一种可控栅极电容的功率器件结构的制作方法

1.本技术涉及半导体制造领域，特别是一种可控栅极电容的功率器件结构。


背景技术：

2.功率器件向着更高频更高电流密度的方向发展。更高的电流密度需要更密集的沟槽，更密集的沟槽带来电流密度提升的同时也带来了更大的栅极电容，这包括栅极与集电极之间的电容cgc，电容cgc的增大带来了开关时间的延迟，导致了更多的开关损耗，本发明所涉及的结构通过调节a与b的尺寸，可以调节cge的占比。同时可以调节浮空区域在整个芯片中的占比，在不增加导通压降的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率。


技术实现要素：

3.为了在不增加导通电压的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率，现在特别提出一种可控栅极电容的功率器件结构。
4.为实现上述技术效果，本技术的技术方案如下：
5.一种可控栅极电容的功率器件结构，包括衬底，所述衬底的底部设置有注入层，所述衬底的上部设置有第一层沟槽和第二层沟槽，所述第一层沟槽和第二层沟槽形成双层包围的沟槽结构，所述第一层沟槽为连接栅极的沟槽，第二层沟槽是连接发射极的沟槽，第一层沟槽围成矩形区域，所述第二层沟槽围成一个横向尺寸为a，纵向尺寸为b的矩形区域，第二沟槽围成的矩形区域位于第一沟槽围成的矩形区域之内。
6.进一步地，所述第一层沟槽内和第一层沟槽到第二层沟槽之间均设置有设有形成发射区的n+区，其导电类型为第一导电类型；第二层沟槽围成的矩形区域没有n+区，并且该区域内没有与发射极相连的接触孔，此区域被称为绝对的浮空区域。
7.进一步地，所述第一层沟槽包括两个平行的沟槽，两个平行的沟槽之间设有与发射极接触孔相连的第一p型重掺杂区，在第一p型重掺杂区下部为浓度低于第一p型重掺杂区的第二p型重掺杂区，第一p型重掺杂区和第二p型重掺杂区的导电类型为第二导电类型。
8.进一步地，所述第二层沟槽为单列沟槽，其中横向沟槽上设有与发射极相连的接触孔。其中横向尺寸a可为短边，纵向尺寸b可为长边。
9.第二层沟槽围起来的区域aa’方向上长度为a，bb’方向上的长度为b，通过调节a与b的尺寸可以调节cge的占比。同时可以调节浮空区域在整个芯片中的占比，在不增加导通压降的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率。
10.进一步地，第一层沟槽围成矩形区域纵向尺寸为10um-50um，横向尺寸为5um-15um。
11.进一步地，a和b的比例范围值a/b为1/1至1/10。
12.进一步地，所述第一层沟槽为栅极沟槽，所述第二层沟槽为发射极沟槽。
13.本技术的优点为：
14.本技术通过双层沟槽的设计，得到可以调节电容比例的横向尺寸a和纵向尺寸b，
在不增加导通压降的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率。a可以在5-15um范围内任意取值，但其值在b取值前必须固定一个值,当a/b取值较小时，会有更多的沟槽连接发射极，cge占整个芯片的电容比例会升高，当a/b取值较大时，连接发射极的沟槽占比会下降，连接发射极cge占整个芯片的电容比例会降低。
附图说明
15.图1是一种可控栅极电容的功率器件结构的立体结构图。
16.图2是一种可控栅极电容的功率器件结构在aa’方向上的横截图。
17.图3是一种可控栅极电容的功率器件结构在bb’方向上的横截图。
18.图4是是一种可控栅极电容的功率器件结构具体的版图结构图。
19.附图中：
20.00-衬底，01-注入层，02-第一层沟槽，03-第二层沟槽，04-第二p型重掺杂区，05-n+区，06-第一p型重掺杂区。
具体实施方式
21.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.实施例1
27.如图1-图4所示，一种可控栅极电容的功率器件结构包括衬底00，所述衬底00的底部设置有注入层01，所述衬底00的上部设置有第一层沟槽02和第二层沟槽03，所述第一层
