功率半导体器件及其制造方法技术

本申请公开了功率半导体器件及其制造方法。一种功率半导体器件，包括：第一沟槽栅极和第二沟槽栅极，呈带状形状，在衬底中在一个方向上平行地延伸并且彼此间隔开；第三沟槽栅极，呈梯状形状，在衬底中在与第一沟槽栅极和第二沟槽栅极之间的一个方向不同的方向上延伸；第一导电类型的体区，分别布置在衬底中在第一沟槽栅极、第二沟槽栅极与第三沟槽栅极之间；一对第一导电类型的浮动第一区，在衬底中围绕第一沟槽栅极和第二沟槽栅极的每个底表面和至少一侧；以及第一导电类型的浮动第二区，在衬底中围绕第三沟槽栅极的底表面。

Power semiconductor device and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及功率半导体器件及其制造方法，并且更具体地，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是金属氧化硅(MOS)和双极型技术的结果，并且已经因为正向损耗低和高速度而应用于利用晶闸管、双极型晶体管、MOSFET等无法实现的应用，并且是对于在300V或更高电压范围内广泛使用的高效高速功率系统至关重要的下一代功率半导体器件。关于在20世纪70年代开发功率MOSFET之后的开关器件，MOSFET用于需要高速开关的范围内，并且双极型晶体管、晶闸管、GTO等已经用于在中压到高压时需要大量的电流传导的范围内。20世纪80年代早期开发的IGBT在输出特性方面具有比双极型晶体管更大的电流能力，并且在输入特性方面具有像MOSFET一样的栅极驱动特性，因此可以实现大约100KHz的高速开关。因此，除了MOSFET、双极型晶体管和晶闸管的替代器件之外，由于IGBT还创造了新应用系统，因此它正在逐步扩大其从工业到家用电子产品的使用范围。相关的现有技术是韩国专利公开第20140057630号(公开于2014年5月13日，标题为“IGBT及其制造方法”)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供能够稳定开关特性并确保高沟道密度的一种功率半导体器件。然而，这些问题是说明性的，并且本专利技术的范围不限于此。本专利技术构思的实施方式提供了一种功率半导体器件，该功率半导体器件包括：第一沟槽栅极和第二沟槽栅极，呈带状形状，在衬底中在一个方向上平行地延伸并且彼此间隔开；第三沟槽栅极，呈梯状形状，在衬底中在与第一沟槽栅极和第二沟槽栅极之间的该一个方向不同的方向上延伸；第一导电类型的体区，分别布置在衬底中在第一沟槽栅极、第二沟槽栅极与第三沟槽栅极之间；一对第一导电类型的浮动第一区，在衬底中围绕第一沟槽栅极和第二沟槽栅极的每个底表面和至少一侧；第一导电类型的浮动第二区，在衬底中围绕第三沟槽栅极的底表面；发射极，布置在衬底的上表面上并且与第一导电类型的体区相接触；以及集电极，布置在衬底的底表面上。在一实施方式中，构成一个单位单元的第一沟槽栅极和第二沟槽栅极可以连接到构成与该一个单位单元直接相邻而彼此不分离的另一个单位单元的第一沟槽栅极和第二沟槽栅极。在一实施方式中，在彼此相邻的串联布置的多个单位单元中，第一沟槽栅极可以连接为一体并且跨多个单位单元设置，第二沟槽栅极可以连接为一体并且跨多个单位单元设置，并且第三沟槽栅极可以被设置为连接第一沟槽栅极之一和第二沟槽栅极之一并在第一沟槽栅极之一与第二沟槽栅极之一之间彼此间隔开的多个沟槽栅极。在一实施方式中，功率半导体器件还可以包括第二导电类型的漂移区，该第二导电类型的漂移区布置在衬底中在第一导电类型的浮动区、第一导电类型的体区与集电极之间。在一实施方式中，功率半导体器件还可以包括第二导电类型的场截止区，该第二导电类型的场截止区布置在第二导电类型的漂移区与集电极之间。在一实施方式中，功率半导体器件还可以包括一对第二导电类型的源极区，这些第二导电类型的源极区在布置在第一沟槽栅极与第二沟槽栅极之间的第一导电类型的体区中彼此间隔开并分别与第一沟槽栅极和第二沟槽栅极相邻。在一实施方式中，布置在第一沟槽栅极与第二沟槽栅极之间的第一导电类型的体区的掺杂最大深度可以比第一沟槽栅极和第二沟槽栅极的深度浅，并且第一导电类型的浮动第一区的掺杂最大深度可以比第一沟槽栅极和第二沟槽栅极的深度深。在一实施方式中，在一对第一导电类型的浮动第一区之间以及在第一沟槽栅极与第二沟槽栅极之间的第二导电类型掺杂浓度可以相对高于在漂移区中在一对第一导电类型的浮动第一区下方的第二导电类型掺杂浓度。在一实施方式中，第二导电类型和第一导电类型可以具有彼此相反的导电类型，并且是n型和p型中的任何一种。附图说明包括了附图来提供对本专利技术构思的进一步理解，附图纳入并构成本说明书的一部分。附图示出了本专利技术概念的示例性实施方式，并且连同描述一起用于说明本专利技术概念的原理。在附图中：图1是概念性地示出根据本专利技术的比较例的功率半导体器件的单元结构的横截面图；图2是沿图1中所示的X轴和Y轴的纵截面；图3是示出在沿图1中所示的X轴和Y轴的纵截面中出现的寄生电容的方面的模拟图像；图4是作为图1中所示的单位单元的一部分的生成寄生电容的区的放大视图；图5是概念性地示出根据本专利技术的实施方式的功率半导体器件的单元结构的横截面图；图6是沿图5中所示的X轴的纵截面；图7是沿图5中所示的X轴的横截面；图8是示出在沿图5中所示的X轴的纵截面中出现的寄生电容的方面的模拟图像；图9是示出在沿图5中所示的Y轴的纵截面中出现的寄生电容的方面的模拟图像；以及图10是作为图5中所示的单位单元的一部分的生成寄生电容的区的放大视图。具体实施方式在下文中，参照附图更详细地描述本专利技术的实施方式。然而，本专利技术可以体现为不同的形式，并且不应被解释为局限于本文中所阐述的实施方式，而是相反，提供这些实施方式使本公开将详尽和完整，并且将本专利技术的范围充分地传达给本领域技术人员。而且，为了便于解释，可以夸大或减小至少一些部件的尺寸。贯穿附图，相似的参考标号表示相似的元件。在本说明书中，术语“横截面”是指在平行于衬底的上表面的方向上的截面，术语“竖直截面”是指在垂直于衬底的上表面的方向上的纵截面。在本说明书中，第一导电类型和第二导电类型具有相反的导电类型，并且可以分别是n型和p型中的任何一种。例如，第一导电类型可以是p型，并且第二导电类型可以是n型，并且导电类型配置在附图中示例性地示出。然而，本专利技术的技术构思不限于此。例如，第一导电类型可以是n型，并且第二导电类型可以是p型。图1是概念性地示出根据本专利技术的比较例的功率半导体器件的单元结构的横截面图。图2是沿图1中所示的X轴和Y轴的纵截面。图3是示出在沿图1中所示的X轴和Y轴的纵截面中出现的寄生电容方面的模拟图像。图4是作为图1中所示的单位单元的一部分生成的寄生电容的区的放大视图。图1至图4中所示的功率半导体器件具有在绝缘双极型晶体管(IGBT)的有源结构中的闭合单元结构。限定闭合单元结构中的单位单元的区可以根据参考点而变化。如果单位单元限定在发射极68周围，则形成在单位单元中的沟槽栅极50具有闭合方形形状，并且形成在一个单位单元中的沟槽栅极和形成在与该单位单元相邻的另一单位单元中的沟槽栅极是单独设置的而不连接。根据本专利技术的比较例的功率半导体器件100包括分别布置在衬底1中的彼此间隔开的第一沟槽20a和第二沟槽20b中的一对栅极电极50a和50b。这里，衬底1可以理解为意指晶片和在晶片上外延生长的外延层。根据本专利技术的比较例的功率半导体器件100包括布置在衬底1中在第一沟槽20a与第二沟槽20b之间的第一导电类型的体区42、以及第二导电类型的一对源极区44a和44b，这些源极区在第一导电类型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，包括：/n第一沟槽栅极和第二沟槽栅极，所述第一沟槽栅极和第二沟槽栅极在衬底中在一个方向上呈带状形状平行地延伸并且彼此间隔开；/n第三沟槽栅极，在所述衬底中在与所述第一沟槽栅极和所述第二沟槽栅极之间的所述一个方向不同的方向上呈梯状形状延伸；/n第一导电类型的体区，分别布置在所述衬底中在所述第一沟槽栅极、所述第二沟槽栅极与所述第三沟槽栅极之间；/n一对第一导电类型的浮动第一区，在所述衬底中围绕所述第一沟槽栅极和所述第二沟槽栅极的每个底表面和至少一侧；/n第一导电类型的浮动第二区，在所述衬底中围绕所述第三沟槽栅极的底表面；/n发射极，布置在所述衬底的上表面上并且与所述第一导电类型的体区接触；以及/n集电极，布置在所述衬底的底表面上。/n

