可降低电压应力的沟槽栅功率器件的制作方法

    专利查询2026-09-10  13


    本发明涉及一种功率器件,尤其是一种可降低电压应力的沟槽栅功率器件。


    背景技术:

    1、igbt(insulate-gate bipolar transistor)是功率半导体器件中具有代表性的一类器件,因其同时具有高耐压、低导通压降、易驱动、开关速度快等优点,在开关电源、变频调速、新能源电机驱动等许多功率领域有重要的应用。

    2、随着igbt技术的发展,沟槽栅igbt器件逐渐成为主流。为了提高沟槽栅igbt器件的电流密度,降低沟槽栅igbt器件的损耗,沟槽栅igbt器件的沟槽栅密度越来越大。当沟槽栅的密度增大时,在igbt器件导通瞬间,由于dv/dt过大,会产生较高电压应力,特别是在igbt器件运行在低负载工况下。

    3、需要说明的是,过高的电压应力,不仅容易导致igbt器件的损伤,而且容易产生emi干扰,导致整个igbt器件所在应用系统的故障。因此,在增加沟槽栅的密度时,如何有效降低igbt器件导通瞬间的电压应力是目前急需解决的技术难题。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其可降低功率器件在导通瞬间的电压应力以及通态损耗。

    2、按照本发明提供的技术方案,一种可降低电压应力的沟槽栅功率器件,所述沟槽栅功率器件包括:

    3、半导体基板,呈第一导电类型;

    4、有源区,分布于所述半导体基板的中心区域,包括若干并联分布的元胞,其中,对任一元胞,至少包括两个沟槽栅,并在两个沟槽栅间设置用于降低电压应力的高阻区结构;

    5、所述高阻区结构包括设置于两个沟槽栅之间的第二导电类型浮置区以及与所述第二导电类型浮置区对应的主结接触孔组,其中,

    6、所述主结接触孔组包括分布于所对应第二导电类型浮置区端部的主结接触孔,且所述第二导电类型浮置区两端部的主结接触孔还与主结对应;

    7、在所述主结接触孔内填充器件正面第一电极金属,填充在主结接触孔内的器件正面第一电极金属与第二导电类型浮置区欧姆接触,且器件正面第一电极金属与主结电连接;

    8、沟槽栅与器件正面第二电极金属电连接。

    9、对每个元胞,还包括设置于第二导电类型浮置区内的第一导电类型隔离区,其中,

    10、在第二导电类型浮置区内,利用第一导电类型隔离区将所在的第二导电类型浮置区分隔形成第二导电类型第一浮置子区以及第二导电类型第二浮置子区,第一导电类型第一浮置子区位于第一导电类型隔离区的上方,第二导电类型第二浮置子区位于第一导电类型隔离区的下方;

    11、第一导电类型隔离区与第二导电类型第一浮置子区、第二导电类型第二浮置子区邻接,且第一导电类型隔离区沿第二导电类型浮置区的长度分布;

    12、主结接触孔开设于第二导电类型第一浮置子区内,

    13、沟槽栅功率器件在额定电压下反向截止时,第二导电类型第二浮置子区不被完全耗尽。

    14、主结接触孔的深度小于所在第二导电类型第一浮置子区的结深。

    15、所述高阻区结构还包括设置于第二导电类型浮置区内的浮置区接触孔组,所述浮置区接触孔组包括至少一个浮置区接触孔,其中,

    16、对每个高阻区结构,所述浮置区接触孔位于所在高阻区结构的主结接触孔之间;

    17、当浮置区接触孔组内包括多个浮置区接触孔时,多个浮置区接触孔沿主结接触孔之间连线的长度方向分布;

    18、器件正面第一电极金属填充于浮置区接触孔内。

    19、当浮置区接触孔组内包括多个浮置区接触孔时,所述浮置区接触孔间呈等间距分布,且相邻两个浮置区接触孔的间距为50μm~300μm。

    20、所述沟槽栅包括栅沟槽以及填充在栅沟槽内的栅极单元体,其中,

    21、所述栅极单元体填充在栅沟槽内,且栅极单元体通过栅极氧化层与所在栅沟槽的内壁绝缘隔离;

    22、在每个栅沟槽的外侧设置第二导电类型阱区以及第一导电类型发射区,其中,第二导电类型阱区、第一导电类型发射区均与栅沟槽相应的外侧壁接触;

    23、所述第一导电类型发射区、第二导电类型阱区与器件正面第一电极金属欧姆接触。

    24、所述第二导电类型浮置区的掺杂浓度低于第二导电类型阱区的掺杂浓度,且第二导电类型浮置区的掺杂浓度比第二导电类型阱区的掺杂浓度至少低一个数量级。

    25、对有源区内的每个元胞,还包括至少一个发射极单元,其中,

    26、所述发射极单元排布于所在元胞内沟槽栅的外侧;

