[發(fā)明專(zhuān)利]一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310422706.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103489910A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金平;顧鴻鳴;單亞?wèn)|;鄒有彪;劉競(jìng)秀;李澤宏;任敏;張波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/739
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 成都宏順專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種電導(dǎo)調(diào)制型功率半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件在功率處理和功率變換等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用中擊穿電壓是功率半導(dǎo)體器件最重要的特性之一。在實(shí)際的器件工藝中，由于雜質(zhì)在進(jìn)行縱向擴(kuò)散時(shí)也會(huì)橫向擴(kuò)散，因此實(shí)際形成的PN結(jié)的邊沿輪廓是彎曲的，存在結(jié)面彎曲效應(yīng)，在反向工作時(shí)電場(chǎng)線(xiàn)會(huì)在結(jié)面彎曲處集中，使實(shí)際PN結(jié)的擊穿電壓遠(yuǎn)小于理想的平行平面結(jié)。此外，器件工藝過(guò)程中表面形成的氧化層中也存在一定數(shù)量的可動(dòng)離子和固定電荷，這些表面電荷對(duì)功率器件的耐壓也存在明顯的影響，過(guò)高的表面電場(chǎng)將導(dǎo)致器件表面提前擊穿。因此，為了降低功率半導(dǎo)體器件邊沿結(jié)面彎曲效應(yīng)和表面電荷對(duì)擊穿電壓的影響，需要在器件的邊沿采用終端結(jié)構(gòu)以改善功率半導(dǎo)體器件的擊穿電壓，常見(jiàn)的終端結(jié)構(gòu)有：場(chǎng)限環(huán)、場(chǎng)板、場(chǎng)限環(huán)和場(chǎng)板復(fù)合結(jié)構(gòu)等。功率半導(dǎo)體器件終端結(jié)構(gòu)的采用使器件的擊穿電壓得到了顯著的改善，使實(shí)際PN結(jié)的擊穿電壓接近理想平行平面結(jié)的擊穿電壓。但終端結(jié)構(gòu)的使用也使器件面臨終端失效的相關(guān)問(wèn)題，特別是隨著功率半導(dǎo)體器件向更大功率和更高頻率方向發(fā)展，與終端結(jié)構(gòu)相關(guān)的新的失效模式在應(yīng)用中顯現(xiàn)出來(lái)，顯著的影響了大功率器件（特別是大功率電導(dǎo)調(diào)制型器件）的可靠性。

圖1是傳統(tǒng)的采用場(chǎng)限環(huán)和場(chǎng)板復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）結(jié)構(gòu)。隨著器件向更大功率和更高頻率方向發(fā)展，該結(jié)構(gòu)在關(guān)斷過(guò)程中面臨著嚴(yán)重的終端等位環(huán)處電流輸運(yùn)集中引起的失效問(wèn)題，具體失效機(jī)理為：在IGBT正向?qū)〞r(shí)，正的柵壓使MOS溝道開(kāi)啟，在集電極（陽(yáng)極）正電壓的作用下，大量的空穴從陽(yáng)極注入漂移區(qū)并與從MOS溝道進(jìn)入漂移區(qū)中的電子形成電導(dǎo)調(diào)制，使得IGBT具有正向?qū)▔航敌?、損耗低的優(yōu)點(diǎn)。然而，在IGBT反向關(guān)斷時(shí)，由于IGBT負(fù)載一般是電感，負(fù)載電感電流不能突變，因而流過(guò)IGBT的電流不能突變，因此在關(guān)斷過(guò)程中所有流過(guò)IGBT的電流必須由陽(yáng)極注入漂移區(qū)的空穴電流提供。然而，對(duì)于大面積的場(chǎng)限環(huán)和場(chǎng)板復(fù)合終端區(qū)域，大量從陽(yáng)極注入的空穴不能經(jīng)過(guò)浮空的場(chǎng)限環(huán)流出，而是通過(guò)終端與元胞交界的終端等位環(huán)處流出，因而會(huì)在終端等位環(huán)處形成電流輸運(yùn)集中現(xiàn)象。在終端等位環(huán)處的電流輸運(yùn)集中會(huì)引起局部溫度的快速升高，從而引起動(dòng)態(tài)雪崩效應(yīng)和熱擊穿，導(dǎo)致器件燒毀失效，器件的關(guān)斷可靠性大大降低。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明以降低等位環(huán)處電流集中效應(yīng)為目的，提出了一種功率半導(dǎo)體器件的終端結(jié)構(gòu)及其制作方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種功率半導(dǎo)體器件，包括有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)，所述終端結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)9、N型緩沖層10、p型集電區(qū)11、金屬集電極3、P型等位環(huán)6、P型場(chǎng)限環(huán)7和N型截止環(huán)8；其中N型緩沖層10位于N-漂移區(qū)9和p型集電區(qū)11之間，p型集電區(qū)11位于N型緩沖層10和金屬集電極3之間；所述P型等位環(huán)6位于靠近有源區(qū)的N-漂移區(qū)9中，P型等位環(huán)6與有源區(qū)金屬發(fā)射極等電位連接；所述N型截止環(huán)8位于遠(yuǎn)離有源區(qū)的N-漂移區(qū)9中；P型等位環(huán)6和N型截止環(huán)8之間的N-漂移區(qū)9中具有若干P型場(chǎng)限環(huán)7；P型等位環(huán)6、P型場(chǎng)限環(huán)7、N型截止環(huán)8和N-漂移區(qū)9的表面具有場(chǎng)氧化層13，場(chǎng)氧化層13表面與P型等位環(huán)6、P型場(chǎng)限環(huán)7和N型截止環(huán)8對(duì)應(yīng)的位置處分別具有金屬場(chǎng)板12；其特征在于，還包括氧化層14，所述氧化層14設(shè)置在n型緩沖層10和p型集電區(qū)11之間，將n型緩沖層10與p型集電區(qū)11完全隔離。

具體的，所述氧化層14與功率半導(dǎo)體器件的邊沿不接觸。

具體的，所述有源區(qū)包括發(fā)射極和柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)、平面柵結(jié)構(gòu)和具有載流子存貯層的平面柵結(jié)構(gòu)中的一種結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

進(jìn)一步的，有源結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)，包括金屬發(fā)射極1和柵極2，所述金屬發(fā)射極1和柵極2均為多個(gè)，金屬發(fā)射極1和柵極2間隔交替設(shè)置在n-漂移區(qū)9的上表面且第一個(gè)和最后一個(gè)均為金屬發(fā)射極1，其中，第一個(gè)金屬發(fā)射極1位于n-漂移區(qū)9上表面的端部，金屬發(fā)射極1和柵極2之間通過(guò)場(chǎng)氧化層13隔離，每個(gè)柵極2的下表面均連接1個(gè)槽型柵極15，所述槽型柵極15位于n-漂移區(qū)9中，在n-漂移區(qū)9的上層端部還設(shè)置有P型體區(qū)5，所述P型體區(qū)5的上表面與金屬發(fā)射極1的下表面和氧化層13的下表面連接，并被多個(gè)槽型柵極15分為多個(gè)部分，槽型柵極15的深度大于P型體區(qū)5的深度，在P型體區(qū)5中的槽型柵極15的側(cè)面均設(shè)置有n型源區(qū)4，n型源區(qū)4的上表面與金屬發(fā)射極1的下表面和氧化層13的下表面連接。