[實用新型]一種采用溝槽場效應實現自適應場截止技術的器件結構

有效

• 申請號: 201520633002.4
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN204834631U
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 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: H01L29/78
• 分類號: 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

技術領域

本實用新型涉及半導體器件領域，具體為一種采用溝槽場效應實現自適應場截止技術的器件結構。

背景技術

在功率半導體器件發展的過程中，為了在更薄的芯片上實現更高的耐壓而引入了場截止技術。場截止通常以高濃度摻雜的形式來實現，使得耗盡區的邊界到達場截止層后電場迅速衰減至零，從而避免耗盡區穿通導致擊穿。場截止技術常見于二極管、三極管、MOS管以及絕緣柵雙極型晶體管等。

根據靜電場泊松方程

為電勢，為電荷密度，為真空介電常數，為相對介電常數。

電場強度隨電荷濃度的增加而衰減，因此某個區域的電荷濃度增加，就能加快電場在該區域的衰減速度。傳統提高電荷濃度的方法是提高摻雜濃度，而摻雜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。

半導體應用至今，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。

現有專利如專利申請號為201010164106.7，申請日為2010-05-06，名稱為“一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT及其制造方法”的發明專利，其技術方案如下：本發明公開了一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT及其制造方法。該IGBT等效為一個NMOS場效應管驅動一個PNP雙極晶體管，或者一個PMOS場效應管驅動一個NPN雙極晶體管。該發明中的NMOS管或者PMOS管通過深溝槽工藝實現了垂直柵和垂直溝道，并采用高耐壓溝槽柵工藝技術；NMOS管或者PMOS管、PNP管或者NPN管直接做在拋光硅片上，形成非穿通型的IGBT結構；PNP管或者NPN管的基區靠近集電區的部位通過離子注入或者擴散形成一個與基區具有相同摻雜類型，比基區有更高摻雜濃度的場截止層。

上述對比文件中的場截止方法使用的是傳統的摻雜方法，即通過離子注入或擴散的方式引入場截止層。上文中我們已經提到這種傳統方法存在兩個缺點，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。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型提出一種采用溝槽場效應實現自適應場截止技術的器件結構。

為實現上述實用新型目的，本實用新型的具體方案如下：

一種采用溝槽場效應實現自適應場截止技術的器件結構，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耗盡區，所述耗盡區一側設置有電位V1，溝槽一側的金屬導電層上設置有電位V2；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，各溝槽之間形成相互連接的感應電荷濃度增強區。

所述襯底包括硅、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵或金剛石，所述襯底的導電類型為P型或者N型。

所述金屬導電層包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金。

所述溝槽導電填充物包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金。

所述絕緣層包括氧化硅、氮化硅、氧化鉭或氧化鋯。

所述耗盡區為PN結或者肖特基結。

所述襯底為N型材料，所述電位V2>電位V1。

所述襯底為P型材料，所述電位V2<電位V1。

各感應電荷濃度增強區的寬度全部相同、部分相同或全部不同。

所述溝槽的截面為梯形或矩形，溝槽底部為直線或弧線，溝槽開口寬度為0.5um-3um，溝槽底部寬度為0.5um-3um，溝槽間隔為0.5um-1.5um，溝槽深度為2um-20um。

本實用新型的優點在于：

1、本實用新型的場截止技術是一種全新的機制，不同于現有常規場截止技術。本實用新型是通過器件結構設計來實現場截止的，徹底擺脫了現有技術所采用的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。并且本實用新型中所述的場截止功能是通過溝槽的場效應來實現的，該效應具有隨電場增強而增強的自適應特性。