[發明專利]具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件

有效

• 申請號: 201510516410.6
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105161529B
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 胡強;蔣興莉;孔梓瑋;王思亮;張世勇
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

本發明涉及半導體器件領域，具體為具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件，包括金屬導電層，所述金屬導電層的一側設置有襯底，所述襯底上設置有多個溝槽，所述襯底的一側設置有電壓控制型功率器件的正面結構，溝槽一側的金屬導電層上設置有電位V端；所述金屬導電層與襯底之間還有背面重摻雜區，各溝槽內設置有溝槽導電填充物，在所述溝槽的側壁和溝槽底部設置有絕緣層，各溝槽之間形成感應電荷濃度增強區。本發明完全通過器件結構設計來實現場截止，徹底擺脫了現有技術摻雜方法所固有的擴散深度有限、高溫過程影響器件其他結構以及工藝受限等缺點。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，具體為具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）是電壓控制型功率器件的一種，具有高耐壓、低導通壓降、低開關損耗及高工作頻率等優點，廣泛應用于工業、信息、新能源、醫學、交通、軍事和航空領域。

為了在更薄的芯片上實現更高的耐壓，場截止型IGBT（Field stop IGBT, FS-IGBT）應運而生。它利用N型場截止層使得電場分布由三角形分布轉為類梯形分布，減小了器件的厚度，大幅降低了器件的導通壓降和損耗。傳統的FS-IGBT的場截止層是通過在器件襯底的背面進行高濃度摻雜來實現的。這種摻雜過程通常通過擴散或者注入加高溫來實現。這種方法存在兩個缺點，一是擴散深度有限，二是含高溫過程。如磷在硅中擴散7微米，約需要在1150攝氏度的高溫下擴散400分鐘，這對器件的其他結構會產生嚴重的影響，并且對工藝產生很大的限制。

許多專家和學者均致力于改善上述問題，通過不同的雜質選擇，在更低的溫度下實現更深的高濃度摻雜，如在n型硅中選擇硒代替磷元素作為n型摻雜，因為硒比磷具有更大的擴散系數；又如利用質子注入，因為質子質量小，注入深度更大等。但上述方法始終沒能擺脫摻雜的方法，并未從根本上解決問題。

現有專利號申請號為CN201310534273.X，公開日為2015.05.06，名稱為“場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法”的發明專利，其技術方案為：提供N型襯底作為場截止層；將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區；在所述漂移區內和所述漂移區上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結構；將所述襯底的背面減??；在所述襯底的背面注入P型雜質，并進行退火處理；進行背面金屬化處理形成背面金屬集電極。

上述專利提出了一種不同于傳統摻雜法的場截止層制作方案，直接由襯底材料作為場截止層，不需要通過注入推阱的方式獲得場截止層，避免了摻雜法中高溫過程對正面結構的影響。但是，這種方案需要外延技術制備N型漂移區，在需要耐壓繼續增大時，外延就需要繼續加厚，材料成本大幅度增加。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種不需要傳統的摻雜方法，也不涉及外延技術，僅通過結構設計即可形成場截止層的具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件。

本發明的具體方案如下：

具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件，其特征在于：包括金屬導電層，所述金屬導電層的一側設置有襯底，所述襯底上設置有多個溝槽，所述襯底的一側設置有電壓控制型功率器件的正面結構，溝槽一側的金屬導電層上設置有電位V端；所述金屬導電層與襯底之間還有背面重摻雜區，各溝槽內設置有溝槽導電填充物，在所述溝槽的側壁和溝槽底部設置有絕緣層，利用溝槽將器件背面電勢引入器件內部，在溝槽之間形成相互連接的感應電荷濃度增強區。各感應電荷濃度增強區的寬度分別為a1、a2、…、an，其中n代表感應電荷濃度增強區的數量。相互連接的感應電荷濃度增強區是指各感應電荷濃度增強區的一端相互連通。