本發明專利技術公開了一種半導體功率器件的結構，包括以下特征：有源區最少由三種不同的單元組成，其中一種單元是快速反向恢復二極管(FRD)的表面結構，第二種單元是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的表靣結構，第三種單元的表靣結構含有兩條溝槽，溝槽與溝槽之間的距離小于0.4um，溝槽內壁附有柵極氧化層并填入導電材料如高摻雜的多晶硅，溝槽與溝槽之間為濃度約為1e15cm-3至5e16cm-3的p型區，表靣為n+區，p型區下有一濃度為1e15cm-3至5e16cm-3的n型區，溝槽與溝槽之間表靣沒有接觸孔。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種半導體功率器件的結構，包括以下特征：有源區最少由三種不同的單元組成，其中一種單元是快速反向恢復二極管(FRD)的表面結構，第二種單元是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的表靣結構，第三種單元的表靣結構含有兩條溝槽，溝槽與溝槽之間的距離小于0.4um，溝槽內壁附有柵極氧化層并填入導電材料如高摻雜的多晶硅，溝槽與溝槽之間為濃度約為1e15cm-3至5e16cm-3的p型區，表靣為n+區，p型區下有一濃度為1e15cm-3至5e16cm-3的n型區，溝槽與溝槽之間表靣沒有接觸孔。【專利說明】一種半導體功率器件的結構
本專利技術涉及一種半導體功率器件
，具體的說，涉及一種溝槽式功率場效應晶體管IGBT器件的結構。
技術介紹
1980年，美國RCA公司申請了第一個IGBT專利，1985年日本東芝公司做出了第一個工業用IGBT。從器件的物理結構上來說，它是非透明集電極穿通型IGBT，簡稱為穿通型IGBT (Punchthrough IGBT-縮寫為 PT-1GBT)。于 1996 年，Motorola 公司發表了一篇文章描述有關制造非穿通IGBT的研究，側重如何在薄硅片上制造集電極的工藝，所用的FZ η型娃片最薄只約有170um厚。翌年，Infineon公司也發表了用10um厚的FZ η型娃片做出600V的NPT-1GBT。99年左右，工業用新一代的IGBT開始投產，這種新一代的IGBT是一種高速開關器件，它不需要用重金屬或輻照來減短器件中少子壽命，主要用的技術是超薄硅片工藝加上弱集電結或稱為透明集電結，Infineon公司稱之為場截止IGBT,接下來幾年，各主要生產IGBT的公司都相繼推出類似的產品。 IGBT主要的技術和性能(即電學參數)有⑴擊穿電壓，(2)正向壓降，(3)開關特性，⑷短路安全區(SCSOA)，(5)反向偏置安全區(RBSOA)和(6)正向偏置安全區(FBSOA)等。正向壓降是與開關速度相互矛盾的，即改良了正向壓降便會傷害了開關速度的性能，如增加了 η—擴展層的空穴電子對密度，正向壓降會變好，但貯存了更多的電荷會使關斷時間增長，從而使關斷速度變差。本專利技術的目標是使正向壓降與開關速度之間的矛盾降至最低，如降低正向壓降時，把對開關速度的不良影響降至最低。 為了降低關斷時間，間接地增加頻率容量和減少關斷時間，同時不大增加正向壓降，設計者需要優化注入器件內部的電荷分布，使在正向導通時，IGBT器件內部載流子的分布如圖1所示，即在發射極端載流子濃度要高，在集電極端載流子濃度要低。場截止IGBT的背面結構能提供有效機制，使在正向導通時，背面弱集電極載流子濃度較少，關斷時，能有效快速地把體內靠近集電極的載流子清除。 薄硅片工藝加上背面透明集電結可以用來有效地控制器件背部電荷的濃度和分布，對靠近表面部分電荷的濃度和分布影響相對較小，要影響器件靠近表面部分電荷的濃度和分布，最有效和容易的方法是使用器件表面的單元結構，提高器件表面部分載流子的濃度可以減少正向壓降，最近(2010年后)有幾個新的表面單元結構被用來改善正向壓降，它們有如下幾個方案: 方案一: 如圖2所示，它與一般常用的溝槽IGBT相比，它的溝槽底部比溝槽上部為大，底部溝槽壁之間的距離可小于0.3 μ m。 方案二: 如圖3所示，與一般的溝槽IGBT相比，它的特別之處是在P型基區下有一 η型區5，η型區下有一 ρ型區6，這ρ型區6沒有被連接至表面的發射電極。 方案三: 使用超精細的基本結構單元，一般的溝槽IGBT單元尺寸大于3.0 μ m，這種超精細的結構單元尺寸可小于1.0 μ m。 以上幾種方案都可達到增加表面載流子濃度，從而改善正向壓降，又不增加關斷時間，但他們都有一些缺點，方案一和方案二的工藝制備比較復雜，不利于成本和制造，方案三會使柵電容增大，這會增加驅動電路的功耗，他們這些缺點有待改善。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一新的器件結構使正向壓降與開關速度之間的矛盾降至最低，如降低正向壓降時，把對開關速度的不良影響降至最低，而且工藝制備比較簡單又可減少柵電容，本專利技術有如下不同的實施例: 實施例(I):參考圖4，是器件的溝槽結構在有源區的俯視圖，器件制作在η型FZ硅片上，器件的有源區由最少兩種基本單元組成如圖4中所標的I和2，單元I和單元2按一定規律排列后，會形成除了單元I和單元2基本結構外，還會形成如圖4中所標的單元3，單元3所佔的區域是單元I和單元2所佔的區域之外。