一種采用溝槽場效應實現(xiàn)自適應場截止技術(shù)的器件結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及半導體器件領(lǐng)域，具體為一種采用溝槽場效應實現(xiàn)自適應場截止 技術(shù)的器件結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在功率半導體器件發(fā)展的過程中，為了在更薄的芯片上實現(xiàn)更高的耐壓而引入了 場截止技術(shù)。場截止通常以高濃度摻雜的形式來實現(xiàn)，使得耗盡區(qū)的邊界到達場截止層后 電場迅速衰減至零，從而避免耗盡區(qū)穿通導致?lián)舸?。場截止技術(shù)常見于二極管、三極管、MOS 管以及絕緣柵雙極型晶體管等。
[0003] 根據(jù)靜電場泊松方程
[0004]
[0005] _為電勢，I為電荷密度，％為真空介電常數(shù)，各為相對介電常數(shù)。
[0006] 電場強度隨電荷濃度的增加而衰減，因此某個區(qū)域的電荷濃度增加，就能加快電 場在該區(qū)域的衰減速度。傳統(tǒng)提高電荷濃度的方法是提高摻雜濃度，而摻雜通常通過擴散 或者注入加高溫來實現(xiàn)。這種方法存在兩個缺點，一是擴散深度有限，二是含高溫過程。如 磷在硅中擴散7微米，約需要在1150攝氏度的高溫下擴散400分鐘，這對器件的其他結(jié)構(gòu) 會產(chǎn)生嚴重的影響，并且對工藝產(chǎn)生很大的限制。
[0007] 半導體應用至今，許多專家和學者均致力于改善上述問題，通過不同的雜質(zhì)選擇， 在更低的溫度下實現(xiàn)更深的高濃度摻雜，如在η型硅中選擇硒代替磷元素作為η型摻雜，因 為硒比磷具有更大的擴散系數(shù)；又如利用質(zhì)子注入，因為質(zhì)子質(zhì)量小，注入深度更大等。但 上述方法始終沒能擺脫摻雜的方法，并未從根本上解決問題。
[0008] 現(xiàn)有專利如專利申請?zhí)枮?01010164106. 7,申請日為2010-05-06,名稱為"一種 具有場截止構(gòu)造的非穿通型深溝槽IGBT及其制造方法"的發(fā)明專利，其技術(shù)方案如下：本 發(fā)明公開了一種具有場截止構(gòu)造的非穿通型深溝槽IGBT及其制造方法。該IGBT等效為一 個NMOS場效應管驅(qū)動一個PNP雙極晶體管，或者一個PMOS場效應管驅(qū)動一個NPN雙極晶 體管。該發(fā)明中的NMOS管或者PMOS管通過深溝槽工藝實現(xiàn)了垂直柵和垂直溝道，并采用 高耐壓溝槽柵工藝技術(shù)；NMOS管或者PMOS管、PNP管或者NPN管直接做在拋光硅片上，形成 非穿通型的IGBT結(jié)構(gòu)；PNP管或者NPN管的基區(qū)靠近集電區(qū)的部位通過離子注入或者擴散 形成一個與基區(qū)具有相同摻雜類型，比基區(qū)有更高摻雜濃度的場截止層。
[0009] 上述對比文件中的場截止方法使用的是傳統(tǒng)的摻雜方法，即通過離子注入或擴散 的方式引入場截止層。上文中我們已經(jīng)提到這種傳統(tǒng)方法存在兩個缺點，一是擴散深度有 限，二是含高溫過程。如磷在硅中擴散7微米，約需要在1150攝氏度的高溫下擴散400分 鐘，這對器件的其他結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生嚴重的影響，并且對工藝產(chǎn)生很大的限制。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 為了解決上述問題，本實用新型提出一種采用溝槽場效應實現(xiàn)自適應場截止技術(shù) 的器件結(jié)構(gòu)。
[0011] 為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型的具體方案如下：
[0012] -種采用溝槽場效應實現(xiàn)自適應場截止技術(shù)的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括金屬 導電層，所述金屬導電層的一側(cè)設(shè)置有襯底，所述襯底上設(shè)置有多個溝槽，所述襯底的一側(cè) 設(shè)置有耗盡區(qū)，所述耗盡區(qū)一側(cè)設(shè)置有電位Vl，溝槽一側(cè)的金屬導電層上設(shè)置有電位V2 ; 各溝槽內(nèi)設(shè)置有溝槽導電填充物，在所述溝槽的側(cè)壁和溝槽底部設(shè)置有絕緣層，各溝槽之 間形成相互連接的感應電荷濃度增強區(qū)。
[0013] 所述襯底包括硅、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵或金剛石，所述襯底的導電類型為P型 或者N型。
[0014] 所述金屬導電層包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金。
[0015] 所述溝槽導電填充物包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金。
[0016] 所述絕緣層包括氧化硅、氮化硅、氧化鉭或氧化鋯。
[0017] 所述耗盡區(qū)為PN結(jié)或者肖特基結(jié)。
[0018] 所述襯底為N型材料，所述電位V2>電位VI。
