一种采用沟槽场效应实现自适应场截止技术的器件结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及半导体器件领域，具体为一种采用沟槽场效应实现自适应场截止 技术的器件结构。
【背景技术】
[0002] 在功率半导体器件发展的过程中，为了在更薄的芯片上实现更高的耐压而引入了 场截止技术。场截止通常以高浓度掺杂的形式来实现，使得耗尽区的边界到达场截止层后 电场迅速衰减至零，从而避免耗尽区穿通导致击穿。场截止技术常见于二极管、三极管、MOS 管以及绝缘栅双极型晶体管等。
[0003] 根据静电场泊松方程
[0004]
[0005] _为电势，I为电荷密度，％为真空介电常数，各为相对介电常数。
[0006] 电场强度随电荷浓度的增加而衰减，因此某个区域的电荷浓度增加，就能加快电 场在该区域的衰减速度。传统提高电荷浓度的方法是提高掺杂浓度，而掺杂通常通过扩散 或者注入加高温来实现。这种方法存在两个缺点，一是扩散深度有限，二是含高温过程。如 磷在硅中扩散7微米，约需要在1150摄氏度的高温下扩散400分钟，这对器件的其他结构 会产生严重的影响，并且对工艺产生很大的限制。
[0007] 半导体应用至今，许多专家和学者均致力于改善上述问题，通过不同的杂质选择， 在更低的温度下实现更深的高浓度掺杂，如在η型硅中选择硒代替磷元素作为η型掺杂，因 为硒比磷具有更大的扩散系数；又如利用质子注入，因为质子质量小，注入深度更大等。但 上述方法始终没能摆脱掺杂的方法，并未从根本上解决问题。
[0008] 现有专利如专利申请号为201010164106. 7,申请日为2010-05-06,名称为"一种 具有场截止构造的非穿通型深沟槽IGBT及其制造方法"的发明专利，其技术方案如下：本 发明公开了一种具有场截止构造的非穿通型深沟槽IGBT及其制造方法。该IGBT等效为一 个NMOS场效应管驱动一个PNP双极晶体管，或者一个PMOS场效应管驱动一个NPN双极晶 体管。该发明中的NMOS管或者PMOS管通过深沟槽工艺实现了垂直栅和垂直沟道，并采用 高耐压沟槽栅工艺技术；NMOS管或者PMOS管、PNP管或者NPN管直接做在抛光硅片上，形成 非穿通型的IGBT结构；PNP管或者NPN管的基区靠近集电区的部位通过离子注入或者扩散 形成一个与基区具有相同掺杂类型，比基区有更高掺杂浓度的场截止层。
[0009] 上述对比文件中的场截止方法使用的是传统的掺杂方法，即通过离子注入或扩散 的方式引入场截止层。上文中我们已经提到这种传统方法存在两个缺点，一是扩散深度有 限，二是含高温过程。如磷在硅中扩散7微米，约需要在1150摄氏度的高温下扩散400分 钟，这对器件的其他结构会产生严重的影响，并且对工艺产生很大的限制。 【实用新型内容】
[0010] 为了解决上述问题，本实用新型提出一种采用沟槽场效应实现自适应场截止技术 的器件结构。
[0011] 为实现上述实用新型目的，本实用新型的具体方案如下：
[0012] -种采用沟槽场效应实现自适应场截止技术的器件结构，其特征在于：包括金属 导电层，所述金属导电层的一侧设置有衬底，所述衬底上设置有多个沟槽，所述衬底的一侧 设置有耗尽区，所述耗尽区一侧设置有电位Vl，沟槽一侧的金属导电层上设置有电位V2 ; 各沟槽内设置有沟槽导电填充物，在所述沟槽的侧壁和沟槽底部设置有绝缘层，各沟槽之 间形成相互连接的感应电荷浓度增强区。
[0013] 所述衬底包括硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓或金刚石，所述衬底的导电类型为P型 或者N型。
[0014] 所述金属导电层包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。
[0015] 所述沟槽导电填充物包括多晶硅、铝、银、铜、钛、镍、钼、金或其合金。
[0016] 所述绝缘层包括氧化硅、氮化硅、氧化钽或氧化锆。
[0017] 所述耗尽区为PN结或者肖特基结。
[0018] 所述衬底为N型材料，所述电位V2>电位VI。
