一种多功能屏蔽栅沟槽型功率器件及其制作方法与流程

本发明属于半导体，涉及一种多功能屏蔽栅沟槽型功率器件及其制作方法。

背景技术：

1、功率器件是一类用于电源管理、电能传输和高速开关控制等领域的器件。功率器件与普通的低频信号放大器件不同，其主要用途是在较高电压和电流下进行操作。

2、根据操作原理，功率器件可以分为结型场效应管(jfet)、金属氧化物半导体场效应管(mosfet)、双极型晶体管(bjt)、晶闸管(scr)等几种类型。按照承受电流和电压的能力不同，可以分为小信号功率器件、中等功率器件和大功率器件三类。

3、功率器件能够稳定地调节电能的输入和输出，为各种电力设备提供高效的电源管理功能。在电气控制系统中，功率器件可实现开/关、调节电压、控制互感器电流、驱动机电设备等多种操作。此外，在太阳能电池板上，功率器件还可以对不同的光照条件下输出的功率进行调整，提高太阳能的利用效率。

4、mosfet功率器件中，沟槽型mosfet主要用于低压(例如100v)领域，屏蔽栅沟槽(shieldedgatetransistor，简称sgt)mosfet主要用于中低压(例如200v)领域；超结mosfet(sj-mosfet)主要用于高压(例如600v-800v)领域。

5、其中，屏蔽栅沟槽mosfet功率器件是一种基于传统沟槽型mosfet的一种改进型的沟槽型功率mosfet，其基于电荷平衡技术理论，在传统的沟槽型mosfet中加入额外的多晶硅场板进行电场调制从而提高耐压和降低导通电阻，具有导通电阻低、开关损耗小、频率特性好等特点。其屏蔽栅在漂移区中起到了体内场板的作用，使屏蔽栅沟槽mosfet在比导通电阻r_(on(sp))和品质因数(fom＝ron*qg)等方面有着显著的优势，能有效提高系统的能源利用效率。所以屏蔽栅沟槽mosfet作为开关器件应用于新能源电动车、新型光伏发电、节能家电等领域的电机驱动系统、逆变器系统及电源管理系统，是核心功率控制部件。

6、屏蔽栅沟槽mosfet中，上层的栅极多晶硅连接到栅极，下层的屏蔽栅多晶硅连接到源极，其栅源电容通常是一定的，从而器件功能也比较单一。如何提供一种栅源电容可调的多功能屏蔽栅沟槽型功率器件及其制作方法，使得器件能够具备不同性能，实现多功能应用，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

7、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多功能屏蔽栅沟槽型功率器件及其制作方法，用于解决现有功率器件功能比较单一的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多功能屏蔽栅沟槽型功率器件，包括：

3、半导体层；

4、多个沟槽，位于所述半导体层中并在水平方向上间隔排列，所述沟槽自所述半导体层的顶面开口并往下延伸；

5、屏蔽栅多晶硅、调节栅多晶硅与栅极多晶硅，位于所述沟槽中，所述调节栅多晶硅位于所述屏蔽栅多晶硅上方并与所述屏蔽栅多晶硅间隔设置，所述栅极多晶硅包括中间部及侧翼部，所述中间部位于所述调节栅多晶硅上方并与所述调节栅多晶硅间隔设置，所述侧翼部位于所述调节栅多晶硅两侧并与所述中间部连接；

6、第一隔离层、第二隔离层、第三隔离层与栅介质层，所述第一隔离层位于所述沟槽的内壁与所述屏蔽栅多晶硅的外壁之间，所述第二隔离层位于所述屏蔽栅多晶硅与所述调节栅多晶硅之间，所述第三隔离层位于所述调节栅多晶硅与所述栅极多晶硅之间，所述栅介质层位于所述沟槽的内壁与所述栅极多晶硅的外侧壁之间；

7、调节金属线、栅极金属线与源极金属线，位于所述半导体层上方，所述调节金属线与所述调节栅多晶硅电连接，所述栅极金属线与所述栅极多晶硅电连接，所述源极金属线与所述屏蔽栅多晶硅电连接；

8、调节焊盘、栅极焊盘与源极焊盘，位于所述半导体层上方，所述调节焊盘连接所述调节金属线，所述栅极焊盘连接所述栅极金属线，所述源极焊盘连接所述源极金属线。

9、可选地，多个所述沟槽在第一水平方向上间隔排列并均往与所述第一水平方向垂直的第二水平方向延伸，所述屏蔽栅沟槽型功率器件还包括位于所述沟槽中的第一多晶硅引出部与第二多晶硅引出部，所述第一多晶硅引出部位于所述屏蔽栅多晶硅的第二水平方向两端并与所述屏蔽栅多晶硅连接，所述第二多晶硅引出部位于所述调节栅多晶硅的第二水平方向两端并与所述调节栅多晶硅连接，所述第一多晶硅引出部的顶面高于所述屏蔽栅多晶硅的顶面，所述第二多晶硅引出部的顶面高于所述调节栅多晶硅的顶面。

10、可选地，所述屏蔽栅沟槽型功率器件还包括设置于所述第一多晶硅引出部上的第一接触孔、设置于所述第二多晶硅引出部上的第二接触孔及设置于所述栅极多晶硅上的第三接触孔，所述源极金属线通过所述第一接触孔及所述第一多晶硅引出部电连接所述屏蔽栅多晶硅，所述调节金属线通过所述第二接触孔及所述第二多晶硅引出部电连接所述调节栅多晶硅，所述栅极金属线通过所述第三接触孔电连接所述栅极多晶硅。

