和第二電容性電壓耦合區(qū)中的至少一個(gè)包括導(dǎo)電材料區(qū)(204，205)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的器件，其中，導(dǎo)電材料區(qū)(204，205)與器件的主電極(104，105)是整體的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任何一個(gè)所述的器件，其中，電容性耦合的絕緣場(chǎng)整形區(qū)(81)被絕緣區(qū)(82)與具有pn結(jié)的半導(dǎo)體區(qū)域分開。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任何一個(gè)所述的器件，其中，該器件是二極管器件(200)，且pn結(jié)(101)是該二極管器件的整流結(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任何一個(gè)所述的器件，其中，該器件是雙極晶體管(90)，且pn結(jié)是位于該器件的基極區(qū)(92)和集電極漂移區(qū)(93)之間的結(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任何一個(gè)所述的器件，其中，該器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(60，70)，且pn結(jié)(34)是位于該器件的溝道調(diào)節(jié)體區(qū)域(32)和漏極漂移區(qū)(11)之間的結(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的器件，其中，漂移區(qū)被非均勻摻雜。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17中任何一個(gè)所述的器件，其中，展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)(68，78)僅部分地延伸穿過所述漂移區(qū)(11)。
全文摘要
一種具有pn結(jié)(101)的半導(dǎo)體器件，例如二極管(200)，該器件具有毗鄰且有可能橋接該pn結(jié)的絕緣材料場(chǎng)整形區(qū)(201)。場(chǎng)整形區(qū)(201)優(yōu)選具有高介電常數(shù)并通過電容性電壓耦合區(qū)(204，205)被耦合到與pn結(jié)上所施加電壓基本相同的電壓。當(dāng)在pn結(jié)(101)上施加反向電壓且器件不導(dǎo)通時(shí)，在場(chǎng)整形區(qū)的一部分上存在電容性電場(chǎng)，該場(chǎng)整形區(qū)延伸超出pn結(jié)耗盡區(qū)的邊界，在沒有場(chǎng)整形區(qū)(201)時(shí)存在該邊界，該場(chǎng)整形區(qū)中的電場(chǎng)感應(yīng)出展寬的電場(chǎng)，該展寬的電場(chǎng)限于相應(yīng)展寬的pn結(jié)耗盡區(qū)(208，209)，進(jìn)而獲得器件的增強(qiáng)的反向擊穿電壓。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1788353SQ200480012980
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者A·赫林加, R·J·E·霍伊廷, J·W·斯羅特布姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司