[發明專利]一種優化米勒電容的功率器件及制備方法

在審

• 申請號: 202010766099.1
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111952353A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 龔大衛;劉劍;鄭澤人;王玉林
• 申請（專利權）人: 揚州國揚電子有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/423;H01L23/64;H01L29/739;H01L21/335
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種優化米勒電容的功率器件，包括N型襯底、位于N型襯底下方的集電極、位于N型襯底上層邊緣的P型井、位于P型井中的重摻雜N型區和重摻雜P型區、位于重摻雜N型區和重摻雜P型區上方的發射極、位于N型襯底上層中間的柵氧化層和位于柵氧化層上方的柵極，所述柵氧化層中間部分厚度大于邊緣部分厚度，柵氧化層下方電子電流和空穴電流流經的區域處于柵氧化層邊緣部分所在區域，柵氧化層邊緣部分為常規柵氧厚度，在不影響器件導通壓降的情況下，減小器件的米勒電容。

技術領域

本發明涉及功率半導體技術，尤其涉及一種優化米勒電容的功率器件。

背景技術

柵控型功率器件(如功率MOSFET和IGBT)是現代通用的電力半導體器件，主要應用于新能源、機車牽引、智能電網、高壓變頻器等領域。通過電力半導體器件對電能進行變換及控制，節能效果可達10％-40％。在全球氣候變暖的背景下，柵控型功率器件應用技術是被公認的實現全球能效和二氧化碳減排目標的最佳綜合性方法之一。

常規的柵控型功率器件(以IGBT為例)基本結構包含N型襯底，柵極，發射極，集電極，P型井，重摻雜的N型區，改進安全工作區的重摻雜P型區。器件在導通狀態下，電子電流從N型區出發，流經溝道(柵極和P型井相交的區域)，注入N型襯底，從集電極流出。而空穴電流從集電極出發，流經N型襯底，P型井，然后在重摻雜的N型區下方被發射極吸收。

從IGBT器件設計角度來看，單位面積下原胞數目的增加可以有效降低器件的導通壓降，從而改善器件整體功耗。但是，過為密集的原胞設計會導致器件在極限工作條件(特別是短路狀態)下熱失效的風險加大。特別是高壓功率(大于1700V)器件，相比低壓(600V和1200V)器件，更高的電壓結合短路狀態下的大電流會致使器件局部溫度的急劇上升，導致短路失效，最終器件燒毀。

常規IGBT器件設計會對原胞數目進行優化，適當增加相鄰原胞的間距尺寸，使器件導通壓降和極限短路能力的矛盾達到了折中。大幅度提升器件的魯棒性和極限狀態下的可靠性。

然而增加相鄰原胞的間距尺寸會變相導致米勒電容的增大，從而致使器件開關速度變慢，功耗增加。

因此，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是設計一種優化米勒電容的功率器件。

本發明同時提供一種功率器件的制備方法。

技術方案：為達到上述目的，本發明可采用如下技術方案：

一種優化米勒電容的功率器件，包括N型襯底、位于N型襯底下方的集電極、位于N型襯底上層邊緣的P型井、位于P型井中的重摻雜N型區和重摻雜P型區、位于重摻雜N型區和重摻雜P型區上方的發射極、位于N型襯底上層中間的柵氧化層和位于柵氧化層上方的柵極，所述柵氧化層包括中間部分及邊緣部分；中間部分厚度大于邊緣部分。

有益效果：本發明相對于現有技術，其顯著優點是，該功率器件增加了柵氧化層中間部分的厚度，減小了器件的米勒電容。

本發明還提供一種優化米勒電容的功率器件，采用以下技術方案：

一種優化米勒電容的功率器件，包括N型襯底、位于N型襯底下方的集電極、位于N型襯底上層邊緣的P型井、位于P型井中的重摻雜N型區和重摻雜P型區、位于重摻雜N型區和重摻雜P型區上方的發射極、位于N型襯底上層中間的柵氧化層和位于柵氧化層上方的柵極，所述柵氧化層包括中間部分及邊緣部分；中間部分的厚度為2000-5000埃；邊緣部分的厚度為1000-1500埃。

有益效果：本發明相對于現有技術，其顯著優點是，該功率器件增加了柵氧化層中間部分的厚度，減小了器件的米勒電容。

本發明提供一種優化米勒電容的功率器件的制備方法，包括以下步驟：