11、可选地，所述屏蔽栅沟槽型功率器件还包括体区、源区及第四接触孔，所述体区位于所述沟槽两侧的所述半导体层的上表层，所述源区位于所述体区的上表层，所述第四接触孔位于所述源区上，所述源极焊盘通过所述第四接触孔电连接所述源区。

12、可选地，所述调节焊盘的电位浮空；或者所述调节焊盘与所述栅极焊盘电连接；或者所述调节焊盘与所述源极焊盘电连接。

13、本发明还提供一种多功能屏蔽栅沟槽型功率器件的制作方法，包括以下步骤：

14、提供一半导体层，形成在水平方向上间隔排列的多个沟槽于所述半导体层中，所述沟槽自所述半导体层的顶面开口并往下延伸；

15、形成第一隔离层与屏蔽栅多晶硅于所述沟槽中，所述沟槽的内壁与所述屏蔽栅多晶硅之间通过所述第一隔离层间隔；

16、形成第二隔离层于所述沟槽中，所述第二隔离层覆盖所述屏蔽栅多晶硅的上表面；

17、形成调节栅多晶硅于所述沟槽中，所述调节栅多晶硅位于所述屏蔽栅多晶硅上方并与所述屏蔽栅多晶硅之间通过所述第二隔离层间隔；

18、形成第三隔离层、栅介质层与栅极多晶硅于所述沟槽中，所述栅极多晶硅包括中间部及侧翼部，所述中间部位于所述调节栅多晶硅上方，所述侧翼部位于所述调节栅多晶硅两侧并与所述中间部连接，所述栅极多晶硅与所述调节栅多晶硅之间通过所述第三隔离层间隔，所述栅极多晶硅与所述沟槽的内壁之间通过所述栅介质层间隔；

19、形成调节金属线、栅极金属线、源极金属线、调节焊盘、栅极焊盘与源极焊盘于所述半导体层上方，所述调节金属线与所述调节栅多晶硅电连接，所述栅极金属线与所述栅极多晶硅电连接，所述源极金属线与所述屏蔽栅多晶硅电连接，所述调节焊盘连接所述调节金属线，所述栅极焊盘连接所述栅极金属线，所述源极焊盘连接所述源极金属线。

20、可选地，多个所述沟槽在第一水平方向上间隔排列并均往与所述第一水平方向垂直的第二水平方向延伸，所述多功能屏蔽栅沟槽型功率器件的制作方法还包括以下步骤：

21、形成第一多晶硅引出部于所述屏蔽栅多晶硅的第二水平方向两端，所述第一多晶硅引出部位于所述沟槽中且所述第一多晶硅引出部的顶面高于所述屏蔽栅多晶硅的顶面；

22、形成第二多晶硅引出部于所述调节栅多晶硅的第二水平方向两端，所述第二多晶硅引出部位于所述沟槽中且所述第二多晶硅引出部的顶面高于所述调节栅多晶硅的顶面。

23、可选地，还包括以下步骤：

24、形成体区于所述沟槽两侧的所述半导体层的上表层；

25、形成源区于所述体区的上表层；

26、形成层间介质层于所述半导体层上方；

27、形成第一接触孔、第二接触孔、第三接触孔及第四接触孔于所述层间介质层中，所述第一接触孔位于所述第一多晶硅引出部上，所述第二接触孔位于所述第二多晶硅引出部上，所述第三接触孔位于所述栅极多晶硅上，所述第四接触孔位于所述源区上；

28、形成导电插塞于所述第一接触孔、所述第二接触孔、所述第三接触孔及所述第四接触孔中；

29、其中，所述源极金属线通过所述第一接触孔及所述第一多晶硅引出部电连接所述屏蔽栅多晶硅，所述调节金属线通过所述第二接触孔及所述第二多晶硅引出部电连接所述调节栅多晶硅，所述栅极金属线通过所述第三接触孔电连接所述栅极多晶硅，所述源极焊盘通过所述第四接触孔电连接所述源区。

30、可选地，所述侧翼部的底面低于所述调节栅多晶硅的顶面。

31、可选地，所述调节栅多晶硅的电位浮空；或者所述多功能屏蔽栅沟槽型功率器件的制作方法还包括形成焊线的步骤，所述焊线的一端连接所述调节焊盘，所述焊线的另一端连接所述栅极焊盘或所述源极焊盘。

32、如上所述，本发明的多功能屏蔽栅沟槽型功率器件具有调节焊盘、栅极焊盘与源极焊盘，器件沟槽中具有调节栅多晶硅、栅极多晶硅与屏蔽栅多晶硅，其中，调节栅多晶硅位于屏蔽栅多晶硅上方，栅极多晶硅包括中间部及侧翼部，中间部位于调节栅多晶硅上方，侧翼部位于调节栅多晶硅两侧并与中间部连接，调节焊盘、栅极焊盘与源极焊盘分别与调节栅多晶硅、栅极多晶硅与屏蔽栅多晶硅电连接。通过不同的焊线方式，可以实现不同性能的器件，其中，当调节焊盘的电位浮空时，器件栅源电容cgs较小，快速开关，适合高频应用；当调节焊盘与栅极焊盘通过焊线短接时，器件栅源电容cgs中等，器件性能均衡；当调节焊盘与源极焊盘通过焊线短接时，器件栅源电容cgs较大，能够减少开关震荡，抗冲击能力强，并能够降低反向传输电容与输入电容的比值crss/ciss，适合应用于电池管理系统(battery management system，简称bms)以及电机控制等。