功率半导体器件制造技术

公开了一种功率半导体器件，功率半导体器件的栅极导体分别位于沟槽上部的两侧，屏蔽导体位于栅极导体的下方区域，源极电极通过位于栅极导体之间的第二接触孔与屏蔽导体电连接，多个第二接触孔沿沟槽长度方向间隔设置，减小了屏蔽导体的寄生电阻，使得寄生电阻下降几十倍。倍。倍。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件


[0001]本技术涉及半导体制造
，特别涉及一种功率半导体器件。

技术介绍

[0002]功率半导体器件亦称为电力电子器件，包括功率二极管、晶闸管、VDMOS(Vertical double-diffused metal oxide semiconductor，垂直双扩散金属氧化物半导体)场效应晶体管、LDMOS(Laterally diffused metal oxide semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)场效应晶体管以及IGBT(Insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。VDMOS场效应晶体管包括在半导体衬底的相对表面上形成的源区和漏区，在导通状态下，电流主要沿着半导体衬底的纵向流动。
[0003]在功率半导体器件的高频运用中，更低的导通损耗和开关损耗是评价器件性能的重要指标。在VDMOS场效应晶体管的基础上，进一步发展了沟槽型MOS场效应晶体管，其中，在沟槽中形成栅极导体，在沟槽侧壁上形成栅极电介质以隔开栅极导体和半导体层，从而沿着沟槽侧壁的方向在半导体层中形成沟道。沟槽(Trench)工艺由于将沟道从水平变成垂直，消除了平面结构寄生JFET电阻的影响，使元胞尺寸大大缩小。在此基础上增加原胞密度，提高单位面积芯片内沟道的总宽度，就可以使得器件在单位硅片上的沟道宽长比增大从而使电流增大、导通电阻下降以及相关参数得到优化，实现了更小尺寸的管芯拥有更大功率和高性能的目标，因此沟槽工艺越来越多运用于新型功率半导体器件中。<br/>[0004]然而，随着单元密度的提高，极间电阻会加大，开关损耗相应增大，栅漏电容Cgd直接关系到器件的开关特性。为了减小栅漏电容Cgd，进一步发展了分裂栅沟槽(Split Gate Trench，缩写为SGT)型功率半导体器件，其中，栅极导体延伸到漂移区，同时栅极导体与漏极之间采用厚氧化物隔开，从而减少了栅漏电容Cgd，提高了开关速度，降低了开关损耗。与此同时，在栅极导体下方的屏蔽导体和与源极电极连接一起，共同接地，从而引入了电荷平衡效果，在功率半导体器件的垂直方向有了降低表面电场(Reduced Surface Field，缩写为RESURF)效应，进一步减少导通电阻Rdson，从而降低导通损耗。
[0005]图1示出现有技术中功率半导体器件的截面图。如图1所示，所述功率半导体器件包括半导体衬底101、位于所述半导体衬底101上的半导体层102和位于所述半导体层102中的沟槽103，其中，所述沟槽103包括位于沟槽下部侧壁上的屏蔽介质层104、位于沟槽下部的屏蔽导体105、位于沟槽上部的栅极导体106、位于沟槽上部侧壁上的栅介质层107以及位于所述屏蔽导体105和所述栅极导体106之间的隔离层108。所述功率半导体器件还包括位于半导体层102中邻近沟槽上部的体区109、位于体区109中的源区110、在体区109中进行浓度掺杂形成所述体区109的接触区111、覆盖所述半导体层102的覆盖介质层112、以及与所述接触区111连接的源极电极121。沟槽103通过体区109终止在漂移区中，漂移区指的是半导体衬底101和体区109之间的半导体层102。屏蔽导体105通过屏蔽介质层104和半导体层102隔开，栅极导体106通过栅介质层107与半导体层102隔开。屏蔽导体105和栅极导体106通过隔离层108隔开。屏蔽导体105通过屏蔽介质层104和漂移区构成电荷耦合结构，当功率
器件关断时，漂移区施加高电压，屏蔽导体施加低电压，在屏蔽介质层104的表面耦合出空穴，耗尽漂移区，承受高电压。通过提高承受的电压，可以增加了漂移区的浓度，降低导通电阻。
[0006]图2示出图1所示的功率半导体器件的版图示意图。其中，屏蔽导体105通过接触孔113引出，经引线与器件的源极电极121连接在一起；栅极导体106通过接触孔114(包括接触孔114a和114b)引出形成栅极电极。由于屏蔽导体105位于沟槽103的中下部，栅极导体106位于沟槽103的顶部。屏蔽导体105只在沟槽103的两端形成屏蔽导体105的引出。在一般的制造工艺中，屏蔽导体105都采用多晶硅淀积而成，在沟槽内屏蔽导体105的形状很窄。因此，在图2中，一个沟槽内屏蔽导体105的接触孔113a和113b之间会产生很大寄生电阻。功率器件在高速开关的过程中，寄生电阻会导致远离屏蔽导体引出位置的元胞有信号传输延迟，开关动作变慢。如果此时功率器件承受高压，就会出现瞬间大电流，额外增加功率器件的功耗。同时，高压会引起动态的雪崩击穿，会影响功率器件长久使用的可靠性。
[0007]为了解决器件在高速开关应用中出现元胞开关动作不同步，从而带来的可靠性风险。在沟槽103中，调整了屏蔽导体105和栅极导体106的位置，屏蔽导体105位于沟槽的中部，而栅极导体106位于沟槽上部的左右两侧，如图3所示。这种结构可以直接在屏蔽导体105的顶部形成屏蔽电极122，屏蔽导体可以在整个沟槽内直接和源极金属连接，极大的降低了屏蔽导体105的寄生电阻。但是这种结构也带来了问题，屏蔽导体105和栅极导体106在水平方向上通过介质层绝缘，两者有较大的交叠面积，产生了寄生电容。由于屏蔽导体和源极连接，这部分寄生电容成为了输入电容的一部分。当功率器件开通和关断的时候，需要对这部分额外电容充放电，产生了额外的损耗。
[0008]随着电源工作频率越来越高，器件损耗大小和工作频率成正比，需要考虑在保证可靠性的情况下，减小损耗。

