本技术涉及半导体,特别涉及一种功率开关器件。
背景技术:
1、所有功率开关器件的结构均包含漂移区(drift region),该漂移区可以承受阻断电压(blocking voltage)。研究发现可以通过在沟槽中设置分段电极来产生二维电场,使其应用于高压器件,但是为了确保在阻断电压一定的条件下,每个电极段中所需的电势是固定的,每个电极段的面积(指电极段垂直于厚度方向的表面面积)需要比两个相邻电极段之间的隔离氧化层厚度大得多,这会增加器件的尺寸,从而增加了器件成本。例如,如果其间的隔离氧化层的厚度为0.5微米,则电极段的面积需要至少大于4平方微米。
技术实现思路
1、本实用新型的目的在于提供一种功率开关器件,以减小功率开关器件的尺寸,并降低其的成本。
2、为了实现上述目的以及其他相关目的,本实用新型提供了一种功率开关器件,包括:
3、第一金属层;
4、半导体衬底,位于所述第一金属层上;
5、第一导电类型漂移区,位于所述半导体衬底上;
6、间隔设置的器件沟槽结构和边缘沟槽结构,所述边缘沟槽结构环绕所述器件沟槽结构,且所述器件沟槽结构和边缘沟槽结构均位于所述第一导电类型漂移区中;
7、多个多晶硅层,沿着垂直于所述半导体衬底方向间隔设置在所述器件沟槽结构和所述边缘沟槽结构中,且所述边缘沟槽结构中的多晶硅层与所述器件沟槽结构中的多晶硅层相对应;
8、隔离氧化层,位于相邻的所述多晶硅层之间、所述多晶硅层与所述器件沟槽结构之间以及所述多晶硅层与所述边缘沟槽结构之间;
9、电连接层,位于所述器件沟槽结构中的多晶硅层与相对应的所述边缘沟槽结构中的多晶硅层之间,实现所述器件沟槽结构中的多晶硅层与相对应的所述边缘沟槽结构中的多晶硅层之间的电连接;
10、第二金属层,位于所述多晶硅层上。
11、可选的,在所述的功率开关器件中,所述器件沟槽结构中的多晶硅层和隔离氧化层构成器件电极结构,所述边缘沟槽结构中的多晶硅层和隔离氧化层构成边缘电极结构,所述器件电极结构的阻断电压等于所述边缘电极结构的阻断电压,且所述器件电极结构的阻断电压等于所述器件沟槽结构中的所有相邻两个多晶硅层之间的电势差与底部的所述多晶硅层与所述器件沟槽结构的底表面之间的电势差之和;所述边缘电极结构的阻断电压等于所述边缘沟槽结构中的所有相邻两个多晶硅层之间的电势差与底部的所述多晶硅层与所述边缘沟槽结构的底表面之间的电势差之和。
12、可选的,在所述的功率开关器件中,所述边缘沟槽结构中的相邻两个多晶硅层之间的电势差v边=h边/h边总×v边阻总,其中h边为所述相邻两个多晶硅层之间的隔离氧化物层厚度;h边总为所述边缘沟槽结构中的所有相邻两个多晶硅层之间的隔离氧化层的厚度与所述边缘沟槽结构的底表面上的隔离氧化层的厚度之和;v边阻总为所述边缘电极结构的阻断电压。
13、可选的,在所述的功率开关器件中,所述第二金属层包括位于所述器件沟槽结构中的多晶硅层上的器件金属层和位于所述边缘沟槽结构中的多晶硅层上的边缘金属层;所述功率开关器件还包括:与所述边缘沟槽结构相邻的所述第一导电类型漂移区上的顶部氧化层,所述顶部氧化层与所述边缘沟槽结构中的隔离氧化层连接,且所述边缘金属层延伸至部分所述顶部氧化层上。
14、可选的,在所述的功率开关器件中,所述功率开关器件还包括:与所述器件沟槽结构相邻的所述第一导电类型漂移区上的肖特基接触结构或者第二导电类型掺杂区。
15、可选的,在所述的功率开关器件中,在所述功率开关器件包括第二导电类型掺杂区时,所述功率开关器件还包括位于所述第二导电类型掺杂区上的第一导电类型源区和依次位于所述器件沟槽结构中的顶部的多晶硅层与所述第二金属层之间的栅氧层、栅电极以及电介质层。
16、可选的,在所述的功率开关器件中,第一导电类型为n型,第二导电类型为p型;或者,第一导电类型为p型,第二导电类型为n型。
