功率半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本申请公开了功率半导体装置及其制造方法。提供了一种功率半导体装置，包括：一对栅电极，在衬底中分别设置在彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽中；具有第一导电类型的本体区域，设置在第一沟槽和第二沟槽之间；具有第一导电类型的一对浮置区域，其彼此间隔开并且分别包围第一沟槽和第二沟槽的底表面和至少一个侧表面；以及具有第二导电类型的漂移区域，其这对浮置区域的下方延伸穿过这对浮置区域之间的区域直至所述本体区域，其中，在所述漂移区域中，这对浮置区域之间的第二导电类型的掺杂浓度高于在这对浮置区域下方的第二导电类型的掺杂浓度。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体装置及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年6月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0077602的优先权和权益，其全部内容通过引证结合于此。
本专利技术涉及功率半导体装置及其制造方法，更具体地，涉及一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)装置及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通过金属氧化物半导体(MOS)技术和双极物理学的功能集成而开发。其特点是具有低饱和电压和快速开关功能。其应用范围扩展到无法用晶闸管、双极晶体管、MOSFET等实现的应用。这也是下一代功率半导体装置，该装置主要用于在电压范围300V以上中广泛使用的高效率高速功率系统中。自20世纪70年代的功率MOSFET的发展以来，MOSFET已在需要快速开关功能的领域中用作开关装置，而双极晶体管、晶闸管、GTO等已用于在中到高电压中需要大量电流传导的领域中。20世纪80年代初开发的IGBT在输出特性方面具有比双极晶体管更好的电流能力，并且在输入特性方面具有类似MOSFET的栅极驱动特性，因此，能够以约100KHz的高速进行开关。因此，IGBT用在从工业到家用电子的广泛应用中，因为该器件不仅用于替代MOSFET、双极晶体管和晶闸管，而且用于建立新的应用系统。韩国特许公开号20140057630(于2014年5月13日公开，题目为“IGBTandmanufacturingmethodthereof”)是相关的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够降低电阻并改善短路和击穿电压特性的功率半导体装置及其制造方法。然而，这些问题是说明性的，因此本专利技术的范围不限于此。根据本专利技术的一方面，提供了一种功率半导体装置，用于解决上述问题。该功率半导体装置包括：一对栅电极，分别设置在衬底中彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽中；具有第一导电类型的本体区域，其在衬底中设置在第一沟槽和第二沟槽之间；具有第一导电类型的一对浮置区域，在衬底中彼此间隔开并且分别包围第一沟槽和第二沟槽的底表面和至少一个侧表面；以及具有第二导电类型的漂移区域，其在衬底中从具有第一导电类型的一对浮置区域的下方延伸穿过具有第一导电类型的一对浮置区域之间的区域而到达具有第一导电类型的所述本体区域，其中，在所述漂移区域中，具有第一导电类型的这对浮置区域之间的第二导电类型的掺杂浓度高于具有第一导电类型的这对浮置区域下方的第二导电类型的掺杂浓度。在功率半导体装置中，具有第一导电类型的本体区域的最大掺杂深度可以小于第一沟槽和第二沟槽的深度，并且具有第一导电类型的浮置区域的最大掺杂深度可以大于第一沟槽和第二沟槽的深度。在此处，在所述漂移区域中，具有第一导电类型的这对浮置区域之间的第二导电类型的掺杂浓度和所述第一沟槽与所述第二沟槽之间的第二导电类型的掺杂浓度可以大于具有第一导电类型的这对浮置区域下方的第二导电类型的掺杂浓度。功率半导体装置还可以包括：在具有第一导电类型的这对浮置区域之间并且在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的基极电流路径，其中，在具有第一导电类型的这对浮置区域的底表面的区域中可以产生最大电场。在功率半导体装置中，在从所述衬底的上表面穿过具有第一导电类型的这对浮置区域之间的区域到达所述衬底的下表面的电场的垂直分布中，最大电场所在的深度可以大于第一沟槽和第二沟槽的深度。在功率半导体装置中，所述衬底可以包括晶片和在所述晶片上生长的外延层，并且具有第一导电类型的浮置区域的下部分可以包括晶片和外延层之间的边界面。功率半导体装置还可以包括：一对源极区域，其彼此间隔开并在衬底中设置为分别邻近第一沟槽和第二沟槽。在功率半导体装置中，第二导电类型和第一导电类型可以具有相反的导电类型，并且可各自是n型和p型中的一个。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于制造功率半导体装置的方法。所述方法包括：将具有第一导电类型的杂质注入晶片上的第一区域；将具有第二导电类型的杂质注入晶片上的第二区域，所述杂质的掺杂浓度高于在晶片中具有第二导电类型的杂质的掺杂浓度；在晶片上形成外延层；在包括所述第一区域和所述第二区域之间的边界的区域中分别形成彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽，同时移除所述外延层的一部分；通过使杂质扩散，形成具有第一导电类型的一对浮置区域以及具有第二导电类型的漂移区域的至少一部分，所述浮置区域彼此间隔开并且包围所述第一沟槽和第二沟槽的底表面和至少一个侧表面，并且所述漂移区域从具有第一导电类型的这对浮置区域的下方延伸到具有第一导电类型的这对浮置区域之间的区域；通过将杂质注入第一沟槽和第二沟槽之间的区域中，形成具有第一导电类型的本体区域和一对源极区域，所述一对源极区域彼此间隔开并且设置为在具有第一导电类型的本体区域中与所述第一沟槽和第二沟槽相邻；并且通过用绝缘膜涂覆第一沟槽和第二沟槽的内壁并用栅电极材料填充第一沟槽和第二沟槽来形成栅电极。