导电层101与衬底或衬底外延层100之间还有背面重掺杂区106，各沟槽内设置有沟槽导电填充物102，在沟槽侧壁和沟槽底部1031设置有绝缘层103，各沟槽之间形成感应电荷浓度增强区104。各感应电荷浓度增强区104的宽度分别为al、a2、…、an，其中η代表感应电荷浓度增强区104的数量。
[0059]电流控制型功率器件的正面结构105包括GTO、BJT、PN型二级管或肖特基二极管。
[0060]电位V端为背面电极。
[0061]衬底或衬底外延层100包括硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓或金刚石，所述衬底或衬底外延层100的导电类型为P型或者N型。金属导电层101包括多晶娃、招、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。这里的合金具体是指以上述材料为基的合金。沟槽导电填充物102包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。这里的合金具体是指以上述材料为基的合金。绝缘层103包括氧化硅、氮化硅、氧化钽或氧化锆。
[0062]所述衬底或衬底外延层100为N型的GT0，背面重掺杂区106为P型掺杂；所述衬底或衬底外延层100为P型的GT0，背面重掺杂区106为N型掺杂；所述衬底或衬底外延层100为N型的BJT，背面重掺杂区106为N型掺杂；所述衬底或衬底外延层100为P型的BJT，背面重掺杂区106为P型掺杂。
[0063]各感应电荷浓度增强区104的宽度全部相同、部分相同或全部不同。各沟槽之间的间距即为感应电荷浓度增强区104的宽度。
[0064]所述沟槽的截面为梯形，沟槽底部1031为直线或弧线，沟槽开口宽度为1.6um，沟槽底部1031宽度为1.0um，沟槽间隔为1.0um，沟槽深度为10um。
[0065]实施例6
[0066]具有自适应的场截止电流控制型功率器件，结构如图1所示:
[0067]衬底为N型衬底，材质可为硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓、金刚石中的一种，本实施例中为N型硅衬底。本实施例中，具有自适应的场截止电流控制型功率器件是具有自适应场截止层的PNPN型GT0，可以用本领域技术人员习知的PNPN型GTO的工艺先行制作不带场截止层的GT0，如图5所示。后续在其背面进行沟槽制备，利用沟槽将器件背面电势引入器件内部，在沟槽之间形成相互连接的感应电荷浓度增强区104。
[0068]沟槽为周期排布，即沟槽之间的间距全部相同，沟槽截面形貌为矩形，沟槽底部1031为直线，沟槽宽度为lum，沟槽间隔为0.5um-l.5um，沟槽深度为2um_20um。
[0069]采用上述结构，沟槽之间A-A’和B-B’的载流子浓度分布呈“U”型分布，如图4所示，C-C’和D-D ’的场截止效果如图6所示。
[0070]实施例7
[0071]具有自适应的场截止电流控制型功率器件，结构如图2所示:
[0072]本实施例中，具有自适应的场截止电流控制型功率器件是具有自适应场截止层的NPN型BJT，可以用本领域技术人员习知的NPN型BJT的工艺先行制备不带场截止层的BJT。后续在其背面进行沟槽制备，利用沟槽将器件背面电势引入器件内部，在沟槽之间形成相互连接的感应电荷浓度增强区104，沟槽之间的载流子浓度分布如图4所示。
[0073]本实施例中，衬底为N型硅衬底，沟槽为非周期排布，即沟槽之间的间距部分相同或全部不同。沟槽截面形貌为矩形，沟槽底部1031为直线，沟槽宽度为2um，沟槽间隔为
0.5um_l.5um，沟槽深度为 2um_10um。
[0074]实施例8
[0075]本实施例中，具有自适应的场截止电流控制型功率器件是具有自适应场截止层的PN结，结构如图7所示。
[0076]可以用本领域技术人员习知的PN结的工艺先行制备不带场截止层的PN结。后续在其背面进行沟槽制备，利用沟槽将器件背面电势引入器件内部，在沟槽之间形成相互连接的高浓度电荷区。衬底为N型硅衬底，沟槽为周期分布，沟槽宽度为lum，沟槽深度为5um，间隔为1.0um。沟槽内填充多晶，多晶宽度0.9um。
[0077]实施例9
[0078]具有自适应的场截止电流控制型功率器件，结构如图8所示:
[0079]衬底为P型衬底，材质可为硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓、金刚石中的一种，本实施例中为P型硅衬底。本实施例中，具有自适应的场截止电流控制型功率器件是具有自适应场截止层的NPNP型GTO，可以用本领域技术人员习知的NPNP型GTO的工艺先行制备不带场截止层的GTO。后续在其背面进行沟槽制备，利用沟槽将器件背面电势引入器件内部，在沟槽之间形成相互连接的感应电荷浓度增强区104，沟槽之间的载流子浓度分布如图4所示。
