[发明专利]功率半导体器件元胞结构、其制备方法及功率半导体器件

说明书

本公开提供一种功率半导体器件及其制备方法。该功率半导体器件包括第一导电类型衬底、设置于所述衬底内的呈网格状分布的第一沟槽栅，以及位于由所述第一沟槽栅围合的每个网格单元格内的岛状第二沟槽栅、位于所述衬底内并位于所述第一沟槽栅和所述第二沟槽栅之间的第二导电类型阱区、位于所述阱区内的第一导电类型第一源区、第一导电类型第二源区和第二导电类型第三源区，以及位于所述衬底上方并同时与所述第一源区、所述第二源区、所述第三源区和所述第二沟槽栅形成电连接的发射极金属层。在不改变器件内部的电场线分布的情况下，增大有效沟槽栅之间的间距来降低电流密度，提高器件的抗短路能力，同时又能改善器件内部电场，提高器件耐压能力。

技术领域

本公开涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种功率半导体器件元胞结构、其制备方法及功率半导体器件。

背景技术

功率半导体器件又称电力电子器件，包括功率二极管、晶闸管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、大功率电力晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。功率半导体器件被广泛应用于各种功率控制电路、驱动电路等电路中，尤其是在各种变频电机、光伏逆变及智能电网、新能源汽车、电力机车牵引驱动等领域有着不可替代的作用。

功率半导体器件一般由元胞结构、终端耐压结构和过渡区结构组成。

早期的功率半导体器件的元胞结构多采用平面栅结构，此种结构通常单个元胞的面积较大，因而电流密度较小，最终导致整个芯片的面积较大。近些年，沟槽栅结构的元胞开始逐渐普及，现阶段越来越多的功率半导体器件开始采用沟槽栅结构。

如图1和图2所示，现有的沟槽栅结构的功率半导体器件由于沟槽栅的尺寸相对较小，导致电流密度较高，电流较集中，因此容易造成短路。一般的做法是通过增大沟槽栅尺寸和/或沟槽栅之间的间距的方法来降低电流密度，提高抗短路能力。但此种做法对于器件内部的电场线的分布会造成较大的影响，影响电场夹断。

发明内容

针对上述问题，本公开提供了一种功率半导体器件元胞结构、其制备方法及功率半导体器件。

第一方面，本公开提供一种功率半导体器件元胞结构，包括：

第一导电类型衬底；

设置于所述衬底内的呈网格状分布的第一沟槽栅，以及位于由所述第一沟槽栅围合的每个网格单元格内的岛状第二沟槽栅；

位于所述衬底内并位于所述第一沟槽栅和所述第二沟槽栅之间的第二导电类型阱区；

位于所述阱区内并位于所述第一沟槽栅边缘的第一导电类型第一源区，以及位于所述阱区内并位于所述第二沟槽栅边缘的第一导电类型第二源区；

位于所述阱区内并位于所述第一源区和所述第二源区之间的第二导电类型第三源区；

位于所述衬底上方并同时与所述第一源区、所述第二源区、所述第三源区和所述第二沟槽栅形成电连接的发射极金属层；所述发射极金属层与第一沟槽栅之间通过第一层间介质层隔离。

根据本公开的实施例，优选地，相邻两排的所述网格单元格交错设置。

根据本公开的实施例，优选地，相邻两排的所述网格单元格对齐设置。

根据本公开的实施例，优选地，所述第一沟槽栅包括位于所述衬底内的第一栅极沟槽、设置于所述第一栅极沟槽内的第一栅极和设置于所述第一栅极沟槽和所述第一栅极之间的第一栅极绝缘层。

根据本公开的实施例，优选地，所述第一层间介质层位于所述衬底上方并覆盖所述第一栅极上表面和所述第一栅极绝缘层上表面。

根据本公开的实施例，优选地，所述第二沟槽栅包括位于所述衬底内的第二栅极沟槽、设置于所述第二栅极沟槽内的第二栅极和设置于所述第二栅极沟槽和所述第二栅极之间的第二栅极绝缘层。