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碳化 硅功率元件

阅读：374发布：2021-10-24

专利汇可以提供碳化硅功率元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种碳化硅功率元件，包含有一碳化硅基板、一功率元件结构及一终端结构。该碳化硅基板具有一漂移层，该漂移层具有一第一导电性并包含有一主动区域及一终端区域；该功率元件结构设置于该主动区域；而该终端结构设置于该终端区域并具有一第二导电性，该终端结构包含有至少一围绕于该功率元件结构的外侧并与该功率元件结构相邻的第一掺杂环及至少一围绕该第一掺杂环的第二掺杂环。据此，本发明通过设置该第一掺杂环具有一小于该第二掺杂环的第一掺杂浓度以及一大于该第二掺杂环的第一掺杂深度，提高该碳化硅功率元件的崩溃电压。，下面是碳化硅功率元件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种碳化硅功率元件，其特征在于，所述碳化硅功率元件包含有：
一具有一漂移层的碳化硅基板，所述漂移层具有一第一导电性并且所述漂移层包含有一主动区域以及一环绕所述主动区域的终端区域；
一设置于所述主动区域上的功率元件结构；以及
一设置于所述终端区域上并具有一与所述第一导电性相异的第二导电性的终端结构，所述终端结构包含有至少一围绕于所述功率元件结构的外侧并与所述功率元件结构相邻的第一掺杂环、至少一围绕所述第一掺杂环的第二掺杂环、以及至少一与所述第一掺杂环重叠的辅助环；
其中，所述第一掺杂环相较于所述第二掺杂环具有一较小的第一掺杂浓度以及一较大的第一掺杂深度，所述辅助环具有一小于所述第一掺杂深度的第三掺杂深度以及大于所述第一掺杂浓度的第三掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述碳化硅功率元件还包含至少一设置于所述功率元件结构的下方的掺杂井，所述掺杂井具有所述第二导电性。
3.根据权利要求2所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述掺杂井包含一第一掺杂井以及一位置与所述第一掺杂井重叠的第二掺杂井，所述第一掺杂井相较于所述第二掺杂井具有一较小的掺杂深度以及一较大的掺杂浓度。
4.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述第一掺杂环相较于所述第二掺杂环具有一较小的第一掺杂宽度。
5.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述辅助环相较于所述第一掺杂环具有一较大的第三掺杂宽度。
6.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述第一掺杂环相较于所述第二掺杂环具有一较大的第一掺杂宽度。
7.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述辅助环相较于所述第一掺杂环具有一较小的第三掺杂宽度。
8.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，所述辅助环相较于所述第一掺杂环具有一相同的第三掺杂宽度。
9.根据权利要求1所述的碳化硅功率元件，其特征在于，具有多个所述第一掺杂环，所述第一掺杂环之间相距至少一第一距离，具有多个所述第二掺杂环，所述第二掺杂环之间相距至少一第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。
10.根据权利要求9所述的碳化硅功率元件，其特征在于，相邻的所述第一掺杂环与所述第二掺杂环之间相距一第三距离，所述第三距离大于所述第一距离并小于所述第二距离。
11.根据权利要求9所述的碳化硅功率元件，其特征在于，具有多个所述第一距离，且所述第一距离随着远离所述功率元件结构而依序渐增。
12.根据权利要求9所述的碳化硅功率元件，其特征在于，具有多个所述第二距离，且所述第二距离随着远离所述功率元件结构而依序渐增。

说明书全文

碳化 硅功率元件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半导体元件，尤指一种具有终端结构的功率元件。

背景技术

[0002] 功率元件可以广泛的应用，以形成各种开关元件，例如电源供应器的开关、电信开关、电力开关等，其需求除了在主动区域能通过大电流，还要具备能在终端区域承受较大的崩溃电压。

[0003] 因此对功率元件而言，于设计上除了针对可导通电流的主动区域，还需要设计可避免逆偏操作时崩溃现象提早发生的终端结构，以提高元件的可靠度，传统终端结构的类型有区域氧化（local oxidation of silicon，LOCOS）、电场平板（field plate）以及保护环（guard ring）等，而在美国发明专利公开第US20100032685号中，还披露一种具有终端结构的功率元件，该功率元件的基板包含有一具有第一导电类型的漂移层、一具有与该第一导电类型相异的第二导电类型的缓冲层以及一具有第二导电类型的终端结构。该缓冲层位于该漂移层上，而与该漂移层形成一P-N接面，该终端结构设置于该漂移层而与该缓冲层相邻，其中，该缓冲层包含一部分延伸至该终端结构上而部分覆盖该终端结构的阶部，藉以对抗高崩溃电压所产生的电场。