[0080]沟槽为周期排布，沟槽截面形貌为矩形，沟槽底部1031为弧线，沟槽宽度为
1.5um，沟槽间隔为0.5um-l.5um，沟槽深度为lum_20um。
[0081]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:包括金属导电层(101)，所述金属导电层(101)的一侧设置有衬底或衬底外延层(100)，所述衬底或衬底外延层(100)上设置有多个沟槽，所述衬底或衬底外延层(100)的一侧设置有电流控制型功率器件的正面结构(105)，沟槽一侧的金属导电层(101)上设置有电位V端；所述金属导电层(101)与衬底或衬底外延层(100)之间还有背面重掺杂区(106)，各沟槽内设置有沟槽导电填充物(102)，在沟槽侧壁和沟槽底部(1031)设置有绝缘层(103)，各沟槽之间形成感应电荷浓度增强区(104)。2.根据权利要求1所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述电流控制型功率器件的正面结构(105)包括GTO、BJT、PN型二级管或肖特基二极管。3.根据权利要求1所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述电位V端为背面电极。4.根据权利要求1所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述衬底或衬底外延层(100)包括硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓或金刚石，所述衬底或衬底外延层(100)的导电类型为P型或者N型。5.根据权利要求1所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述金属导电层(101)包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。6.根据权利要求1所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述沟槽导电填充物(102)包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。7.根据权利要求1所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述绝缘层(103)包括氧化硅、氮化硅、氧化钽或氧化锆。8.根据权利要求4所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述衬底或衬底外延层(100)为N型的GTO，背面重掺杂区(106)为P型掺杂；所述衬底或衬底外延层(100)为P型的GTO，背面重掺杂区(106)为N型掺杂；所述衬底或衬底外延层(100)为N型的BJT，背面重掺杂区(106)为N型掺杂；所述衬底或衬底外延层(100)为P型的BJT，背面重掺杂区(106)为P型掺杂。9.根据权利要求1-8任意一项所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:各感应电荷浓度增强区(104)的宽度全部相同、部分相同或全部不同。10.根据权利要求1-8任意一项所述的具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，其特征在于:所述沟槽的截面为梯形或矩形，沟槽底部(1031)为直线或弧线，沟槽开口宽度为0.5um-3um，沟槽底部(1031)宽度为0.5um_3um，沟槽间隔为0.5um-l.5um，沟槽深度为2um_20umo
【专利摘要】本实用新型涉及半导体器件领域，具体为具有自适应性的场截止电流控制型功率器件，包括金属导电层，金属导电层的一侧设置有衬底或衬底外延层，衬底或衬底外延层上设置有多个沟槽，衬底或衬底外延层的一侧设置有电流控制型功率器件的正面结构，沟槽一侧的金属导电层上设置有电位V端；金属导电层与衬底或衬底外延层之间还有背面重掺杂区，各沟槽内设置有沟槽导电填充物，在沟槽侧壁和沟槽底部设置有绝缘层，各沟槽之间形成感应电荷浓度增强区。本实用新型在传统电流控制型器件中引入了场截止技术，解决了在更薄的芯片上实现更高耐压的问题。通过器件结构设计来实现场截止，摆脱了现有技术所固有的扩散深度有限、高温过程影响器件其他结构及工艺受限等缺点。
【IPC分类】H01L29/872, H01L29/745, H01L29/06, H01L29/861, H01L29/73
【公开号】CN204885170
【申请号】CN201520632959
【发明人】胡强, 蒋兴莉, 孔梓玮, 王思亮, 张世勇
【申请人】中国东方电气集团有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月21日