帶空氣間隙結構的半導體功率器件及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種帶空氣間隙結構的半導體功率器件，該半導體功率器件的電子漂移區內具有空氣間隙結構。本發明專利技術還公開了上述半導體功率器件的制造方法。本發明專利技術通過在半導體功率器件寬深的電子漂移(擴散)區，制作空氣間隙，減少了電子漂移區的通道面積，從而降低了器件在電力關斷時的反向電流和關斷時間，有效提高了半導體功率器件的工作效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種半導體功率器件及其制造方法。
技術介紹
半導體功率器件是電力電子領域的重要元器件，是實現強電和弱電之間接口的橋梁，在開關電源、變頻、顯示、節能降耗以及生態與環境保護等方面均有廣闊的應用前景。通常，半導體功率器件是一種三端子器件，通過施加于控制端子上的控制信號，控制另兩個端子處于電壓阻斷(器件截止)或電流導通(器件導通)狀態。半導體功率器件在控制信號關斷時的關斷時間，影響到整個系統的效率和電力損耗。半導體功率器件的關斷時間，可以通過減少器件電子漂移區的通道面積來減少。例如，名稱為“Power semiconductor device”的美國專利申請(US7244969B2)披露了一種功率半導體器件，通過直接在功率器件電子漂移區的兩側(器件的外側)作切除，改進半導體功率器件的結構，減少器件電子漂移區的通道面積，如圖1所示。該技術方案雖能有效減少器件電子漂移區的通道面積，但由于其切除動作需要在整個半導體器件做完后才能進行，而切除動作屬于機械動作，因此容易造成器件的硬損傷。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種帶空氣間隙結構的半導體功率器件，它在控制信號關斷時的電力損耗和關斷時間較少。為解決上述技術問題，本專利技術的帶空氣間隙結構的半導體功率器件，其電子漂移區內具有空氣間隙結構。本專利技術要解決的另一技術問題是提供上述半導體功率器件的制造方法。為解決上述技術問題，本專利技術的帶空氣間隙結構的半導體功率器件的制造方法，其空氣間隙結構的制作步驟包括:I)在硅片的電子漂移區上方涂布光刻膠；2)曝光，打開光刻圖形；3)在電子漂移區內進行深溝槽的刻蝕，刻蝕完成后去除光刻膠；4)在電子漂移區上方生長外延，直到把所述深溝槽堵住，同時形成空氣間隙；5)把所述外延的表面磨平，完成空氣間隙結構的制作。本專利技術通過在半導體功率器件寬深的電子漂移(擴散)區，制作空氣間隙，減少了半導體功率器件電子漂移區的通道面積，從而降低了器件在電力關斷時的反向電流，減少了器件的電力損耗和關斷時間，有效提高了半導體功率器件的工作效率。附圖說明圖1是現有的半導體功率器件的一種改進結構的示意圖。圖2是本專利技術實施例的IGBT器件的空氣間隙結構的制作方法流程示意圖。圖3是本專利技術實施例的IGBT器件的改進結構示意圖。圖4是本專利技術實施例的IGBT器件與傳統IGBT器件在電力關斷時的反向電流和關斷時間對比示意圖。圖中附圖標記說明如下:1:電子漂移區2:柵極區3:陰極區4:陽極區5:防護圈Ia:垂直面Ib:切角面具體實施例方式為對本專利技術的
技術實現思路
、特點與功效有更具體的了解，現結合圖示的實施方式詳述如下:本實施例以IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)器件為例，通過在傳統IGBT器件的寬深的電子漂移(擴散)區，制作兩個空氣間隙結構，來改進IGBT器件的結構，減少IGBT器件電子漂移區的通道面積。空氣間隙結構的制作方法如下:I)在硅片的電子漂移區上方涂布光刻膠，如圖2(a)所示。2)曝光，打開光刻圖形，如圖2(b)所示。3)在電子漂移區內進行深溝槽(de印trench)的刻蝕，刻蝕完成后去除光刻膠，如圖2(c)所示。深溝槽的深度可以盡可能深，但應與硅片底部保持一定的安全距離。深溝槽的底部距離P型區為0.5 5 μ m，本實施例中為2 μ m左右。深溝槽的形狀除圖2(c)所示的形狀外，還可根據不同的光刻圖形，做成圓形、方形、正多邊形、環型或者其他不規則形狀等多種形狀。深溝槽的數目不宜過多，即深溝槽的橫向面積不能做得過大(深溝槽所占面積應為器件總面積的1/10 1/3，在1/4左右時較佳)，否則會直接導致功率器件通道不足，在高壓控制導通或關斷時，器件容易被擊穿而失去工作能力。4)在電子漂移區上方生長外延(EPI)，直到把步驟3)刻蝕出的深溝槽堵住，同時形成空氣間隙，如圖2(d)所示。空氣間隙形成后，還需要再多生長一些外延，以利于后續磨平步驟的進行。空氣間隙的排放順序以軸對稱排放為主(以器件電子漂移區的中心縱軸為對稱軸)，也可以根據實際情況安排圖形。5)把步驟4)生長的外延表面磨平，完成空氣間隙結構的制作。需要注意的是，空氣間隙上方應與磨平后的外延表面之間保持一定的距離，如圖2(e)所示，以保證硅片后續制程中的溝槽與空氣間隙結構上方具有一定的距離。按照上述方法改進后的IGBT器件結構如圖3所示。從圖中可見，加入空氣間隙結構后，硅片基底基本保持不變，因此對后續的制程幾乎沒有影響。上述改進后的IGBT器件與改進前的傳統半導體功率器件相比，在電力關斷時的反向電流和關斷時間明顯減少，如圖4所示(圖中，實線代表本實施例改進后的IGBT器件，虛線代表改進前的IGBT器件)，可見，本專利技術能有效減少半導體功率器件在關斷時的電力損耗和關斷時間。除IGBT器件外，其他半導體功率器件，如功率M0SFET，也可以應用本專利技術來改進結構，減少電子漂移區的通道面積，以達到減少器件在電力關斷時的電力損耗和關斷時間的目的。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶空氣間隙結構的半導體功率器件，其特征在于，所述半導體功率器件的電子漂移區內具有空氣間隙結構。

【技術特征摘要】
1.一種帶空氣間隙結構的半導體功率器件，其特征在于，所述半導體功率器件的電子漂移區內具有空氣間隙結構。2.根據權利要求1所述的半導體功率器件，其特征在于，所述空氣間隙呈軸對稱排放。3.根據權利要求1所述的半導體功率器件，其特征在于，所述空氣間隙下方與所述半導體功率器件的P型區的距離為0.5 5 μ m。4.根據權利要求1所述的半導體功率器件，其特征在于，所述空氣間隙的面積為所述半導體功率器件總面積的1/10 1/3。5.一種帶空氣間隙結構的半導體功率器件的制造方法，其特征在于，所述空氣間隙結構的制作，包括以下步驟: 1)在硅片的電子漂移區上方涂布光刻膠； 2)曝光，打開光刻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李偉峰，
申請(專利權)人：上海華虹NEC電子有限公司，
類型：發明
國別省市：