具有自适应性的场截止电压控制型功率器件制造技术

本发明专利技术涉及半导体器件领域，具体为具有自适应性的场截止电压控制型功率器件，包括金属导电层，所述金属导电层的一侧设置有衬底，所述衬底上设置有多个沟槽，所述衬底的一侧设置有电压控制型功率器件的正面结构，沟槽一侧的金属导电层上设置有电位V端；所述金属导电层与衬底之间还有背面重掺杂区，各沟槽内设置有沟槽导电填充物，在所述沟槽的侧壁和沟槽底部设置有绝缘层，各沟槽之间形成感应电荷浓度增强区。本发明专利技术完全通过器件结构设计来实现场截止，彻底摆脱了现有技术掺杂方法所固有的扩散深度有限、高温过程影响器件其他结构以及工艺受限等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件领域，具体为具有自适应性的场截止电压控制型功率器件。
技术介绍
绝缘棚■双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是电压控制型功率器件的一种，具有高耐压、低导通压降、低开关损耗及高工作频率等优点，广泛应用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。为了在更薄的芯片上实现更高的耐压，场截止型IGBT (Field stop IGBT,FS-1GBT)应运而生。它利用N型场截止层使得电场分布由三角形分布转为类梯形分布，减小了器件的厚度，大幅降低了器件的导通压降和损耗。传统的FS-1GBT的场截止层是通过在器件衬底的背面进行高浓度掺杂来实现的。这种掺杂过程通常通过扩散或者注入加高温来实现。这种方法存在两个缺点，一是扩散深度有限，二是含高温过程。如磷在硅中扩散7微米，约需要在1150摄氏度的高温下扩散400分钟，这对器件的其他结构会产生严重的影响，并且对工艺产生很大的限制。许多专家和学者均致力于改善上述问题，通过不同的杂质选择，在更低的温度下实现更深的高浓度掺杂，如在η型硅中选择砸代替磷元素作为η型掺杂，因为砸比磷具有更大的扩散系数；又如利用质子注入，因为质子质量小，注入深度更大等。但上述方法始终没能摆脱掺杂的方法，并未从根本上解决问题。现有专利号申请号为CN201310534273.X，公开日为2015.05.06，名称为“场截止绝缘栅双极晶体管的制备方法”的专利技术专利，其技术方案为:提供N型衬底作为场截止层；将所述衬底的一面作为正面，外延制备出N型的漂移区；在所述漂移区内和所述漂移区上制备出场截止绝缘栅双极晶体管的正面结构；将所述衬底的背面减薄；在所述衬底的背面注入P型杂质，并进行退火处理；进行背面金属化处理形成背面金属集电极。上述专利提出了一种不同于传统掺杂法的场截止层制作方案，直接由衬底材料作为场截止层，不需要通过注入推阱的方式获得场截止层，避免了掺杂法中高温过程对正面结构的影响。但是，这种方案需要外延技术制备N型漂移区，在需要耐压继续增大时，外延就需要继续加厚，材料成本大幅度增加。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种不需要传统的掺杂方法，也不涉及外延技术，仅通过结构设计即可形成场截止层的具有自适应性的场截止电压控制型功率器件。本专利技术的具体方案如下: 具有自适应性的场截止电压控制型功率器件，其特征在于:包括金属导电层，所述金属导电层的一侧设置有衬底，所述衬底上设置有多个沟槽，所述衬底的一侧设置有电压控制型功率器件的正面结构，沟槽一侧的金属导电层上设置有电位V端；所述金属导电层与衬底之间还有背面重掺杂区，各沟槽内设置有沟槽导电填充物，在所述沟槽的侧壁和沟槽底部设置有绝缘层，利用沟槽将器件背面电势引入器件内部，在沟槽之间形成相互连接的感应电荷浓度增强区。各感应电荷浓度增强区的宽度分别为al、a2、…、an，其中η代表感应电荷浓度增强区的数量。相互连接的感应电荷浓度增强区是指各感应电荷浓度增强区的一端相互连通。所述电压控制型功率器件的正面结构包括IGBT或VDM0S。具体指的是本专利所述电压控制型功率器件可以是IGBT，也可以是VDMOS (垂直双扩散MOS，vertical doublediffused MOS)ο这两种器件的正面结构中都包含有栅极，且二者的栅极均可以采用平面栅结构，也可以采用沟槽栅结构。