[0019] 所述衬底为P型材料，所述电位V2〈电位VI。
[0020] 各感应电荷浓度增强区的宽度全部相同、部分相同或全部不同。
[0021] 所述沟槽的截面为梯形或矩形，沟槽底部为直线或弧线，沟槽开口宽度为 0· 5um_3um，沟槽底部宽度为0· 5um_3um，沟槽间隔为0· 5um_l. 5um，沟槽深度为2um_20um。
[0022] 本实用新型的优点在于：
[0023] 1、本实用新型的场截止技术是一种全新的机制，不同于现有常规场截止技术。本 实用新型是通过器件结构设计来实现场截止的，彻底摆脱了现有技术所采用的掺杂方法所 固有的扩散深度有限、高温过程影响器件其他结构以及工艺受限等缺点。并且本实用新型 中所述的场截止功能是通过沟槽的场效应来实现的，该效应具有随电场增强而增强的自适 应特性。
[0024] 2、针对【背景技术】中专利文件而言，本实用新型采用的是一种利用沟槽场效应实现 的自适应场截止技术，即不需要掺杂过程，只需要在器件背面制作沟槽即可引入场截止层。 这种方法避免了传统掺杂方法的上述固有缺陷，且工艺与传统沟槽型IGBT的正面工艺一 致，并不需要引入新工艺。
【附图说明】
[0025] 图1为本实用新型的基本结构图，其中沟槽间距相同。
[0026] 图2为本实用新型的基本结构图，其中沟槽间距不完全相同。
[0027] 图3为沟槽截面形貌示意图。
[0028] 图4为沟槽之间的载流子浓度分布示意图。
[0029] 图5为本实用新型所述场截止技术的场截止效果示意图。
[0030] 图6为实施例8的结构图。
[0031] 附图中：100是衬底，101是金属导电层，102是沟槽导电填充物，103是绝缘层，104 是感应电荷浓度增强区，105是耗尽区，1031是沟槽底部。
【具体实施方式】
[0032] 实施例1
[0033] -种采用沟槽场效应实现自适应场截止技术的器件结构包括金属导电层101，所 述金属导电层101的一侧设置有衬底100,所述衬底100上设置有多个沟槽，所述衬底100 的一侧设置有耗尽区105,所述耗尽区105 -侧设置有电位VI，沟槽一侧的金属导电层101 上设置有电位V2 ;各沟槽内设置有沟槽导电填充物102,在所述沟槽的侧壁和底部1031设 置有绝缘层103,各沟槽之间形成相互连接的感应电荷浓度增强区104。各感应电荷浓度增 强区104各感应电荷浓度增强区104的宽度分别为al、a2、-san,其中η代表感应电荷浓 度增强区104的数量。相互连接的感应电荷浓度增强区104是指各感应电荷浓度增强区 104的一端相互连通。
[0034] 本实用新型的场截止技术是一种全新的机制，不同于现有常规场截止技术。本实 用新型是通过器件结构设计来实现场截止的，彻底摆脱了现有技术所采用的掺杂方法所固 有的扩散深度有限、高温过程影响器件其他结构以及工艺受限等缺点。并且本实用新型中 所述的场截止功能是通过沟槽的场效应来实现的，该效应具有随电场增强而增强的自适应 特性。
[0035] 实施例2
[0036] -种采用沟槽场效应实现自适应场截止技术的器件结构包括金属导电层101，所 述金属导电层101的一侧设置有衬底100,所述衬底100上设置有多个沟槽，所述衬底100 的一侧设置有耗尽区105,所述耗尽区105 -侧设置有电位VI，沟槽一侧的金属导电层101 上设置有电位V2 ;各沟槽内设置有沟槽导电填充物102,在所述沟槽侧壁和沟槽底部1031 设置有绝缘层103,各沟槽之间形成相互连接的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。
[0037] 衬底100包括硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓或金刚石，所述衬底100的导电类型为P 型或者N型。
[0038] 金属导电层101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。
[0039] 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，这里的