[0019] 所述襯底為P型材料，所述電位V2〈電位VI。
[0020] 各感應電荷濃度增強區(qū)的寬度全部相同、部分相同或全部不同。
[0021] 所述溝槽的截面為梯形或矩形，溝槽底部為直線或弧線，溝槽開口寬度為 0· 5um_3um，溝槽底部寬度為0· 5um_3um，溝槽間隔為0· 5um_l. 5um，溝槽深度為2um_20um。
[0022] 本實用新型的優(yōu)點在于：
[0023] 1、本實用新型的場截止技術(shù)是一種全新的機制，不同于現(xiàn)有常規(guī)場截止技術(shù)。本 實用新型是通過器件結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)場截止的，徹底擺脫了現(xiàn)有技術(shù)所采用的摻雜方法所 固有的擴散深度有限、高溫過程影響器件其他結(jié)構(gòu)以及工藝受限等缺點。并且本實用新型 中所述的場截止功能是通過溝槽的場效應來實現(xiàn)的，該效應具有隨電場增強而增強的自適 應特性。
[0024] 2、針對【背景技術(shù)】中專利文件而言，本實用新型采用的是一種利用溝槽場效應實現(xiàn) 的自適應場截止技術(shù)，即不需要摻雜過程，只需要在器件背面制作溝槽即可引入場截止層。 這種方法避免了傳統(tǒng)摻雜方法的上述固有缺陷，且工藝與傳統(tǒng)溝槽型IGBT的正面工藝一 致，并不需要引入新工藝。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本實用新型的基本結(jié)構(gòu)圖，其中溝槽間距相同。
[0026] 圖2為本實用新型的基本結(jié)構(gòu)圖，其中溝槽間距不完全相同。
[0027] 圖3為溝槽截面形貌示意圖。
[0028] 圖4為溝槽之間的載流子濃度分布示意圖。
[0029] 圖5為本實用新型所述場截止技術(shù)的場截止效果示意圖。
[0030] 圖6為實施例8的結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 附圖中：100是襯底，101是金屬導電層，102是溝槽導電填充物，103是絕緣層，104 是感應電荷濃度增強區(qū)，105是耗盡區(qū)，1031是溝槽底部。
【具體實施方式】
[0032] 實施例1
[0033] -種采用溝槽場效應實現(xiàn)自適應場截止技術(shù)的器件結(jié)構(gòu)包括金屬導電層101，所 述金屬導電層101的一側(cè)設(shè)置有襯底100,所述襯底100上設(shè)置有多個溝槽，所述襯底100 的一側(cè)設(shè)置有耗盡區(qū)105,所述耗盡區(qū)105 -側(cè)設(shè)置有電位VI，溝槽一側(cè)的金屬導電層101 上設(shè)置有電位V2 ;各溝槽內(nèi)設(shè)置有溝槽導電填充物102,在所述溝槽的側(cè)壁和底部1031設(shè) 置有絕緣層103,各溝槽之間形成相互連接的感應電荷濃度增強區(qū)104。各感應電荷濃度增 強區(qū)104各感應電荷濃度增強區(qū)104的寬度分別為al、a2、-san,其中η代表感應電荷濃 度增強區(qū)104的數(shù)量。相互連接的感應電荷濃度增強區(qū)104是指各感應電荷濃度增強區(qū) 104的一端相互連通。
[0034] 本實用新型的場截止技術(shù)是一種全新的機制，不同于現(xiàn)有常規(guī)場截止技術(shù)。本實 用新型是通過器件結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)場截止的，徹底擺脫了現(xiàn)有技術(shù)所采用的摻雜方法所固 有的擴散深度有限、高溫過程影響器件其他結(jié)構(gòu)以及工藝受限等缺點。并且本實用新型中 所述的場截止功能是通過溝槽的場效應來實現(xiàn)的，該效應具有隨電場增強而增強的自適應 特性。
[0035] 實施例2
[0036] -種采用溝槽場效應實現(xiàn)自適應場截止技術(shù)的器件結(jié)構(gòu)包括金屬導電層101，所 述金屬導電層101的一側(cè)設(shè)置有襯底100,所述襯底100上設(shè)置有多個溝槽，所述襯底100 的一側(cè)設(shè)置有耗盡區(qū)105,所述耗盡區(qū)105 -側(cè)設(shè)置有電位VI，溝槽一側(cè)的金屬導電層101 上設(shè)置有電位V2 ;各溝槽內(nèi)設(shè)置有溝槽導電填充物102,在所述溝槽側(cè)壁和溝槽底部1031 設(shè)置有絕緣層103,各溝槽之間形成相互連接的感應電荷濃度增強區(qū)104,各感應電荷濃度 增強區(qū)104的寬度分別為al、a2、…、an，其中η代表感應電荷濃度增強區(qū)104的數(shù)量。
[0037] 襯底100包括硅、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵或金剛石，所述襯底100的導電類型為P 型或者N型。
[0038] 金屬導電層101包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金，這里的合金具體 是指以上述材料為基的合金。
[0039] 所述溝槽導電填充物102包括多晶硅、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鉬、金或其合金，這里的