[發明專利]一種功率場效應晶體管器件的結構

有效

• 申請號: 201310104598.4
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104078497B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 蘇冠創
• 申請（專利權）人: 南京勵盛半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/10;H01L29/423;H01L29/417;H01L29/40;H01L29/06
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本發明公開了一種功率場效應晶體管器件的結構，包括以下特征：有源區的單元結構由兩部分組成，其中一部分與一般常用的溝槽IGBT單元結構一樣，稱之為常規部分；另一種部分為在硅片中有一P型區域，在P型區表面上有一N+區，圍繞著這區域為溝槽，溝槽壁附有氧化層，溝槽中填有多晶硅，這區域沒有被直接的連接至發射電極，稱之為增強部分，為了提高短路安全區，常規部分原來的N+寬度被減小了20％至80％，增強部分原來的N+面積也被減小了10％至90％。

技術領域

本發明涉及一種半導體功率器件技術領域，具體的說，涉及一種溝槽式功率場效應晶體管器件的結構。

背景技術

1980年，美國RCA公司申請了第一個IGBT專利，1985年日本東芝公司做出了第一個工業用IGBT。從器件的物理結構上來說，它是非透明集電極穿通型IGBT，簡稱為穿通型IGBT(Punchthrough IGBT-縮寫為PT-IGBT)。于 1996年，Motorola公司發表了一篇文章描述有關制造非穿通IGBT的研究，側重如何在薄硅片上制造集電極的工藝，所用的FZ N型硅片最薄只約有170um厚。翌年，Infineon公司也發表了用100um厚的FZ N型硅片做出600V的NPT-IGBT。 99年左右，工業用新一代的IGBT開始投產，這種新一代的IGBT是一種高速開關器件，它不需要用重金屬或輻照來減短器件中少子壽命，主要用的技術是超薄硅片工藝加上弱集電結或稱為透明集電結，Infineon公司稱之為場截止IGBT，接下來幾年，各主要生產IGBT的公司都相繼推出類似的產品。

IGBT主要的技術和性能(即電學參數)有(1)擊穿電壓，(2)正向壓降， (3)開關特性，(4)短路安全區(SCSOA)，(5)反向偏置安全區(RBSOA)和(6) 正向偏置安全區(FBSOA)等。正向壓降是與開關速度和短路安全區相互矛盾的，即改良了正向壓降便會傷害了開關速度和短路安全區的性能，如增加了N^-擴展層的空穴電子對密度，正向壓降會變好，但貯存了更多的電荷會使關斷時間增長和短路電流增大，從而使關斷速度和短路安全區變差。本發明的目標是使正向壓降與開關速度和短路安全區之間的矛盾降至最低，如降低正向壓降時，把對開關速度和短路安全區的不良影響降至最低。

為了降低關斷時間，間接地增加頻率容量和減少關斷時間，同時不大增加正向壓降，設計者需要優化電荷注入水平和關斷時能盡快把貯存在體內的電荷清除。場截止IGBT的背面結構能提供有效機制解決正向壓降和關斷時間的矛盾。場截止IGBT的背面結構主要是由N緩沖區和薄的而濃度不大高的P+層組成。背面有N緩沖區的場截止IGBT可以與穿通型IGBT一樣用較薄的N-擴展區，這有利于通態壓降。用N緩沖區和P+層的濃度和厚度的相配合來控制注入的電荷水平，使注入的電荷足夠高得使壓降低，同時又不太高以至于大幅增加關斷時間。有用機制中，薄而濃度又不高的P+層是最關鍵的。在關斷過程中，電子可以透過P+層擴散至收集電極，這會大大降低關斷時間，比用減少局部少子壽命更有效而又不增加通態壓降。

正向壓降，關斷時間和短路安全區這三個電氣參數是IGBT的主要技術指標。它們互為影響，確切地說，正向壓降與關斷時間和短路安全區互為矛盾。即改良正向壓降時，其余兩個參數會變差。所以，單獨敘述改良某一參數是不全面的。技術的好壞，在于產生相互矛盾的大小。若拿穿通型IGBT與場截止IGBT 相比，后者在這方面產生的矛盾較小。如把正向壓降調至同樣較低值時，用場截止技術可以把關斷時間做得較短。

背面結構如透明集電結可以用來有效地控制器件背部電荷的濃度和分布，對靠近表面部分電荷的濃度和分布影響相對較小，要影響器件靠近表面部分電荷的濃度和分布，最有效和容易的方法是使用器件表面的單元結構，提高器件表面部分電荷的濃度可以減少正向壓降，現有的使用表面單元結構來改善正向壓降的方案有如下幾個：

方案一：