為了能清楚地描述各基本單元的物理結構，以下用各自的橫切面來解說:參考圖5，圖6和圖7，基本單元I含有兩條溝槽，溝槽寬度范圍為0.2 μ m至3.0 μ m,深度為3 μ m至10 μ m,溝槽內壁附有氧化層并填入導電材料如高摻雜的多晶硅，溝槽與溝槽之間的距離小于0.4um，溝槽與溝槽之間為ρ型區，ρ型區濃度約為Ie 15cm 3至5el6cm 3,表靣為η+區,ρ型區下有一濃度為Ie 15cm 3至5el6cm 3的η型區，濃度比η型FZ硅片的濃度為高。參考圖參考圖5和圖9，基本單元2也由兩條溝槽組成，溝槽寬度范圍為0.2 μ m至3.0 μ m，深度為3 μ m至10 μ m，溝槽內壁附有氧化層并填入導電材料如高摻雜的多晶硅，這兩條溝槽可以作成圓形或方形或其它形狀，圖5是作成圓形的，溝槽與溝槽之間的距離大于0.6um，溝槽與溝槽之間為ρ型區，ρ型區濃度約為lel5cnT3至5el6cm_3, ρ型區下有一濃度較高的η型區，η型區濃度約為lel5cm_3至5el6cm_3,表面有部份為η+區，表面η+區之外是ρ+區，表面的η+區把單元I中的η+區連接至單元2中的表面接觸孔溝構側壁，接觸孔溝槽底部為P+區，如圖所示，接觸孔填以金屬如鈦層，氮化鈦層和鎢層，鎢層之上為鋁層。參考圖5和圖9，單元3所佔的區域是由單元I和單元2按某一規律排列后圍出來的，所以單元3所佔的區域是在單元I和單元2所佔的區域之外，單元3周邊是單元I和單元2的溝槽，溝槽與溝槽任一方向之間的距離為單元3的任一方向的長度，該長度是大于0.6um,溝槽與溝槽之間表靣沒有接觸孔，溝槽與溝槽之間最少有部份區域為P型區，P型區濃度約為lel5cm_3至5el6cm_3, ρ型區沒有被直接連接至表面金屬層，ρ型區下為濃度約為lel5cnT3至5el6cnT3的η型區。實施例⑴中的基本上單元里的接觸孔可以是溝構式的如圖6和圖9所不,接觸孔也可以是平面式的如圖10和回11所不。 實施例⑵與實施例(I)十分相似，確切地說，實施例⑵的單元I和單元2與實施例⑴的相同，實施例⑵的單元3與實施例1中的單元3相似，不同之處是實施例(2)的單元3有表面接觸孔，單元3是可以形成IGBT的表面結構，是也可以形成FRD的表面結構，若單元3為的表面結構為IGBT如圖12和圖13所示，它的結構大至如下:溝槽與溝槽之間最少有部份區域為P型區，表靣最少有部份區域為η+區域，η+區連續地從溝槽邊延伸至接觸孔，有部份為P+區，表面有接觸孔把它們連接至表面金屬層去，P型層下可有η型層，η型層濃度為lel5cm 3至5el6cm 3。 若單元3為FRD的表面結構，它會與本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種半導體功率器件的結構包括以下部分：(1)有源區和終端區；(2)有源區至少由三種不同的單元組成；第一種單元的表面結構包含：有兩條溝槽，溝槽寬度范圍為0.2μm至3.0μm，深度為1μm至10μm，溝槽內壁附有氧化層并填入導電材料如高摻雜的多晶硅，溝槽與溝槽之間的距離小于0.4um，溝槽與溝槽之間最少有部份區域為p型區，p型區濃度約為1e15cm?3至5e16cm?3，表靣為n+區，溝槽與溝槽之間表靣沒有接觸孔；第二種單元的表面結構包含：由兩條溝槽組成，溝槽寬度范圍為0.2μm至3.0μm，深度為1μm至10u?m，溝槽內壁附有氧化層并填入導電材料如高摻雜的多晶硅，這兩條溝槽可以作成圓形或方形或其它形狀，溝槽與溝槽之間的距離大于0.6um，溝槽與溝槽之間最少有部份區域為p型區，p型區濃度約為1e15cm?3至5e16cm?3，表面至少有部份為n+區，有部份為是p+區，表面的n+區只把單元1中的n+區連接至單元2中的表面接觸孔，並不使單元2形成IGBT的表面結構，接觸孔中有部份為n+區，有部份為p+區，接觸孔填以金屬如金屬鈦層，氮化鈦層和鎢層，鎢層之上為鋁層；第三種單元的表面結構是：單元3所佔的區域是由單元1和單元2按某一規律排列后圍出來的，所以單元3所佔的區域是單元1和單元2所佔的區域之外，單元3周邊是單元1和單元2的溝槽，溝槽與溝槽任一方向之間的距離即單元3的任一方向的長度，這長度大于0.6um，溝槽與溝槽之間最少有部份區域為p型區，p型區濃度約為1e15cm?3至5e16cm?3。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇冠創，
申請(專利權)人：深圳市力振半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44
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