技术实现思路

[0009]鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种功率半导体器件。
[0010]根据本技术提供的一种功率半导体器件，包括：衬底；位于所述衬底上的半导体层；位于半导体层中的多个沟槽；位于半导体层中的体区，所述体区邻近所述多个沟槽上部；位于所述体区中的源区；位于所述多个沟槽内的屏蔽介质层，其中，所述屏蔽介质层覆盖所述沟槽下部的侧壁和底部；位于所述沟槽内上部两侧的栅极导体；屏蔽导体，所述屏蔽导体从所述沟槽底部延伸至所述栅极导体的下方区域；栅极电极，与所述栅极导体电连接；源极电极，与所述源区电连接；其中，所述栅极导体与所述体区之间由栅介质层隔开；所述屏蔽导体与所述半导体层之间由屏蔽介质层隔开；所述沟槽上部两侧的栅极导体由隔离层隔开；所述源极电极还与部分所述屏蔽导体电连接。
[0011]优选地，所述功率半导体器件，其特征在于还包括：
[0012]第一接触孔，所述栅极电极通过所述第一接触孔与所述栅极导体电连接；
[0013]第二接触孔，所述源极电极通过所述第二接触孔与所述屏蔽导体电连接；
[0014]第三接触孔，所述源极电极通过所述第三接触孔与所述源区电连接。
[0015]优选地，所述第二接触孔贯穿所述隔离层至部分所述屏蔽导体的顶部表面。
[0016]优选地，所述功率半导体器件包括沿沟槽长度方向划分的第一区域和多个交替的
第二区域和第三区域。
[0017]优选地，所述第一区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的半导体层；位于半导体层中的多个沟槽；位于半导体层中的体区，所述体区邻近所述多个沟槽上部；位于所述体区中的源区；位于所述多个沟槽内的屏蔽介质层，其中，所述屏蔽介质层覆盖所述沟槽下部的侧壁和底部；位于所述沟槽内上部两侧的栅极导体；屏蔽导体，所述屏蔽导体从所述沟槽底部延伸至所述栅极导体的下方区域；栅极电极，与所述栅极导体电连接；源极电极，与所述源区电连接；其中，所述栅极导体与所述体区之间由栅介质层隔开；所述屏蔽导体与所述半导体层之间由屏蔽介质层隔开；所述沟槽上部两侧的栅极导体由隔离层隔开；所述源极电极还与部分所述屏蔽导体电连接。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，还包括：第一接触孔，所述栅极电极通过所述第一接触孔与所述栅极导体电连接；第二接触孔，所述源极电极通过所述第二接触孔与所述屏蔽导体电连接；第三接触孔，所述源极电极通过所述第三接触孔与所述源区电连接。3.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二接触孔贯穿所述隔离层至部分所述屏蔽导体的顶部表面。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件包括沿沟槽长度方向划分的第一区域和多个交替的第二区域和第三区域。5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一区域包括位于第一区域中的第一接触孔，所述第一区域的所述屏蔽导体不与所述源极电极连接。6.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第二区域包括位于第二区域中的第二接触孔，所述第二接触孔贯穿所述隔离层至部分所述屏蔽导体的顶部表面，所述源极电极通过所述第二接触孔与所述屏蔽导体电连接，还包括位于所述第二区域和第三区域中的第三接触孔，其中，所述源极电极通过第三接触孔与所述源区电连接。7.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第三区域包括位于所述第二区域和第三区域中的第三接触孔，其中，所述源极电极通过第三接触孔与所述源区电连接，所述第三区域的所述屏蔽导体不与所述源极电极连接。8.根据权利要求6所述的功率半导体器件，其特征在于，沿所述沟槽长度方向，所述多个第二接触孔之间的间隔距离为20um～500um。9.根据权利要求1-7中任一项所述的功率半导体器件，其特征在于，所述屏蔽介质层的厚度为1000埃～20000埃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张邵华，郭广兴，杨彦涛，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：