在制造功率半导体装置的方法中，具有第一导电类型的浮置区域的下部可以包括晶片和外延层之间的边界面，其中在该下部中在基极电流路径中产生最大电场。根据如上所述的本专利技术的实施例，提供了一种功率半导体装置，其中，即使沟槽之间的距离变窄，也形成基极电流供应路径，并提供丰富的基极电流，从而增强了鲁棒性。此外，在增加单元密度的同时，缓解了局部温度上升，改善了短路特性，并且可以减缓击穿电压的降低。当然，本专利技术的范围不受这些效果的限制。附图说明图1是示出根据本专利技术的实施例的功率半导体装置的单元结构的截面图；图2是示出图1所示的根据本专利技术的实施例的功率半导体装置中的在G方向的电场的大小的曲线图；以及图3是示出根据本专利技术的实施例的功率半导体装置的制造方法的截面图。<附图标记说明>1：衬底10：漂移区域20a、20b：沟槽30a、30b：浮置区域42：本体区域44：源极区域50a、50b：栅电极具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述本专利技术的实施例。然而，应当理解，本专利技术不限于下面描述的实施例，而是可以以各种其他形式体现。以下实施例旨在给出本公开的更完整的描述，并且被提供以便向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。此外，为了便于说明，至少一些部件的尺寸可被夸大或缩小。在附图中相同的附图标记表示相同的元件。在本说明书中，第一导电类型和第二导电类型可以具有相反的导电类型，并且可以分别是n型和p型中的一个。例如，第一导电类型可以是p型，第二导电类型可以是n型，在附图中示意性地示出这些导电类型。然而，本专利技术的技术思想不限于此。例如，第一导电类型可以是n型，第二导电类型可以是p型。图1是示出根据本专利技术的实施例的功率半导体装置的单元结构的截面图。参考图1，根据本专利技术的实施例的功率半导体装置100包括分别设置在衬底1中彼此间隔开的第一沟槽20a和第二沟槽20b中的一对栅电极50a和50b。此处，衬底1可以被理解为包括晶片和在晶片上外延生长的外延层。根据本专利技术的实施例的功率半导体装置100包括具有第一导电类型的本体区域42，在衬底1中设置在第一沟槽20a和第二沟槽20b之间；具有第二导电类型的一对源极区域44a和44b，彼此间隔开并在衬底1中设置为分别与第一沟槽20a和第二沟槽20b相邻。根据本专利技术的实施例的功率半导体装置100包括：具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体装置，包括：一对栅电极，分别设置在衬底中彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽中；具有第一导电类型的本体区域，在所述衬底中设置在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间；具有第一导电类型的一对浮置区域，在所述衬底中彼此间隔开并且分别包围所述第一沟槽和所述第二沟槽的底表面和至少一个侧表面；以及具有第二导电类型的漂移区域，在所述衬底中从具有第一导电类型的所述一对浮置区域的下方延伸穿过具有第一导电类型的所述一对浮置区域之间的区域而直至具有第一导电类型的所述本体区域，其中，在所述漂移区域中，具有第一导电类型的所述一对浮置区域之间的第二导电类型的掺杂浓度高于具有第一导电类型的所述一对浮置区域下方的第二导电类型的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
2016.06.21 KR 10-2016-00776021.一种功率半导体装置，包括：一对栅电极，分别设置在衬底中彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽中；具有第一导电类型的本体区域，在所述衬底中设置在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间；具有第一导电类型的一对浮置区域，在所述衬底中彼此间隔开并且分别包围所述第一沟槽和所述第二沟槽的底表面和至少一个侧表面；以及具有第二导电类型的漂移区域，在所述衬底中从具有第一导电类型的所述一对浮置区域的下方延伸穿过具有第一导电类型的所述一对浮置区域之间的区域而直至具有第一导电类型的所述本体区域，其中，在所述漂移区域中，具有第一导电类型的所述一对浮置区域之间的第二导电类型的掺杂浓度高于具有第一导电类型的所述一对浮置区域下方的第二导电类型的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其中，具有第一导电类型的所述本体区域的最大掺杂深度小于所述第一沟槽和所述第二沟槽的深度，并且具有第一导电类型的浮置区域的最大掺杂深度大于所述第一沟槽和所述第二沟槽的深度。3.根据权利要求2所述的功率半导体装置，其中，在所述漂移区域中，在有第一导电类型的所述一对浮置区域之间的第二导电类型的掺杂浓度和在所述第一沟槽与所述第二沟槽之间的第二导电类型的掺杂浓度大于具有第一导电类型的所述一对浮置区域下方的第二导电类型的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的功率半导体装置，还包括：在具有第一导电类型的所述一对浮置区域之间并且在所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的基极电流路径，其中，在具有第一导电类型的所述一对浮置区域的底表面的区域中产生最大电场。5.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其中，在从所述衬底的上表面穿过具有第一导电类型的所述一对浮置区域之间的区域到所述衬底的下表面的电场的垂直分布中，最大电场所在的深度大于所述第一沟槽和所述第二沟槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：金莹俊，禹赫，金台烨，赵汉信，朴泰泳，李珠焕，
申请(专利权)人：奥特润株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR