[實(shí)用新型]具有自適應(yīng)性的場(chǎng)截止電壓控制型功率器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520633743.2
• 申請(qǐng)日: 2015-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN204834629U
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡強(qiáng);蔣興莉;孔梓瑋;王思亮;張世勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體為具有自適應(yīng)性的場(chǎng)截止電壓控制型功率器件。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT）是電壓控制型功率器件的一種，具有高耐壓、低導(dǎo)通壓降、低開關(guān)損耗及高工作頻率等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。

為了在更薄的芯片上實(shí)現(xiàn)更高的耐壓，場(chǎng)截止型IGBT（FieldstopIGBT,FS-IGBT）應(yīng)運(yùn)而生。它利用N型場(chǎng)截止層使得電場(chǎng)分布由三角形分布轉(zhuǎn)為類梯形分布，減小了器件的厚度，大幅降低了器件的導(dǎo)通壓降和損耗。傳統(tǒng)的FS-IGBT的場(chǎng)截止層是通過(guò)在器件襯底的背面進(jìn)行高濃度摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種摻雜過(guò)程通常通過(guò)擴(kuò)散或者注入加高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法存在兩個(gè)缺點(diǎn)，一是擴(kuò)散深度有限，二是含高溫過(guò)程。如磷在硅中擴(kuò)散7微米，約需要在1150攝氏度的高溫下擴(kuò)散400分鐘，這對(duì)器件的其他結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且對(duì)工藝產(chǎn)生很大的限制。

許多專家和學(xué)者均致力于改善上述問(wèn)題，通過(guò)不同的雜質(zhì)選擇，在更低的溫度下實(shí)現(xiàn)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?yàn)槲攘拙哂懈蟮臄U(kuò)散系數(shù)；又如利用質(zhì)子注入，因?yàn)橘|(zhì)子質(zhì)量小，注入深度更大等。但上述方法始終沒(méi)能擺脫摻雜的方法，并未從根本上解決問(wèn)題。

現(xiàn)有專利號(hào)申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310534273.X，公開日為2015.05.06，名稱為“場(chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法”的發(fā)明專利，其技術(shù)方案為：提供N型襯底作為場(chǎng)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(qū)；在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場(chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)；將所述襯底的背面減薄；在所述襯底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理；進(jìn)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(tǒng)摻雜法的場(chǎng)截止層制作方案，直接由襯底材料作為場(chǎng)截止層，不需要通過(guò)注入推阱的方式獲得場(chǎng)截止層，避免了摻雜法中高溫過(guò)程對(duì)正面結(jié)構(gòu)的影響。但是，這種方案需要外延技術(shù)制備N型漂移區(qū)，在需要耐壓繼續(xù)增大時(shí)，外延就需要繼續(xù)加厚，材料成本大幅度增加。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種不需要傳統(tǒng)的摻雜方法，也不涉及外延技術(shù)，僅通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可形成場(chǎng)截止層的具有自適應(yīng)性的場(chǎng)截止電壓控制型功率器件。

本實(shí)用新型的具體方案如下：

具有自適應(yīng)性的場(chǎng)截止電壓控制型功率器件，其特征在于：包括金屬導(dǎo)電層，所述金屬導(dǎo)電層的一側(cè)設(shè)置有襯底，所述襯底上設(shè)置有多個(gè)溝槽，所述襯底的一側(cè)設(shè)置有電壓控制型功率器件的正面結(jié)構(gòu)，溝槽一側(cè)的金屬導(dǎo)電層上設(shè)置有電位V端；所述金屬導(dǎo)電層與襯底之間還有背面重?fù)诫s區(qū)，各溝槽內(nèi)設(shè)置有溝槽導(dǎo)電填充物，在所述溝槽的側(cè)壁和溝槽底部設(shè)置有絕緣層，利用溝槽將器件背面電勢(shì)引入器件內(nèi)部，在溝槽之間形成相互連接的感應(yīng)電荷濃度增強(qiáng)區(qū)。各感應(yīng)電荷濃度增強(qiáng)區(qū)的寬度分別為a1、a2、…、an，其中n代表感應(yīng)電荷濃度增強(qiáng)區(qū)的數(shù)量。相互連接的感應(yīng)電荷濃度增強(qiáng)區(qū)是指各感應(yīng)電荷濃度增強(qiáng)區(qū)的一端相互連通。

所述電壓控制型功率器件的正面結(jié)構(gòu)包括IGBT或VDMOS。具體指的是本專利所述電壓控制型功率器件可以是IGBT，也可以是VDMOS（垂直雙擴(kuò)散MOS，verticaldoublediffusedMOS）。這兩種器件的正面結(jié)構(gòu)中都包含有柵極，且二者的柵極均可以采用平面柵結(jié)構(gòu)，也可以采用溝槽柵結(jié)構(gòu)。采用平面柵結(jié)構(gòu)的IGBT稱為平面柵IGBT，采用溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT稱為溝槽柵IGBT。同樣，采用平面柵結(jié)構(gòu)的VDMOS稱為平面柵VDMOS，采用溝槽柵結(jié)構(gòu)的VDMOS稱為溝槽柵VDMOS。

所述電位V端為背面電極，襯底為N型時(shí)，電位V端加正偏壓；襯底為P型時(shí)，電位V端加負(fù)偏壓。

電壓控制型功率器件為IGBT時(shí)，電位V端稱為集電極，電壓控制型功率器件為VDMOS時(shí)，電位V端稱為漏極。

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(dǎo)電類型為P型或者N型。

所述金屬導(dǎo)電層包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金。這里的合金具體是指以上述材料為基的合金。

所述溝槽導(dǎo)電填充物包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金。這里的合金具體是指以上述材料為基的合金。

所述絕緣層包括氧化硅、氮化硅、氧化鉭或氧化鋯。