[发明专利]一种中高压沟槽型功率器件的终端结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件制备技术领域，特别涉及一种中高压沟槽型功率器件的终端结构及其制作方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管IGBT是新型的大功率器件，它集MOSFET栅极电压控制特性和双极型晶体管低导通电阻特性于一身，改善了器件耐压和导通电阻相互牵制的情况，具有高电压、大电流、高频率、功率集成密度高、输入阻抗大、导通电阻小、开关损耗低等优点。在变频家电、工业控制、电动及混合动力汽车、新能源、智能电网等诸多领域获得了广泛的应用空间。

高压器件设计的一个难点是合理的终端设计以保证耐压。目前已经有很多种方法用于终端设计，比如场限环结构FLR、场板终端FP、FLR结合FP、结终端延伸结构JTE等等。通过优化，终端的设计耐压能够接近理想状态值。但是，即便是精心设计，终端区域钝化层和界面电荷的存在还是能极大降低器件的耐压能力。针对这个问题，结终端延伸结构JTE通过增加浓度来增强抗正电荷影响的能力，但这会导致器件能承受的最大耐压会降低。优化的场限环结构FLR结合场板终端FP技术能改善抗正电荷影响能力，但会导致终端面积的增加。另外还有表面覆盖高阻层的方法，虽然这对抗界面电荷影响有效，但增加了漏电流还有关断时间。而且，电荷的正负极性和量级并不能确定，所以问题的关键是提高终端设计的鲁棒性。

传统的场限环结构如图1所示：包括内圈的分压保护区103和外圈的截止保护环107。当偏压加在集电极101上并且所加偏压逐渐增大时，耗尽层沿着主结104向第一场限环105的方向扩展。在电压增大到主结104的雪崩击穿电压之前，主结的耗尽区已经与第一场限环105的耗尽区汇合，耗尽区曲率增大，主结与环结之间为穿通状态，由此削弱了主结弯曲处的积聚电场，击穿电压得到提高。在第一场限环105发生雪崩击穿之前，第二场限环106穿通，以此类推。在场限环的上方为覆盖终端的介质层。场限环终端结构存在以下弊端：

传统场限环结构通过注入杂质，依赖杂质在热过程中的扩散形成一个个场限环。为了阻止相邻的两个场限环互相扩散，场限环和场限环的间距必须保持足够远，这使得场限环的面积较大，增加成本。

场限环终端结构容易受界面不稳定性和氧化层界面电荷的影响，进而影响器件的击穿电压以及高压下的可靠性。另外，重掺杂的精度控制也是个问题。

现有技术提供了一种沟槽型终端结构，如图2所示，通过在终端区域刻槽的方式实现。在距离主结0.5-100um的半导体表面，通过湿法刻蚀，反应离子刻蚀等方法形成纵向深度0.1-10um的沟槽14；沟槽表面通过化学气相淀积等方法，淀积一层导电层16，导电层16与电极17是隔离的，该导电层可以为掺杂类型与衬底相反的半导体材料，也可以为Al或者其它类型的金属。这种终端结构，可使得器件承受耐压时耗尽层向外延伸，具体见图中的虚线。相比传统场限环结构，沟槽型终端结构极大地缩小了面积；另外由于减少了杂质注入，槽型尺寸易精确控制，所以提高了精度控制；所需热过程较少，避免了热过程后掺杂浓度分布的改变，但是没有对表面电荷的影响进行解决或者削弱，该终端结构的器件鲁棒性比较弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种中高压沟槽型功率器件的终端结构及其制作方法，解决了现有技术中的功率器件的终端结构的器件鲁棒性比较弱的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种中高压沟槽型功率器件的终端结构，在功率器件的终端区域至少有一个沟槽，所述沟槽的两侧均有表面结，靠近有源区的一侧为n型注入结，远离有源区的一侧为p型注入结，所述沟槽内有填充物。

进一步地，所述表面结的浓度均大于所述功率器件的漂移区浓度。

进一步地，所述表面结的结深小于所述沟槽的槽深。

进一步地，所述表面结的结深均为0.4-4um。

进一步地，所述沟槽的深度范围为2-15um，所述沟槽的宽度范围为0.5-5um。

进一步地，所述填充物为钝化物或者导电物质。

进一步地，所述钝化物为氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅中的任意一种。

进一步地，所述导电物质为多晶硅。

一种中高压沟槽型功率器件的终端结构的制作方法，包括如下步骤：

通过掩膜版，在n型衬底的终端区通过湿法刻蚀或反应离子刻蚀形成至少一个沟槽，通过掩膜版，通过离子注入的方法或者扩散的方法在所述沟槽中靠近有源区的一侧形成n型注入结，在所述沟槽中另一侧形成p型注入结；通过淀积的方法，在所述沟槽内和所述n型衬底的上表面覆盖钝化物。