[0004] 然而，上述的方式为额外形成该缓冲层以提高该功率元件对抗崩溃电压的能力，如此，使得该功率元件在工艺上不仅需要增加制作该缓冲层的步骤，并且该功率元件于对抗崩溃电压在效果上仍然有改进的空间。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的，在于解决已知功率元件在对抗崩溃电压的设计上，需额外设置该缓冲层，而增加该功率元件的工艺步骤的问题，并且该功率元件于对抗崩溃电压的能力仍有改进的空间。

[0006] 为达上述目的，本发明提供一种具有终端结构的碳化硅功率元件，包含有一碳化硅基板、一功率元件结构以及一终端结构。该碳化硅基板具有一漂移层，该漂移层具有一第一导电性并包含有一主动区域以及一环绕该主动区域的终端区域；该功率元件结构设置于该主动区域；而该终端结构设置于该终端区域并具有一异于该第一导电性的第二导电性，该终端结构包含有至少一围绕于该功率元件结构的外侧并与该功率元件结构相邻的第一掺杂环以及至少一围绕该第一掺杂环的第二掺杂环。

[0007] 其中，该第一掺杂环具有一小于该第二掺杂环的第一掺杂浓度以及一大于该第二掺杂环的第一掺杂深度。

[0008] 如此一来，本发明通过该第一掺杂环以及该第二掺杂的设置，使该第一掺杂环具有小于该第二掺杂环的该第一掺杂浓度以及大于该第二掺杂环的该第一掺杂深度，不需额外设置该缓冲层，即可增加该终端结构对抗该崩溃电压的能力，以提高该碳化硅功率元件的可靠度，并降低该碳化硅功率元件的制造成本。附图说明

[0009] 图1为本发明第一实施例的结构示意图。

[0010] 图2为本发明第一实施例相较已知功率元件的崩溃电压示意图。

[0011] 图3为本发明第二实施例的结构示意图。

[0012] 图4为本发明第三实施例的结构示意图。

[0013] 图5为本发明第四实施例的结构示意图。

[0014] 图6为本发明第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0015] 有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：

[0016] 请参阅图1所示，为本发明第一实施例的结构示意图，如图所示：本发明提供一种具有终端结构的碳化硅功率元件，包含有一碳化硅基板10、一功率元件结构20以及一终端结构30。该碳化硅基板10包含有一基层12以及一位于该基层12上的漂移层11，该基层12与该漂移层11均具有一第一导电性，在此实施例中，该第一导电性可为N型掺杂，该基层12具有大于该漂移层11的一电子浓度，但不以此为限制。该漂移层11进一步包含有一主动区域111以及一终端区域112，该终端区域112环绕于该主动区域111周围。

[0017] 该功率元件结构20设置于该主动区域111，该功率元件结构20可为萧基二极管结构、金属氧化物半导体场效应晶体管结构等，例如在此实施例中，以该功率元件结构20为该萧基二极管结构为例，该萧基二极管结构包含一与该碳化硅基板10形成萧基接触的萧基接面层21以及一设置于该萧基接面层21上的金属导电层22；而该终端结构30设置于该终端区域112，并具有一异于该第一导电性的第二导电性，在此该第二导电性可为P型掺杂，该终端结构30包含有至少一第一掺杂环31以及至少一第二掺杂环32，该第一掺杂环31围绕于该功率元件结构20外侧而与该功率元件结构20相邻，该第二掺杂环32则围绕于该第一掺杂环31的外侧，在此实施例中，该第一掺杂环31与该第二掺杂环32分别以5个以及7个为例，但不以此为限制，可以依据元件面积与元件需要对抗崩溃电场能力之间的平衡进行调整，另外，该碳化硅功率元件还可包含至少一掺杂井34，该掺杂井34设置于该功率元件结构20的下方，并且具有该第二导电性的掺杂。

[0018] 在第一实施例中，其特征在于设置该第一掺杂环31具有一小于该第二掺杂环32的第一掺杂浓度以及一大于该第二掺杂环32的第一掺杂深度，在此，该第一掺杂浓度介于1E17至1E19cm-3，该第一掺杂深度为介于0.5至1.5um，该第二掺杂环32的一第二掺杂浓度为介于1E18至5E19cm-3，一第二掺杂深度为介于0.3至1um，如此，使相较该第二掺杂环32靠近该功率元件结构20的该第一掺杂环31，其与该基层12之间相距一较接近的短距离D，当该碳化硅功率元件被施予一逆向偏压时，该第一掺杂环31将有助于产生于该漂移层11内的一空乏曲线分布平缓，降低电场的分布，而提高该碳化硅功率元件对抗崩溃电压的能力。

