具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體器件領域，具體為具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件。
【背景技術】
[0002]絕緣棚■雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是電壓控制型功率器件的一種，具有高耐壓、低導通壓降、低開關損耗及高工作頻率等優點，廣泛應用于工業、信息、新能源、醫學、交通、軍事和航空領域。
[0003]為了在更薄的芯片上實現更高的耐壓，場截止型IGBT (Field stop IGBT,FS-1GBT)應運而生。它利用N型場截止層使得電場分布由三角形分布轉為類梯形分布，減小了器件的厚度，大幅降低了器件的導通壓降和損耗。傳統的FS-1GBT的場截止層是通過在器件襯底的背面進行高濃度摻雜來實現的。這種摻雜過程通常通過擴散或者注入加高溫來實現。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，這對器件的其他結構會產生嚴重的影響，并且對工藝產生很大的限制。
[0004]許多專家和學者均致力于改善上述問題，通過不同的雜質選擇，在更低的溫度下實現更深的高濃度摻雜，如在η型硅中選擇砸代替磷元素作為η型摻雜，因為砸比磷具有更大的擴散系數；又如利用質子注入，因為質子質量小，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。
[0005]現有專利號申請號為CN201310534273.X，公開日為2015.05.06，名稱為“場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法”的發明專利，其技術方案為:提供N型襯底作為場截止層；將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區；在所述漂移區內和所述漂移區上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結構；將所述襯底的背面減薄；在所述襯底的背面注入P型雜質，并進行退火處理；進行背面金屬化處理形成背面金屬集電極。
[0006]上述專利提出了一種不同于傳統摻雜法的場截止層制作方案，直接由襯底材料作為場截止層，不需要通過注入推阱的方式獲得場截止層，避免了摻雜法中高溫過程對正面結構的影響。但是，這種方案需要外延技術制備N型漂移區，在需要耐壓繼續增大時，外延就需要繼續加厚，材料成本大幅度增加。
【實用新型內容】
[0007]針對上述問題，本實用新型提出一種不需要傳統的摻雜方法，也不涉及外延技術，僅通過結構設計即可形成場截止層的具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件。
[0008]本實用新型的具體方案如下:
[0009]具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件，其特征在于:包括金屬導電層，所述金屬導電層的一側設置有襯底，所述襯底上設置有多個溝槽，所述襯底的一側設置有電壓控制型功率器件的正面結構，溝槽一側的金屬導電層上設置有電位V端；所述金屬導電層與襯底之間還有背面重摻雜區，各溝槽內設置有溝槽導電填充物，在所述溝槽的側壁和溝槽底部設置有絕緣層，利用溝槽將器件背面電勢引入器件內部，在溝槽之間形成相互連接的感應電荷濃度增強區。各感應電荷濃度增強區的寬度分別為al、a2、…、an，其中η代表感應電荷濃度增強區的數量。相互連接的感應電荷濃度增強區是指各感應電荷濃度增強區的一端相互連通。
[0010]所述電壓控制型功率器件的正面結構包括IGBT或VDM0S。具體指的是本專利所述電壓控制型功率器件可以是IGBT，也可以是VDMOS (垂直雙擴散MOS，vertical doublediffused MOS)ο這兩種器件的正面結構中都包含有柵極，且二者的柵極均可以采用平面柵結構，也可以采用溝槽柵結構。采用平面柵結構的IGBT稱為平面柵IGBT，采用溝槽柵結構的IGBT稱為溝槽柵IGBT。同樣，采用平面柵結構的VDMOS稱為平面柵VDM0S，采用溝槽柵結構的VDMOS稱為溝槽柵VDMOS。
[0011 ] 所述電位V端為背面電極，襯底為N型時，電位V端加正偏壓；襯底為P型時，電位V端加負偏壓。
[0012]電壓控制型功率器件為IGBT時，電位V端稱為集電極，電壓控制型功率器件為VDMOS時，電位V端稱為漏極。
[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。這里的合金具體是指以上述材料為基的合金。
[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。這里的合金具體是指以上述材料為基的合金。
[0016]所述絕緣層包括氧化硅、氮化硅、氧化鉭或氧化鋯。
[0017]當器件為N型襯底的IGBT時，背面重摻雜區為P型摻雜，為P型襯底的IGBT時，背面重摻雜區為N型摻雜；當器件為N型襯底的VDMOS時，背面重摻雜區為N型摻雜，為P型襯底的VDMOS時，背面重摻雜區為P型摻雜。
[0018]各感應電荷濃度增強區的寬度全部相同、部分相同或全部不同。各溝槽之間的間距即為感應電荷濃度增強區的寬度。
[0019]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。
[0020]本實用新型的優點在于:
[0021]1、本實用新型完全通過器件結構設計來實現場截止，徹底擺脫了現有技術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構以及工藝受限等缺點。
[0022]2、本實用新型所述器件的背面工藝與溝槽柵結構的功率器件的正面工藝一致，與現行IGBT和MOS工藝兼容，不涉及外延技術，成本較低。
[0023]3、本實用新型中所述器件的場截止功能是通過溝槽的場效應來實現的，因此該效應具有隨電場增強而增強的自適應特性。
【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1的結構圖，具有自適應場截止層的平面柵IGBT。
[0025]圖2為實施例2的結構圖，具有自適應場截止層的平面柵VDMOS。
[0026]圖3為場截止層中溝槽截面形貌示意圖。
[0027]圖4為場截止層中溝槽之間的載流子濃度分布示意圖。
[0028]圖5為實施例3的結構圖，具有自適應場截止層的溝槽柵IGBT。
[0029]圖6為實施例3的電場變化圖。
[0030]圖7是實施例4的結構圖，襯底為P型的具有自適應場截止層的溝槽柵IGBT。
[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，105是電壓控制型功率器件的正面結構，106是背面重摻雜區，1031是溝槽底部。
【具體實施方式】
[0032]實施例1
[0033]具有自適應性的場截止電壓控制型功率器件，其特征在于:包括金屬導電層101，所述金屬導電層101的一側設置有襯底100，所述襯底100上設置有多個溝槽，所述襯底100的一側設置有電壓控制型功率器件的正面結構105，溝槽一側的金屬導