采用平面栅结构的IGBT称为平面栅IGBT，采用沟槽栅结构的IGBT称为沟槽栅IGBT。同样，采用平面栅结构的VDMOS称为平面栅VDM0S，采用沟槽栅结构的VDMOS称为沟槽栅VDMOS。所述电位V端为背面电极，衬底为N型时，电位V端加正偏压；衬底为P型时，电位V端加负偏压。电压控制型功率器件为IGBT时，电位V端称为集电极，电压控制型功率器件为VDMOS时，电位V端称为漏极。所述衬底包括硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓或金刚石，所述衬底的导电类型为P型或者N型。所述金属导电层包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。这里的合金具体是指以上述材料为基的合金。所述沟槽导电填充物包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。这里的合金具体是指以上述材料为基的合金。所述绝缘层包括氧化硅、氮化硅、氧化钽或氧化锆。当器件为N型衬底的IGBT时，背面重掺杂区为P型掺杂，为P型衬底的IGBT时，背面重掺杂区为N型掺杂；当器件为N型衬底的VDMOS时，背面重掺杂区为N型掺杂，为P型衬底的VDMOS时，背面重掺杂区为P型掺杂。各感应电荷浓度增强区的宽度全部相同、部分相同或全部不同。各沟槽之间的间距即为感应电荷浓度增强区的宽度。所述沟槽的截面为梯形或矩形，沟槽底部为直线或弧线，沟槽开口宽度为0.5um_3um，沟槽底部宽度为0.5um_3um，沟槽间隔为0.5um_l.5um，沟槽深度为2um_20um。本专利技术的优点在于: 1、本专利技术完全通过器件结构设计来实现场截止，彻底摆脱了现有技术掺杂方法所固有的扩散深度有限、高温过程影响器件其他结构以及工艺受限等缺点。2、本专利技术所述器件的背面工艺与沟槽栅结构的功率器件的正面工艺一致，与现行IGBT和MOS工艺兼容，不涉及外延技术，成本较低。3、本专利技术中所述器件的场截止功能是通过沟槽的场效应来实现的，因此该效应具有随电场增强而增强的自适应特性。【附图说明】图1为实施例1的结构图，具有自适应场截止层的平面栅IGBT。图2为实施例2的结构图，具有自适应场截止层的平面栅VDMOS。图3为场截止层中沟槽截面形貌示意图。图4为场截止层中沟槽之间的载流子浓度分布示意图。图5为实施例3的结构图，具有自适应场截止层的沟槽栅IGBT。图6为实施例3的电场变化图。图7是实施例4的结构图，衬底为P型的具有自适应场截止层的沟槽栅IGBT。附图中:100是衬底，101是金属导电层，102是沟槽导电填充物，103是绝缘层，104是感应电荷浓度增强区，105是电压控制型功率器件的正面结构，106是背面重掺杂区，1031是沟槽底部。【具体实施方式】实施例1 具有自适应性的场截止电压控制型功率器件，其特征在于:包括金属导电层101，所述金属导电层101的一侧设置有衬底100，所述衬底100上设置有多个沟槽，所述衬底100的一侧设置有电压控制型功率器件的正面结构105，沟槽一侧的金属导电层10当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有自适应性的场截止电压控制型功率器件，其特征在于：包括金属导电层（101），所述金属导电层（101）的一侧设置有衬底（100），所述衬底（100）上设置有多个沟槽，所述衬底（100）的一侧设置有电压控制型功率器件的正面结构（105），沟槽一侧的金属导电层（101）上设置有电位V端；所述金属导电层（101）与衬底（100）之间还有背面重掺杂区（106），各沟槽内设置有沟槽导电填充物（102），在所述沟槽的侧壁和沟槽底部（1031）设置有绝缘层（103），利用沟槽将器件背面电势引入器件内部，在沟槽之间形成相互连接的感应电荷浓度增强区（104）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡强，蒋兴莉，孔梓玮，王思亮，张世勇，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51