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一种实现功率 半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构

阅读：1发布：2021-04-12

专利汇可以提供一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及半导体制造领域，特别是一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其包括多个并排分布的元胞单元，每个元胞单元包括栅极沟槽，所述栅极沟槽的两端连接有隔断沟槽，两个隔断沟槽之间与栅极沟槽构成封闭的浮空区，所述浮空区内设置有重掺杂的浮空P阱。使浮空区封闭在沟槽之内，实现浮空区的绝对浮空。本申请实现器件浮空区的绝对浮空，避免引起输出曲线振荡，提高器件的可靠性，可以有效节约芯片面积，同时可以有效降低功率半导体器件电路的EMI噪声问题。，下面是一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：包括多个并排分布的元胞单元，每个元胞单元包括栅极沟槽，所述栅极沟槽的两端连接有隔断沟槽（7），两个隔断沟槽（7）之间与栅极沟槽构成封闭的浮空区，所述浮空区内设置有重掺杂的浮空P阱（4）。
2.根据权利要求1所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：所述隔断沟槽（7）与端部的栅极沟槽之间设置有空穴收集孔（6）。
3.根据权利要求1所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：相邻的元胞单元之间为重掺杂的N阱（1），所述重掺杂的N阱（1）上设置有发射极接触孔（2）。
4.根据权利要求3所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：所述重掺杂的N阱（1）完全覆盖栅极沟槽，重掺杂的N阱（1）盖过栅极沟槽宽度为0.6um-1.4um。
5.根据权利要求3所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：所述发射极接触孔（2）的宽度为0.4um-4um。
6.根据权利要求1所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：所述栅极沟槽和隔断沟槽（7）为多晶硅或金属。
7.根据权利要求3所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：所述栅极沟槽包括横向直线型沟槽和半圆弧形沟槽，横向直线型沟槽的两端均与半圆弧形沟槽相连，靠近重掺杂的N阱（1）与发射极接触孔（2）一侧的沟槽侧壁形成沟道电流。
8.根据权利要求1所述的一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：所述重掺杂的浮空P阱（4）为硼注入窗口，重掺杂的浮空P阱（4）与栅极沟槽上下两侧相距均为0.2um-10um。

说明书全文

一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构

技术领域

[0001] 本申请涉及半导体制造领域，特别是一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构。

背景技术

[0002] 功率半导体器件（绝缘栅双极型晶体管）常采用沟槽型栅极结构，现有技术为降低器件的导通压降，多采取载流子增强技术，即增加器件的浮空区域。器件浮空区的空穴沿沟槽方向移动并从发射极处排出会造成浮空区电势的升高，而浮空区电势快速升高会造成栅极与发射极间的负电容Cneg增大，负电容Cneg的增大会导致在器件开启过程中dvce/dt的不可控，输出曲线振荡，从而造成功率半导体器件电路的EMI噪声。

[0003] 现有技术针对输出曲线振荡的问题，基本思路是提高发射极与浮空区之间的电阻即Rfloat ，增大空穴沿沟槽方向移动并从发射极处排出的难度，但现有技术实现绝对浮空的版图布局主要是在元胞区的外围形成一圈沟槽，这样又会带来芯片面积浪费及功率半导体器件电路带来的EMI噪声问题。发明内容

[0004] 为了克服现有技术中功率半导体器件器件元胞浮空区的空穴沿沟槽方向移动会引起输出曲线振荡的问题，现在提出一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构。

[0005] 为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：

[0006] 一种实现功率半导体器件元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：包括多个并排分布的元胞单元，每个元胞单元包括栅极沟槽，所述栅极沟槽的两端连接有隔断沟槽，两个隔断沟槽之间与栅极沟槽构成封闭的浮空区，所述浮空区内设置有重掺杂的浮空P阱。使浮空区封闭在沟槽之内，实现浮空区的绝对浮空。

[0007] 所述隔断沟槽与端部的栅极沟槽之间设置有空穴收集孔。

[0008] 所述相邻的元胞单元之间为重掺杂的N阱，所述重掺杂的N阱上设置有发射极接触孔。

[0009] 所述重掺杂的N阱完全覆盖栅极沟槽，重掺杂的N阱盖过栅极沟槽宽度为0.6um-1.4um。

[0010] 所述发射极接触孔的宽度为0.4um-4um。

[0011] 所述栅极沟槽和隔断沟槽为多晶硅或金属。

[0012] 所述栅极沟槽包括横向直线型沟槽和半圆弧形沟槽，横向直线型沟槽的两端均与半圆弧形沟槽相连，靠近重掺杂的N阱与发射极接触孔一侧的沟槽侧壁形成沟道电流。靠近浮空区一侧的沟槽侧壁不能形成有效沟道。

[0013] 所述重掺杂的浮空P阱为硼注入窗口，重掺杂的浮空P阱与栅极沟槽上下两侧相距均为0.2um-10um。

[0014] 本申请的优点为：

[0015] 本申请实现器件浮空区的绝对浮空，避免引起输出曲线振荡，提高器件的可靠性，可以有效节约芯片面积，同时可以有效降低功率半导体器件电路的EMI噪声问题。 [0016] 具体而言，本申请避免引起dvce/dt的不可控，输出曲线振荡以及降低功率半导体器件电路的EMI噪声的问题，提高器件的可靠性。这是因为隔断沟槽的存在增大浮空区的空穴延沟槽方向移动并从发射极排出的难度，使发射极与浮空区之间的电阻，即Rfloat无穷大，抑制了浮空区电势因空穴排出而升高。此外，因浮空区电势快速升高会造成栅极与发射极之间的负电容Cneg增大，而栅极与发射极之间的负电容Cneg增大会加剧输出曲线的振荡现象，因此通过隔断沟槽实现浮空区的绝对浮空可有效避免在开启过程中器件dvce/dt的不可控，输出曲线振荡，从而造成功率半导体器件电路的EMI噪声。附图说明