    27、所述发射极单元包括发射极沟槽以及填充于发射极沟槽内的发射极导电体,发射极导电体通过发射极氧化层与所在发射极沟槽的内壁绝缘隔离;

    28、所述发射极导电体与器件正面第一电极金属欧姆接触。

    29、对任一发射极单元,至少在所述发射极单元邻近沟槽栅的一侧设置发射极接触孔,其中,

    30、所述发射极接触孔分布于沟槽栅外侧的第二导电类型阱区内;

    31、当所述发射极单元与沟槽栅邻近时,发射极接触孔邻近沟槽栅的侧壁与第一导电类型发射区接触,且发射极接触孔的孔底位于第一导电类型发射区底部的下方。

    32、所述发射极接触孔、主结接触孔相应的宽度相等,且发射极接触孔、主结接触孔与对应邻近栅极氧化层的距离不小于0.1μm。

    33、本发明的优点:由于在沟槽栅之间设置高阻区结构,高阻区结构的存在使得第二导电类型浮置区相对于发射极几乎呈现电场浮置效应,从而降低了igbt器件开通时的负微分电容效应,降低了开通时的电压应力。

    34、在第二导电类型浮置区内设置至少一个浮置区接触孔,此时,通过设置的浮置区接触孔,可调节第二导电类型浮置区的高阻区面积,也即可降低高阻区结构的阻值,此时,可降低功率器件的开通损耗,也即可实现开通电压应力和开通损耗之间的折衷,提高功率器件的性能。

    35、在第二导电类型浮置区设置第一导电类型隔离区后,可以进一步增加第二导电类型浮置区和主结之间高阻区结构的阻性,更有助于对功率器件开通瞬间电压应力的调节。在功率器件的通态时,由于第一导电类型隔离区的存在,阻挡了空穴通过浮置区接触孔流入功率器件背面的电极,由此可知,可以有效降低功率器件的通态损耗。



    技术特征:

    1.一种可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是,所述沟槽栅功率器件包括:

    2.根据权利要求1所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:对每个元胞,还包括设置于第二导电类型浮置区内的第一导电类型隔离区,其中,

    3.根据权利要求2所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:主结接触孔的深度小于所在第二导电类型第一浮置子区的结深。

    4.根据权利要求1所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:所述高阻区结构还包括设置于第二导电类型浮置区内的浮置区接触孔组,所述浮置区接触孔组包括至少一个浮置区接触孔,其中,

    5.根据权利要求1所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:当浮置区接触孔组内包括多个浮置区接触孔时,所述浮置区接触孔间呈等间距分布,且相邻两个浮置区接触孔的间距为50μm~300μm。

    6.根据权利要求1至5任一项所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:所述沟槽栅包括栅沟槽以及填充在栅沟槽内的栅极单元体,其中,

    7.根据权利要求6所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:所述第二导电类型浮置区的掺杂浓度低于第二导电类型阱区的掺杂浓度,且第二导电类型浮置区的掺杂浓度比第二导电类型阱区的掺杂浓度至少低一个数量级。

    8.根据权利要求6所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:对有源区内的每个元胞,还包括至少一个发射极单元,其中,

    9.根据权利要求6所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:对任一发射极单元,至少在所述发射极单元邻近沟槽栅的一侧设置发射极接触孔,其中,

    10.根据权利要求6所述的可降低电压应力的沟槽栅功率器件,其特征是:所述发射极接触孔、主结接触孔相应的宽度相等,且发射极接触孔、主结接触孔与对应邻近栅极氧化层的距离不小于0.1μm。


    技术总结
    本发明涉及一种可降低电压应力的沟槽栅功率器件。其包括对任一元胞,至少包括两个沟槽栅,并在两个沟槽栅间设置高阻区结构;所述高阻区结构包括设置于两个沟槽栅之间的第二导电类型浮置区以及与所述第二导电类型浮置区对应的主结接触孔组,其中,所述主结接触孔组包括分布于所对应第二导电类型浮置区端部的主结接触孔,且所述第二导电类型浮置区两端部的主结接触孔还与主结对应;在所述主结接触孔内填充器件正面第一电极金属,填充在主结接触孔内的器件正面第一电极金属与第二导电类型浮置区欧姆接触,且器件正面第一电极金属与主结电连接;沟槽栅与器件正面第二电极金属电连接。本发明可降低功率器件在导通瞬间的电压应力以及通态损耗。

    技术研发人员:许生根,杨晓鸾,孔凡标,李哲锋,李磊
    受保护的技术使用者:江苏中科君芯科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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