17、可选的,在所述的功率开关器件中,所述电连接层包括第一导电类型的多晶硅线和包裹所述第一导电类型的多晶硅线的绝缘层。
18、可选的,在所述的功率开关器件中,所述器件沟槽结构的数量为一个或者多个,且所述边缘沟槽结构环绕所有的所述器件沟槽结构。
19、可选的,在所述的功率开关器件中,在所述器件沟槽结构的数量为多个时,多个所述器件沟槽结构沿着第一方向平行设置,且每个所述器件沟槽结构中的每个多晶硅层在第二方向上的至少一个侧面与相对应的边缘沟槽结构中的多晶硅层电连接,所述第一方向与所述第二方向垂直。
20、与现有技术相比,本实用新型的技术方案具有以下有益效果:
21、在本实用新型提供的功率开关器件中,同时设置器件沟槽结构和边缘沟槽结构,所述器件沟槽结构和边缘沟槽结构中的多晶硅层相对应设置,且相对应的多晶硅层通过电连接层实现电连接,以通过所述边缘沟槽结构中的每个多晶硅层的电势来确定器件沟槽结构中的每个多晶硅层的电势,可以减小器件沟槽结构中的多晶硅层的面积,进而可以降低功率开关器件的尺寸,并可以降低其成本。
1.一种功率开关器件,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述的功率开关器件,其特征在于,所述器件沟槽结构中的多晶硅层和隔离氧化层构成器件电极结构,所述边缘沟槽结构中的多晶硅层和隔离氧化层构成边缘电极结构,所述器件电极结构的阻断电压等于所述边缘电极结构的阻断电压,且所述器件电极结构的阻断电压等于所述器件沟槽结构中的所有相邻两个多晶硅层之间的电势差与底部的所述多晶硅层与所述器件沟槽结构的底表面之间的电势差之和;所述边缘电极结构的阻断电压等于所述边缘沟槽结构中的所有相邻两个多晶硅层之间的电势差与底部的所述多晶硅层与所述边缘沟槽结构的底表面之间的电势差之和。
3.如权利要求2所述的功率开关器件,其特征在于,所述边缘沟槽结构中的相邻两个多晶硅层之间的电势差v边=h边/h边总×v边阻总,其中h边为所述相邻两个多晶硅层之间的隔离氧化物层厚度;h边总为所述边缘沟槽结构中的所有相邻两个多晶硅层之间的隔离氧化层的厚度与所述边缘沟槽结构的底表面上的隔离氧化层的厚度之和;v边阻总为所述边缘电极结构的阻断电压。
4.如权利要求1所述的功率开关器件,其特征在于,所述第二金属层包括位于所述器件沟槽结构中的多晶硅层上的器件金属层和位于所述边缘沟槽结构中的多晶硅层上的边缘金属层;所述功率开关器件还包括:与所述边缘沟槽结构相邻的所述第一导电类型漂移区上的顶部氧化层,所述顶部氧化层与所述边缘沟槽结构中的隔离氧化层连接,且所述边缘金属层延伸至部分所述顶部氧化层上。
5.如权利要求1所述的功率开关器件,其特征在于,所述功率开关器件还包括:与所述器件沟槽结构相邻的所述第一导电类型漂移区上的肖特基接触结构或者第二导电类型掺杂区。
6.如权利要求5所述的功率开关器件,其特征在于,在所述功率开关器件包括第二导电类型掺杂区时,所述功率开关器件还包括位于所述第二导电类型掺杂区上的第一导电类型源区和依次位于所述器件沟槽结构中的顶部的多晶硅层与所述第二金属层之间的栅氧层、栅电极以及电介质层。
7.如权利要求5所述的功率开关器件,其特征在于,第一导电类型为n型,第二导电类型为p型;或者,第一导电类型为p型,第二导电类型为n型。
8.如权利要求1所述的功率开关器件,其特征在于,所述电连接层包括第一导电类型的多晶硅线和包裹所述第一导电类型的多晶硅线的绝缘层。
9.如权利要求1所述的功率开关器件,其特征在于,所述器件沟槽结构的数量为一个或者多个,且所述边缘沟槽结构环绕所有的所述器件沟槽结构。
10.如权利要求1所述的功率开关器件,其特征在于,在所述器件沟槽结构的数量为多个时,多个所述器件沟槽结构沿着第一方向平行设置,且每个所述器件沟槽结构中的每个多晶硅层在第二方向上的至少一个侧面与相对应的边缘沟槽结构中的多晶硅层电连接,所述第一方向与所述第二方向垂直。