【技术特征摘要】
20180621 KR 10-2018-00716181.一种功率半导体器件，包括：
第一沟槽栅极和第二沟槽栅极，所述第一沟槽栅极和第二沟槽栅极在衬底中在一个方向上呈带状形状平行地延伸并且彼此间隔开；
第三沟槽栅极，在所述衬底中在与所述第一沟槽栅极和所述第二沟槽栅极之间的所述一个方向不同的方向上呈梯状形状延伸；
第一导电类型的体区，分别布置在所述衬底中在所述第一沟槽栅极、所述第二沟槽栅极与所述第三沟槽栅极之间；
一对第一导电类型的浮动第一区，在所述衬底中围绕所述第一沟槽栅极和所述第二沟槽栅极的每个底表面和至少一侧；
第一导电类型的浮动第二区，在所述衬底中围绕所述第三沟槽栅极的底表面；
发射极，布置在所述衬底的上表面上并且与所述第一导电类型的体区接触；以及
集电极，布置在所述衬底的底表面上。


2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中，构成一个单位单元的第一沟槽栅极和第二沟槽栅极连接到构成与所述一个单位单元直接相邻而不彼此分离的另一个单位单元的第一沟槽栅极和第二沟槽栅极。


3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其中，在彼此相邻的串联布置的多个单位单元中，所述第一沟槽栅极连接为一体并且跨多个所述单位单元设置，所述第二沟槽栅极连接为一体并且跨多个所述单位单元设置，并且所述第三沟槽栅极被设置为连接所述第一沟槽栅极之一和所述第二沟槽栅极之一并在所述第一沟槽栅极之一与所述第二沟槽栅极之一之间彼此间隔开的多个沟槽栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珠焕，朴泰泳，禹赫，姜旻岐，金莹俊，金台烨，尹成晥，赵善衡，河定穆，
申请(专利权)人：奥特润株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR