多级沟槽悬浮结器件的制作方法

本技术属于半导体器件，具体涉及一种多级沟槽悬浮结器件结构。

背景技术：

1、21世纪的能源网络，无论是太阳能、风能和储能等可再生能源，还是电动汽车和变频电机等高效负载，都需要功率半导体来实现。随着全球制定“碳达峰、碳中和”目标，将带来更多绿色能源发电、绿色汽车、充电桩、储能等需求，这些需求对能源控制核心的功率半导体器件提出了更高的要求。在功率半导体器件中，悬浮结器件通过在漂移区中设计不与电极直接连接、掺杂类型与漂移区相反的悬浮结区域，对漂移区的电场产生调制作用，使得器件可以在保持击穿电压不下降的情况下，提高漂移区的掺杂浓度来降低器件的导通电阻；或者在保持导通电阻不增加的情况下，提升器件的击穿电压，因此其在功率器件性能上有着较大的优势。

2、然而，悬浮结器件在实际应用中仍然存在问题：以漂移区掺杂n型为例，悬浮结区域掺杂为p型，当器件阻断时(反向承压)，悬浮结处于耗尽状态，当器件由阻断状态转换为导通状态时，悬浮结需要补充空穴来恢复到初始状态，但由于悬浮结并未与电极连接，只能通过漂移区的少子(空穴)来进行补充，因此造成器件有较大的开启延迟，这也使得器件开关的能量损耗较大。为了减小悬浮结器件的导通延迟与导通损耗，美国通用电气公司采用超高能离子注入的方式制作p-bus，将悬浮结接地，使得器件导通时悬浮结能有充足的空穴或电子补充。而宽禁带半导体(碳化硅、氮化镓、氧化镓等)存在离子注入深度有限或离子注入实现p型掺杂较困难等问题。以sic为例，离子注入很难实现1um以上的p型掺杂。而在悬浮结器件中，其悬浮结距离表面电极的深度一般大于3um，普通离子注入机无法实现这种深度的p型掺杂，通用电气是通过改装粒子加速器来实现p-bus的注入，此方案无法推广，也无法应用于实际器件的制备，并且实现这种深度的p型掺杂，即使是高温离子注入，对于sic晶格也有着无法修复的损伤，无法保证器件的可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种多级沟槽悬浮结器件结构，先通过刻蚀形成具有多级台阶的沟槽结构，再通过离子注入的方式形成p型或n型接地层连接区，将每一层悬浮结接地，避免高能离子注入，减小对材料的损伤，并且使得器件在由阻断状态转换为导通状态时，悬浮结有充足的少子(空穴或电子)进行补充，减小器件的开启时间，并且降低器件的导通损耗。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、本实用新型提供一种多级沟槽悬浮结器件，所述器件为具有漂移区的垂直器件，所述漂移区中分布有一层或多层悬浮结，所述漂移区中还设置有若干个包括n级子沟槽的多级沟槽，n≥2，所述多级沟槽垂直穿透所述悬浮结，所述多级沟槽与所述漂移区界面有离子注入形成的接地层。

4、进一步的，所述多级沟槽内填充有金属、多晶硅、二氧化硅或外延同质材料。

5、进一步的，所述多级沟槽内壁设置有绝缘介质层。

6、进一步的，两个相邻的所述多级沟槽之间分布有一个或多个元胞。

7、进一步的，所述多级沟槽空间非连续分布。

8、更进一步的，所述多级沟槽的开口形状为规则或不规则的几何图形。

9、更进一步的，所述多级沟槽的开口形状为矩形、圆形或六边形。

10、进一步的，所述漂移区为碳化硅层、氮化镓层或氧化镓层。

11、进一步的，所述漂移区的厚度为3-40μm，所述悬浮结距离表面电极的深度为1-30μm，所述多级沟槽每级子沟槽的深度为0.3-3μm。

12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

13、本实用新型通过刻蚀形成具有多级台阶的多级沟槽结构，再通过离子注入的方式形成p型或n型接地层连接区，将每一层悬浮结接地，解决了宽禁带半导体中离子注入深度有限的问题，避免了高能p离子注入，减小对材料的损伤；并且使得器件在由阻断状态转换为导通状态时，悬浮结有充足的少子进行补充，减小器件的开启时间，并且降低器件的导通损耗。与单级沟槽相比，在沟槽深度相同、离子注入条件相同的情况下，本实用新型采用多级沟槽形成的掺杂区域可以更好的包裹住沟槽，使得所有悬浮结都可以很好的接地，同时也避免了沟槽的漏电风险。

技术特征：

1.一种多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述器件为具有漂移区的垂直器件，所述漂移区中分布有一层或多层悬浮结，所述漂移区中还设置有若干个包括n级子沟槽的多级沟槽，n≥2，所述多级沟槽垂直穿透所述悬浮结，所述多级沟槽与所述漂移区界面有离子注入形成的接地层。

2.根据权利要求1所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述多级沟槽内填充有金属、多晶硅、二氧化硅或外延同质材料。

3.根据权利要求1所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述多级沟槽内壁设置有绝缘介质层。

4.根据权利要求1所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，两个相邻的所述多级沟槽之间分布有一个或多个元胞。

5.根据权利要求1所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述多级沟槽空间非连续分布。

6.根据权利要求5所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述多级沟槽的开口形状为规则或不规则的几何图形。

7.根据权利要求6所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述多级沟槽的开口形状为矩形、圆形或六边形。

8.根据权利要求1所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述漂移区为碳化硅层、氮化镓层或氧化镓层。

9.根据权利要求1所述的多级沟槽悬浮结器件，其特征在于，所述漂移区的厚度为3-40μm，所述悬浮结距离表面电极的深度为1-40μm，所述多级沟槽每级子沟槽的深度为0.3-3μm。

技术总结
本技术公开了一种多级沟槽悬浮结器件，所述器件为具有漂移区的垂直器件，所述漂移区中分布有一层或多层悬浮结，所述漂移区中还设置有若干个包括n级子沟槽的多级沟槽，n≥2，所述多级沟槽垂直穿透所述悬浮结，所述多级沟槽与所述漂移区界面有离子注入形成的接地层。本技术的器件在由阻断状态转换为导通状态时，悬浮结有充足的少子进行补充，减小器件的开启时间，并且降低器件的导通损耗。

技术研发人员：王宽,袁俊,郭飞,徐少东,彭若诗,沈晓安
受保护的技术使用者：湖北九峰山实验室
技术研发日：20230603
技术公布日：2024/1/15