[發明專利]功率半導體器件元胞結構、其制備方法及功率半導體器件

有效

• 申請號: 201911337436.9
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111106043B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 曾丹;史波;肖婷;馬穎江;敖利波
• 申請（專利權）人: 珠海格力電器股份有限公司;珠海零邊界集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本公開提供一種功率半導體器件及其制備方法。該功率半導體器件包括第一導電類型襯底、設置于所述襯底內的呈網格狀分布的第一溝槽柵，以及位于由所述第一溝槽柵圍合的每個網格單元格內的島狀第二溝槽柵、位于所述襯底內并位于所述第一溝槽柵和所述第二溝槽柵之間的第二導電類型阱區、位于所述阱區內的第一導電類型第一源區、第一導電類型第二源區和第二導電類型第三源區，以及位于所述襯底上方并同時與所述第一源區、所述第二源區、所述第三源區和所述第二溝槽柵形成電連接的發射極金屬層。在不改變器件內部的電場線分布的情況下，增大有效溝槽柵之間的間距來降低電流密度，提高器件的抗短路能力，同時又能改善器件內部電場，提高器件耐壓能力。

技術領域

本公開涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種功率半導體器件元胞結構、其制備方法及功率半導體器件。

背景技術

功率半導體器件又稱電力電子器件，包括功率二極管、晶閘管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、大功率電力晶體管(GTR)、門極可關斷晶閘管(GTO)、金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。功率半導體器件被廣泛應用于各種功率控制電路、驅動電路等電路中，尤其是在各種變頻電機、光伏逆變及智能電網、新能源汽車、電力機車牽引驅動等領域有著不可替代的作用。

功率半導體器件一般由元胞結構、終端耐壓結構和過渡區結構組成。

早期的功率半導體器件的元胞結構多采用平面柵結構，此種結構通常單個元胞的面積較大，因而電流密度較小，最終導致整個芯片的面積較大。近些年，溝槽柵結構的元胞開始逐漸普及，現階段越來越多的功率半導體器件開始采用溝槽柵結構。

如圖1和圖2所示，現有的溝槽柵結構的功率半導體器件由于溝槽柵的尺寸相對較小，導致電流密度較高，電流較集中，因此容易造成短路。一般的做法是通過增大溝槽柵尺寸和/或溝槽柵之間的間距的方法來降低電流密度，提高抗短路能力。但此種做法對于器件內部的電場線的分布會造成較大的影響，影響電場夾斷。

發明內容

針對上述問題，本公開提供了一種功率半導體器件元胞結構、其制備方法及功率半導體器件。

第一方面，本公開提供一種功率半導體器件元胞結構，包括：

第一導電類型襯底；

設置于所述襯底內的呈網格狀分布的第一溝槽柵，以及位于由所述第一溝槽柵圍合的每個網格單元格內的島狀第二溝槽柵；

位于所述襯底內并位于所述第一溝槽柵和所述第二溝槽柵之間的第二導電類型阱區；

位于所述阱區內并位于所述第一溝槽柵邊緣的第一導電類型第一源區，以及位于所述阱區內并位于所述第二溝槽柵邊緣的第一導電類型第二源區；

位于所述阱區內并位于所述第一源區和所述第二源區之間的第二導電類型第三源區；

位于所述襯底上方并同時與所述第一源區、所述第二源區、所述第三源區和所述第二溝槽柵形成電連接的發射極金屬層；所述發射極金屬層與第一溝槽柵之間通過第一層間介質層隔離。

根據本公開的實施例，優選地，相鄰兩排的所述網格單元格交錯設置。

根據本公開的實施例，優選地，相鄰兩排的所述網格單元格對齊設置。

根據本公開的實施例，優選地，所述第一溝槽柵包括位于所述襯底內的第一柵極溝槽、設置于所述第一柵極溝槽內的第一柵極和設置于所述第一柵極溝槽和所述第一柵極之間的第一柵極絕緣層。

根據本公開的實施例，優選地，所述第一層間介質層位于所述襯底上方并覆蓋所述第一柵極上表面和所述第一柵極絕緣層上表面。

根據本公開的實施例，優選地，所述第二溝槽柵包括位于所述襯底內的第二柵極溝槽、設置于所述第二柵極溝槽內的第二柵極和設置于所述第二柵極溝槽和所述第二柵極之間的第二柵極絕緣層。