功率器件及其制备方法、功率模块和车辆技术

本发明专利技术公开一种功率器件及其制备方法、功率模块和车辆，功率器件包括：第一导电类型的漂移层；在漂移层的正面沿垂直于漂移层的方向依次设置有第二导电类型的阱区、第一导电类型的源区和第一发射极，在漂移层的背面至少设置有集电极；至少一个沟槽结构，每个沟槽结构包括沟槽，沟槽贯穿源区和阱区且沟槽的槽底延伸至漂移层，沟槽内填设有沿沟槽深度方向延伸且沿沟槽宽度方向排布的栅极和第二发射极，第二发射极与第一发射极连接。本发明专利技术的功率器件，能优化功率器件开关时栅极的震荡问题，提高器件稳定性。件稳定性。件稳定性。

【技术实现步骤摘要】
其中，每个所述长沟槽组包括两个相邻设置的长沟槽，所述长沟槽的深度大于所述短沟 槽的深度。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，两个相邻设置的所述长沟槽之间的所述阱区的深度大于 所述长沟槽与所述短沟槽之间阱区的深度并且大于两个相邻的所述短沟槽之间所述阱 区的深度。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述栅极与所述第一发射极之间设置有第一绝缘层；所 述第一绝缘层还覆盖相邻两个所述长沟槽之间的所述阱区以形成浮空区。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述短沟槽深度S1的取值为2.5um≤S1≤5.5um，所述 长沟槽深度S2的取值为3.5um≤S2≤6.5um，沟槽宽度H的取值为1um≤H≤3um，槽间 距K的取值为1um≤K≤8um。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述栅极包括多个子栅极，所述第二发射极包括多个子 发射极，多个所述子栅极与多个所述子发射极沿所在沟槽的所述沟槽宽度方向交错排 布。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述栅极包括第一子栅极和第二子栅极，所述第二发射 极设置在所述第一子栅极与所述第二子栅极之间。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述栅极与所述第二发射极之间具有第二绝缘层。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述沟槽的内表面与所填设的所述栅极、所述第二发射 极之间具有第三绝缘层。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，相邻两个所述沟槽结构之间设置有接触孔，所述接触孔 穿过所述第一绝缘层和所述源区且延伸至所述阱区，所述第一发射极通过所述接触孔与 所述源区和所述阱区接触。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述栅极的沿所述沟槽宽度的方向延伸宽度与所述第二 发射极的沿所述沟槽宽度方向的延伸宽度相等或者不相等。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述沟槽为矩形槽、梯形槽、U型槽和异形槽中至少一 种，所述栅极和所述第二发射极与所述沟槽的形状适配设置。
[0021]为了达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出的功率模块，包括至少一个如第一 方面实施例中的任一项所述的功率器件。
[0022]根据本专利技术实施例提出的功率模块，采用至少一个如上面任一项实施例的功率器件， 通过在功率器件中设置包含有栅极和部分发射极双电极的沟槽结构，能实现对栅极振荡 的抑制。提升功率模块的短路能力，进而能够保证车辆运行稳定性和安全性。此外，在 生产功率器件时，其中的沟槽结构能实现电子的单边注入，可以大大降低沟槽的密度， 降低饱和电流密度，实现更加安全的短路安全工作区。
[0023]为了达到上述目的，本专利技术第三方面实施例提出一种车辆，包括控制器和上面第二 方面实施例所述的功率模块，所述功率模块与所述控制器连接。
[0024]根据本专利技术实施例的车辆，采用控制器控制功率模块的工作状态，功率模块中的功 率器件设置包含有栅极和部分发射极双电极的沟槽结构，能实现对栅极振荡的抑制，提 升中设置功率模块的短路能力，进而能够保证车辆运行稳定性和安全性。
[0025]为了达到上述目的，本专利技术第四方面实施例还提出一种功率器件的制备方法，其中， 功率器件的制备方法包括：提供第一导电类型的衬底以形成漂移层；在所述漂移层的
正 面选择性刻蚀以形成至少一个沟槽，在每个沟槽的内表面形成第三绝缘层以及沉积栅极 材料；选择性刻蚀掉所述沟槽内设定宽度的栅极材料以形成栅极，在刻蚀掉栅极材料的 沟槽内沉积第二绝缘材料，并选择性刻蚀部分第二绝缘材料以形成第二绝缘层；在所述 漂移层上所述沟槽外区域选择性地进行离子注入以形成第二导电类型的阱区和第一导 电类型的源区；沉积第一绝缘材料并选择性地刻蚀以形成覆盖所述栅极的第一绝缘层； 向所述沟槽内沉积金属材料以形成第二发射极，以及沉积正面金属层以形成第一发射 极；在所述漂移层的背面至少制备集电极。