沟槽02和第二层沟槽03形成双层包围的沟槽结构，所述第一层沟槽02为连接栅极的沟槽，第二层沟槽03是连接发射极的沟槽，第一层沟槽02围成矩形区域，所述第二层沟槽03围成一个横向尺寸为a，纵向尺寸为b的矩形区域，第二沟槽围成的矩形区域位于第一沟槽围成的矩形区域之内。本技术通过双层沟槽的设计，得到可以调节电容比例的横向尺寸a和纵向尺寸b，在不增加导通压降的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率。a可以在5-15um范围内任意取值，但其值在b取值前必须固定一个值,当a/b取值较小时，会有更多的沟槽连接发射极，cge占整个芯片的电容比例会升高，当a/b取值较大时，连接发射极的沟槽占比会下降，连接发射极cge占整个芯片的电容比例会降低。
28.实施例2
29.如图1-图4所示，一种可控栅极电容的功率器件结构包括衬底00，所述衬底00的底部设置有注入层01，所述衬底00的上部设置有第一层沟槽02和第二层沟槽03，所述第一层沟槽02和第二层沟槽03形成双层包围的沟槽结构，所述第一层沟槽02为连接栅极的沟槽，第二层沟槽03是连接发射极的沟槽，第一层沟槽02围成矩形区域，所述第二层沟槽03围成一个横向尺寸为a，纵向尺寸为b的矩形区域，第二沟槽围成的矩形区域位于第一沟槽围成的矩形区域之内。
30.第一层沟槽02内和第一层沟槽02到第二层沟槽03之间均设置有设有形成发射区的n+区5，其导电类型为第一导电类型；第二层沟槽03围成的矩形区域没有n+区5，并且该区域内没有与发射极相连的接触孔，此区域被称为绝对的浮空区域。
31.第一层沟槽02包括两个平行的沟槽，两个平行的沟槽之间设有与发射极接触孔相连的第一p型重掺杂区06，在第一p型重掺杂区06下部为浓度低于第一p型重掺杂区06的第二p型重掺杂区04，第一p型重掺杂区06和第二p型重掺杂区04的导电类型为第二导电类型。
32.第二层沟槽03为单列沟槽，其中横向沟槽上设有与发射极相连的接触孔。其中横向尺寸a可为短边，纵向尺寸b可为长边。
33.第二层沟槽03围起来的区域aa’方向上长度为a，bb’方向上的长度为b，通过调节a与b的尺寸可以调节cge的占比。同时可以调节浮空区域在整个芯片中的占比，在不增加导通压降的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率。
34.第一层沟槽02围成矩形区域纵向尺寸为10um-50um，横向尺寸为5um-15um。a和b的比例范围值a/b为1/1至1/10。第一层沟槽02为栅极沟槽，所述第二层沟槽03为发射极沟槽。
35.本技术通过双层沟槽的设计，得到可以调节电容比例的横向尺寸a和纵向尺寸b，在不增加导通压降的前提下降低开关损耗，提高功率器件开关频率。a可以在5-15um范围内任意取值，但其值在b取值前必须固定一个值,当a/b取值较小时，会有更多的沟槽连接发射极，cge占整个芯片的电容比例会升高，当a/b取值较大时，连接发射极的沟槽占比会下降，连接发射极cge占整个芯片的电容比例会降低。
36.衬底00的材料包括但不限于硅、碳化硅等，导电类型为p型或者n型，可称为第一导电类型，此处以导电类型n型为例。
37.第二p型重掺杂区04是掺杂浓度高于衬底00的n型或者p型半导体，可称为第二导电类型，其掺杂杂质包括硼、铝等。
38.n+区5是掺杂浓度相较衬底00更高的第一导电类型，掺杂杂质包括磷、砷、硒、硫等。
39.第一p型重掺杂区06是掺杂浓度高于第二p型重掺杂区04的n型或者p型半导体，称为第二导电类型，掺杂杂质包括硼、铝、镓等。
40.栅极沟槽称为第一层沟槽02，材料包括但不限于多晶硅、掺杂多晶硅、金属铝、铜、钛、钨及其叠层或者合金，以及上述金属与硅的合金等。
41.发射极沟槽称为第二层沟槽03，材料包括但不限于多晶硅、掺杂多晶硅、金属铝、铜、钛、钨及其叠层或者合金，以及上述金属与硅的合金等。
42.第二层沟槽03和第一p型重掺杂区06上设有电极e，称为第一导电电极，材料包括但不限于金属铝、铜、钛、钨及其叠层或者合金，以及上述金属与硅的合金等。
43.注入层01是掺杂浓度高于第二p型重掺杂区04的n型或者p型半导体，可称为第二导电类型，掺杂杂质包括硼、铝、镓等。
44.注入层01上设有电极c，称为称为第二导电电极，材料包括但不限于金属铝、铜、钛、钨及其叠层或者合金，以及上述金属与硅的合金等。