[0019] 例如请参阅图2所示，为本发明第一实施例相较已知功率元件的崩溃电压示意图，本发明第一实施例与该已知功率元件的结构相较，差异在于第一实施例的终端结构30具有该第一掺杂环31，该已知功率元件的终端结构30均使用类似该第二掺杂环32的保护环，从图2中可知，该已知功率元件的电性曲线X的崩溃电压约为1070伏特，第一实施例的电性曲线Y的崩溃电压约为1471伏特，第一实施例与该已知功率元件相较，崩溃电压约提升400伏特。

[0020] 请参阅图3所示，为本发明第二实施例的结构示意图，在第二实施例中，与第一实施例相较，其特征在于该第一掺杂环31a具有一大于该第二掺杂环32的第一掺杂宽度，并且该终端结构30还包含至少一辅助环33，该辅助环33的一第三掺杂浓度为介于1E18至5E19cm-3之间，而设置的一位置与该第一掺杂环31a重叠，该辅助环33与该第一掺杂环31a相较，具有一较小的第三掺杂深度、一较大的第三掺杂浓度以及一较小的第三掺杂宽度，再者，该掺杂井34还包含一第一掺杂井341以及一位置与该第一掺杂井341重叠的第二掺杂井
342，该第一掺杂井341相较该第二掺杂井342具有一较小的掺杂深度以及一较大的掺杂浓度。据此，第二实施例通过该辅助环33的设置，用以承受较少的电压降，分担较为均匀的电场，使该碳化硅功率元件可以有较高的崩溃电压。

[0021] 请参阅图4所示，为本发明第三实施例的结构示意图，在第三实施例中，与第二实施例相较，其特征在于该第一掺杂环31b具有较该辅助环33小的该第一掺杂宽度，并且，该第一掺杂宽度还小于该第二掺杂环32的一第二掺杂宽度。如此的设置，可以避免该第一掺杂环31b在进行较深层的高能量掺杂时，该第一掺杂环31b彼此之间产生触碰的可能性，而避免因此造成崩溃电压的均匀性不佳的情形发生。

[0022] 请参阅图5所示，为本发明第四实施例的结构示意图，在第四实施例中，与第一实施例相较，其特征在于除了该掺杂井34包含该第一掺杂井341以及该第二掺杂井342，该终端结构30的该辅助环33的该第三掺杂宽度与该第一掺杂环31的该第一掺杂宽度相同，而同样具有提高该碳化硅功率元件对抗崩溃电压的能力。

[0023] 请参阅图6所示，为本发明第五实施例的结构示意图，在第五实施例中，与第一实施例相较，其特征在于该第一掺杂环31具有多个，该第一掺杂环31之间相距至少一第一距离S1，该第二掺杂环32也具有多个，该第二掺杂环32之间相距至少一大于该第一距离S1的第二距离S2，相邻的该第一掺杂环31与该第二掺杂环32之间，则相距一大于该第一距离S1且小于该第二距离S2的第三距离S3，并且，进一步地，在本实施例中，该第一距离S1与该第二距离S2还随着远离该功率元件结构20而逐渐增加，例如该第一距离S1可分别为1.5um、1.6um、1.7um、1.8um，该第三距离S3可为1.9um，该第二距离S2可为2.0um、2.1um、…、2.5um，据此，在该漂移层11内可形成较均匀的电场分布，也可提高该碳化硅功率元件的崩溃电压。

[0024] 综上所述，由于本发明不需额外设置该缓冲层，通过该第一掺杂环具有小于该第二掺杂环的该第一掺杂浓度以及大于该第二掺杂环的该第一掺杂深度，即可增加该终端结构对抗该崩溃电压的能力，以提高该碳化硅功率元件的可靠度，并降低该碳化硅功率元件的制造成本，再者，本发明还设置该辅助环，并可通过调整该辅助环与该第一掺杂环之间的该第一掺杂浓度与第三掺杂浓度、该第一掺杂宽度与该第三掺杂宽度以及该第一掺杂深度与该第三掺杂深度的搭配，增加该碳化硅功率元件的崩溃电压，另外，本发明也可利用该第一距离、该第二距离以及该第三距离的变距离设计，均匀该漂移层内的电场分布，以达到提升该碳化硅功率元件的崩溃电压的效果。

[0025] 以上已将本发明做一详细说明，然而以上所述者，仅为本发明的优选施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的权利要求保护范围内。

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