[發明專利]高耐壓SGT器件

在審

• 申請號: 202210416084.1
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114823669A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 楊飛;吳凱;張廣銀;徐真逸;任雨
• 申請（專利權）人: 南京芯長征科技有限公司
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L27/02;H01L29/06;H01L29/423
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本發明涉及一種高耐壓SGT器件。其第二元胞單元內元胞溝槽的兩端部分別與終端內環內正對應的終端環槽連接，且第二元胞單元內元胞溝槽的端部與終端環槽的連接處形成元胞終端槽間結合部；對相互鄰近的第一元胞單元與第二元胞單元，第一元胞單元內元胞溝槽與第二元胞單元內元胞溝槽間的區域寬度為mesa第一寬度；第一元胞單元內元胞溝槽的端部與正對應終端內環間的區域寬度為mesa第二寬度，且第一元胞單元內元胞溝槽端部端角與對應元胞終端槽間結合部和/或終端環槽過渡部的區域寬度均為mesa第三寬度，mesa第三寬度以及mesa第二寬度均與mesa第一寬度相一致。本發明能提高SGT器件的耐壓能力、EAS能力以及可靠性。

技術領域

本發明涉及一種功率半導體器件，尤其是一種高耐壓SGT器件。

背景技術

目前，現有MOSFET器件的漂移區多數僅包含外延層，無其他結構，漂移區耐壓BV和導通電阻RDSON具有硅極限的折中關系。為了突破傳統溝槽型MOSFET器件的性能限制，屏蔽柵晶體管(SGT)應運而生。SGT器件和現有功率半導體器件的主要區別是漂移區引入屏蔽柵結構，利用屏蔽柵結構通過橫向電場來耗盡溝槽之間的漂移區，從而使得漂移區內溝槽之間的mesa區域可以采用更高的摻雜濃度，進一步降低導通電阻，突破傳統MOSFET器件硅極限性能。

SGT結構分為上下結構和左右結構，上下結構是柵極多晶硅和源極多晶硅在溝槽中為上下關系，左右結構為柵極多晶硅和源極多晶硅在溝槽中為左右關系。但是無論采用上下結構或左右結構，SGT結構中均存在深溝槽結構。如圖1所示，為SGT器件典型的BV(擊穿電壓)和mesa(相鄰溝槽之間的區域)寬度對應關系示意圖，由圖1可以看出，SGT器件存在最優的mesa寬度，當處于最佳meas寬度時，使得SGT器件的BV達到最大值，當mesa寬度小于所述最優值或者大于所述最優值，SGT器件的BV均會降低。

圖2為是典型SGT器件的布局，圖2中的終端區2只示出了1個終端環情況，即只存在一終端內環23。在實際使用中，出于對終端區2的耐壓可靠性考慮，終端區2的可以有多個終端環，這個是業界普遍常識。SGT器件的有源區和終端區之間為過渡區，現有SGT器件的過渡區內，如圖2中存在的元胞終端過渡區3，則根據元胞終端過渡區3的圖示可知，元胞溝槽1的端部與鄰近的終端內環23之間的mesa寬度不一致，且與元胞溝槽1之間的mesa寬度具有較大差異。由于SGT器件的擊穿耐壓BV和mesa寬度強相關，因此，不同mesa寬度的位置擊穿耐壓BV不一致，從而會導致終端區的擊穿點會固定在低耐壓位置，進一步導致整個SGT器件的擊穿耐壓BV以及EAS(單脈沖關斷雪崩能量)不足，直接導致SGT器件的可靠性降低。

假設有源區內元胞溝槽1之間的mesa寬度為最佳mesa寬度，即在此mesa寬度下，有源區的擊穿耐壓BV最高。當有源區內元胞溝槽1的端部與鄰近終端內環23之間的mesa寬度，與有源區內元胞溝槽1間的mesa寬度一致時，則元胞溝槽1末端拐角處與鄰近終端內環22之間的mesa寬度會偏大，導致元胞溝槽1末端拐角處的擊穿耐壓BV降低；另一方面，當減少元胞溝槽1末端拐角與近終端內環22之間的mesa寬度時，雖然可以保證元胞溝槽1末端拐角處的mesa寬度和有源區內相鄰元胞溝槽1之間的mesa寬度基本一致，但是由于元胞溝槽1末端和鄰近終端內環2之間的mesa寬度減小，此處的擊穿電壓BV會降低。

因此，按照傳元胞終端過渡區3的二維設計方式，無法實現過渡區和有源區一致的擊穿耐壓BV，導致終端出現低擊穿耐壓BV擊穿點，進一步導致SGT器件可靠性以及EAS能力降低，無法滿足SGT器件高耐壓的要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種高耐壓SGT器件，其結構緊湊，能提高SGT器件的耐壓能力、EAS能力以及可靠性。

按照本發明提供的技術方案，所述高耐壓SGT器件，包括半導體基板、制備于所述半導體基板中心區的有源區以及用于保護所述有源區的終端區；有源區包括若干并聯分布的元胞，有源區內的元胞采用SGT結構；終端區至少包括一鄰近并環繞所述有源區的終端內環，所述終端內環包括終端環槽；