[0017] 附图1为传统的条形沟槽版图结构。

[0018] 附图2为传统的版图结构AA’处截面示意图。

[0019] 附图3为本实用新型的沟槽版图结构。

[0020] 附图4为本实用新型的版图结构BB’处截面示意图。

[0021] 图中： 1-重掺杂的N阱，2-发射极接触孔，3-为栅极沟槽，4-重掺杂的浮空P阱，5-栅极跑道，6-空穴收集孔，7-隔断沟槽。

具体实施方式

[0022] 实施例1

[0023] 一种实现功率半导体器件IGBT元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构包括多个并排分布的元胞单元，每个元胞单元包括栅极沟槽，所述栅极沟槽的两端连接有隔断沟槽7，两个隔断沟槽7之间与栅极沟槽构成封闭的浮空区，所述浮空区内设置有重掺杂的浮空P阱4。使浮空区封闭在沟槽之内，实现浮空区的绝对浮空。本申请实现器件浮空区的绝对浮空，避免引起输出曲线振荡，提高器件的可靠性，可以有效节约芯片面积，同时可以有效降低功率半导体器件电路的EMI噪声问题。

[0024] 实施例2

[0025] 一种实现功率半导体器件IGBT元胞区绝对浮空的沟槽隔断结构，其特征在于：包括多个并排分布的元胞单元，每个元胞单元包括栅极沟槽，所述栅极沟槽的两端连接有隔断沟槽7，两个隔断沟槽7之间与栅极沟槽构成封闭的浮空区，所述浮空区内设置有重掺杂的浮空P阱4。使浮空区封闭在沟槽之内，实现浮空区的绝对浮空。

[0026] 所述隔断沟槽7与端部的栅极沟槽之间设置有空穴收集孔6。

[0027] 所述相邻的元胞单元之间为重掺杂的N阱1，所述重掺杂的N阱1上设置有发射极接触孔2。

[0028] 所述重掺杂的N阱1完全覆盖栅极沟槽，重掺杂的N阱1盖过栅极沟槽宽度为0.6um-1.4um。

[0029] 所述发射极接触孔2的宽度为0.4um-4um。

[0030] 所述栅极沟槽和隔断沟槽7为多晶硅或金属。

[0031] 所述栅极沟槽包括横向直线型沟槽和半圆弧形沟槽，横向直线型沟槽的两端均与半圆弧形沟槽相连，靠近重掺杂的N阱1与发射极接触孔2一侧的沟槽侧壁形成沟道电流。靠近浮空区一侧的沟槽侧壁不能形成有效沟道。

[0032] 所述重掺杂的浮空P阱4为硼注入窗口，重掺杂的浮空P阱4与栅极沟槽上下两侧相距均为0.2um-10um。

[0033] 本申请实现器件浮空区的绝对浮空，避免引起输出曲线振荡，提高器件的可靠性，可以有效节约芯片面积，同时可以有效降低功率半导体器件电路的EMI噪声问题。

[0034] 具体而言，本申请避免引起dvce/dt的不可控，输出曲线振荡以及降低功率半导体器件电路的EMI噪声的问题，提高器件的可靠性。这是因为隔断沟槽7的存在增大浮空区的空穴延沟槽方向移动并从发射极排出的难度，使发射极与浮空区之间的电阻，即Rfloat无穷大，抑制了浮空区电势因空穴排出而升高。此外，因浮空区电势快速升高会造成栅极与发射极之间的负电容Cneg增大，而栅极与发射极之间的负电容Cneg增大会加剧输出曲线的振荡现象，因此通过隔断沟槽7实现浮空区的绝对浮空可有效避免在开启过程中器件dvce/dt的不可控，输出曲线振荡，从而造成功率半导体器件电路的EMI噪声。

[0035] 实施例3

[0036] 用于实现器件元胞浮空区绝对浮空的沟槽隔断结构，具体包括重掺杂的N阱1，发射极接触孔2，栅极沟槽3，重掺杂的浮空P阱 4，栅极跑道5，空穴收集孔6，以及隔断沟槽7。

[0037] 所述重掺杂的N阱1，发射极接触孔2与栅极沟槽3共同构成了器件的正面MOS结构。

[0038] 所述栅极沟槽3材质为多晶硅或金属，包括横向直线型沟槽和半圆弧形沟槽，横向直线型沟槽的两端均与半圆弧形沟槽相连。

[0039] 所述重掺杂的浮空P阱4为硼注入窗口，包括横向直线型区域和半圆弧形区域，横向直线型区域的两端均与半圆弧形区域相连。

[0040] 所述栅极跑道5材质为金属或多晶硅，与栅极沟槽3的半圆弧形沟槽相接触。

[0041] 所述空穴收集孔6置于隔断沟槽7与栅极沟槽3之间。

[0042] 所述隔断沟槽7材质为多晶硅或金属，将靠近浮空区的栅极沟槽3连接，使浮空区封闭在沟槽之内，实现浮空区的绝对浮空。

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