[发明专利]功率半导体器件及其制备方法

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设置于所述外延层上的有源区、终端区和位于所述有源区与所述终端区之间的过渡区；所述有源区包括若干间隔设置于所述外延层表面内的第二导电类型阱区、设置于所述阱区表面内的沟槽、位于所述阱区表面内且位于所述沟槽两侧的第一导电类型源区和位于所述阱区内且位于所述沟槽下方的第二导电类型短路区；其中，所述阱区底部于所述沟槽的对应位置设置有凹陷结构。通过在阱区底部于沟槽的对应位置形成凹陷结构，使得雪崩击穿位置由终端区转移至面积更大的有源区，增加了散热面积，且雪崩电流路径避开了寄生npn晶体管基区，缩短了雪崩电流路径，减少了热量的产生，提高了雪崩耐量。

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及其制备方法。

背景技术

功率半导体器件，如金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)，在开关应用中，电感负载和寄生电感有意或者无意的未被箝位，功率器件由导通状态到瞬间关断时，在回路导通时存储在电感中的能量必须在关断瞬间全部由功率器件释放，由于MOSFET漏极电流的突变，电感产生很大的感应电动势叠加在电源电压上，促使功率器件承受很大的电压，处于雪崩状态且流过很大的电流，导致很大的功率损耗，一旦释放的能量超过MOSFET器件承受的极限，将导致器件失效，进而使得整个电路乃至系统的瘫痪。

非箝位感性负载下的开关过程(Unclamped Inductive Switching，UIS)通常被认为是功率器件在系统应用中所能遭遇的最极端电应力情况。在实际应用中常常需要设计复杂的抑制和过压保护电路，导致系统成本的增加。一般而言，需要器件具备一定的感性能量承受能力。功率器件的雪崩鲁棒性是根据可以在器件中耗散而不会造成毁灭性破坏的雪崩能量来评估的。

MOSFET器件在非箝位感性负载下的开关过程(Unclamped Inductive Switching，UIS)失效模式主要有两种：一种是功率MOSFET的寄生双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)导通损坏，另一种是热损坏。寄生BJT导通损坏是指当反向大电流流过器件基区时，会使得基区温度升高，而基区电阻为正温度特性，从而降落在基区的压降增大，如果该压降增大至接近寄生BJT的基区和发射极之间的自建电势，导致寄生BJT开启。开启的BJT会进一步的放大流过基区的大电流，进而使结温升高，形成一个正反馈，最后导致器件过热而失效。对于正向电压在0.7左右的Si p-n结来说，这将导致灾难性的热失控。SiCp-n结的正向电压有更高的值(2-3V)，且对温度的依赖性较小。在雪崩期间，器件可能会因固有的热限制而失效。当热产生载流子的数量与背景掺杂浓度相等时，这个限制就达到了。理论上，SiC具有比Si高得多的本征热极限，这是因为SiC具有较低的本征载流子浓度和较宽的带隙。因此，SiC MOSFET应该比Si器件具有更高的热稳定性。然而，SiC MOSFET比SiMOSFET具有更高的电流密度，这可以抵消材料的热效应。因此，当器件某薄弱部分的结温升高到器件材料所允许的最大值时过热而失效。

而传统的功率半导体器件的结果如图1所示，包括衬底101、外延层102、漏极金属层103、有源区110、过渡区120和终端区130，其中，有源区110包括阱区111、源区112、短路区113、栅极绝缘层114、栅极115、层间介质层116和第一源极金属层117，过渡区120包括掺杂区121、第二源极金属层122和层间介质层123，终端区130包括场限环131和层间介质层132。如图2所示，当器件的雪崩击穿点在终端区时，由于终端区电位浮空，没有通过电极引出，雪崩击穿电流必须从击穿点开始流经很长的距离才能到达源极，造成终端区局部温度过高，不利于提高器件的雪崩耐量。如图3所示，当击穿点在有源区处时，雪崩电流通过有源区的源极接触泄放，电流泄放通路较宽；但是，雪崩电流流经有源区时，有可能流经寄生npn晶体管基区，造成寄生npn三极管开启，且电流泄放路径较长，同样影响器件的雪崩耐量。

发明内容