[0026]根据本专利技术实施例提出的功率器件的制备方法，通过在沟槽结构的沟槽中制备栅极 和第二发射极，且设置栅极和第二发射极沿沟槽宽度方向排布且沿沟槽深度方向延伸， 可以减小功率器件整体中的栅极的底部面积，进而减小整个功率器件的米勒电容。且第 二发射极与第一发射极连接以形成功率器件的正面的金属电极，还能增大栅极和功率器 件的正面的金属电极的正对面积，进而增大GE之间的寄生电容，且栅极和第二发射极 二者的协同作用能降低栅极短路时的电压峰值，实现对栅极振荡的抑制，提高器件稳定 性；此外，采用该设置有双电极的沟槽结构，还能实现电子的单边注入，既能大大降低 沟槽的密度，降低饱和电流密度，实现更加安全的短路安全运行区。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得 明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：
[0029]图1为根据本专利技术一个实施例的功率器件的示意图；
[0030]图2为根据本专利技术另一个实施例的功率器件的示意图；
[0031]图3为根据本专利技术又一个实施例的功率器件的示意图；
[0032]图4为根据本专利技术一个实施例的功率模块的框图；
[0033]图5为根据本专利技术一个实施例的车辆的框图；
[0034]图6为根据本专利技术一个实施例的功率器件的制备方法的流程图；
[0035]图7为根据本专利技术一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0036]图8为根据本专利技术另一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0037]图9为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0038]图10为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0039]图11为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0040]图12为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0041]图13为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0042]图14为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图；
[0043]图15为根据本专利技术又一个实施例的制备功率器件的示意图。
[0044]附图标记：
[0045]车辆1000；
[0046]功率模块100、控制器200；
梯形槽、U型槽和异形槽中至少一种，如图1中沟槽为U型槽，沟槽贯穿源区106和阱 区104且沟槽的槽底延伸至漂移层103。沟槽内填设有沿沟槽深度方向延伸且沿沟槽宽 度方向排布的栅极105和第二发射极110，栅极105和第二发射极110与沟槽的形状适 配设置，第二发射极110与第一发射极107的材质可以相同例如可以包括AlSi合金或 AlSiCu合金等，并且两者连接。
[0061]由上，本专利技术实施例中，在沟槽结构N的沟槽中设置栅极105和第二发射极110， 即在一个沟槽中设置双电极结构，设置栅极105和第二发射极110沿沟槽宽度方向排布 且沿沟槽深度方向延伸，相较于在沟槽结构N的沟槽中仅设置栅极105来说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率器件，其特征在于，包括：第一导电类型的漂移层；在所述漂移层的正面沿垂直于所述漂移层的方向依次设置有第二导电类型的阱区、第一导电类型的源区和第一发射极，在所述漂移层的背面至少设置有集电极；至少一个沟槽结构，每个所述沟槽结构包括沟槽，所述沟槽贯穿所述源区和所述阱区且所述沟槽的槽底延伸至所述漂移层，所述沟槽内填设有沿沟槽深度方向延伸且沿沟槽宽度方向排布的栅极和第二发射极，所述第二发射极与所述第一发射极连接。2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述至少一个沟槽结构为多个，多个所述沟槽结构包括多个短沟槽和至少一个长沟槽组，多个所述短沟槽与至少一个所述长沟槽组交错设置，其中，每个所述长沟槽组包括两个相邻设置的长沟槽，所述长沟槽的深度大于所述短沟槽的深度。3.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，两个相邻设置的所述长沟槽之间的所述阱区的深度大于所述长沟槽与所述短沟槽之间阱区的深度并且大于两个相邻的所述短沟槽之间所述阱区的深度。4.根据权利要求3所述的功率器件，其特征在于，所述栅极与所述第一发射极之间设置有第一绝缘层；所述第一绝缘层还覆盖相邻两个所述长沟槽之间的所述阱区以形成浮空区。5.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，所述短沟槽深度S1的取值为2.5um≤S1≤5.5um，所述长沟槽深度S2的取值为3.5um≤S2≤6.5um，沟槽宽度H的取值为1um≤H≤3um，槽间距K的取值为1um≤K≤8um。6.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述栅极包括多个子栅极，所述第二发射极包括多个子发射极，多个所述子栅极与多个所述子发射极沿所在沟槽的所述沟槽宽度方向交错排布。7.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述栅极包括第一子栅极和第二子栅极，所述第二发射极设置在所述第一子栅极与所述第二子栅极之间。8.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄宝伟，李庆丰，
申请(专利权)人：比亚迪半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：