场效应晶体管终端结构和二极管器件的制作方法

本发明涉及半导体，特别是涉及一种场效应晶体管终端结构和二极管器件。

背景技术：

1、近年来，我国的电力电子技术得到了快速的发展，在功率芯片的研发上取得了极大的进步。目前，硅基半导体芯片的性能趋于极限，较难在降低导通电阻的同时进一步提高芯片的击穿电压。而第三代半导体材料，即宽禁带材料，例如sic，凭借其更好的电、热、机械性能逐渐走入人们的视野。sic器件在高压、高温、大功率、低损耗等方面均比硅基器件有更大的优势，因此sic器件在高压输变电、新能源汽车、造舰航空等领域有巨大的应用前景。

2、sic mosfet(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是当前电力电子领域内较为先进和成熟的功率开关器件之一，其具有高工作频率、高输入阻抗和简单的驱动需求等特性，为电动汽车的充电设施、电机控制器、光伏逆变器、智能电网中的变压器等关键应用提供了理想的解决方案，相比于传统的si igbt(绝缘栅双极晶体管)器件，sic mosfet展现出显著的性能优势，这些优势包括更低的导通损耗和更快的开关速度，使其能够在更高的开关频率下运行，例如数10khz以上，这对于提升系统的总体工作效率和减少能量损耗至关重要。目前，sic mosfet已实现商业化，随着sic mosfet技术的持续发展和成本的进一步降低，在电力电子市场的应用中，sic mosfet的研究和应用将继续成为该领域的重点。

3、sic mosfet的绝缘可分为芯片绝缘和封装绝缘两部分，其中，芯片绝缘通常采用场限环终端结构的方式实现，场限环终端是半导体器件绝缘中一项重要技术，具有提高半导体器件(如高压碳化硅器件)的运行效率，减少功率损耗以及改善器件电气性能等优点，其通过引入高掺杂环来提升器件的耐压能力，进一步增强系统整体的工作性能，因此，场限环终端设计是高压碳化硅器件中较为关键的部分之一。

4、封装绝缘一般包括基板和灌装材料，其中基板提供牢固的机械支撑，并能将器件产生的热量传递到其他环境，提高器件工作的热稳定性，灌装材料通常填充于电气连接的表面和缝隙中，常用的灌装材料有硅凝胶、聚酰亚胺、环氧树脂等，它们适用于不同的环境条件来确保高压碳化硅器件的可靠运行。

5、在高压大功率碳化硅器件的设计和应用中，随着工作电压的不断提升，芯片与封装间的电场耦合效应逐渐显著。这一现象不仅令器件的内部电场分布变得更加复杂，而且极大地增加了对封装绝缘材料性能的要求。封装绝缘材料的介电和导电特性对于器件内部电场的分布起着决定性的作用，特别是在应对高压环境下的应用时更为关键。碳化硅作为一种优秀的宽禁带半导体材料，因其出色的热稳定性、高电场耐受能力和低功耗特性，在高压大功率应用领域显示出巨大潜力，然而，电压等级的提升使得碳化硅器件内部的电场调控变得更加困难，尤其是在正极性脉冲电压作用下，其内部电场的复杂性为封装绝缘设计带来了新的挑战。因此，提高场效应晶体管终端结构的电场均匀性不仅能够提高二极管器件的耐压能力，还能够降低高压碳化硅器件内部电场的复杂程度，有利于获取高压碳化硅器件内部电场的分布规律，从而为研究高压碳化硅器件外部封装对芯片终端电场分布的影响提供便利，进而能够更好地实现高压碳化硅器件的芯片和封装绝缘的良好配合，为高压碳化硅器件的绝缘设计提供更完善的指导意义。

6、现有的场效应晶体管终端结构如图6所示，其主要包括主结结构8和主结结构8外侧的依次排列的多个场限环结构9，将该终端结构封装后形成的二极管器件在最外侧的一个场限环结构9处，存在电场强度激增现象，导致整体电场分布不均，影响二极管器件的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种场效应晶体管终端结构和二极管器件，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高场效应晶体管终端结构的电场均匀性，进而能够提高二极管器件的耐压能力，且能够为二极管器件的绝缘设计提供较好的指导意义。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种场效应晶体管终端结构，包括设置于二极管器件漂移区上部的主结、场限环和沟槽结构，所述场限环为多个，所述主结设置于所述漂移区靠近所述二极管器件的有源器件的一端，所述沟槽结构设置于所述漂移区远离所述有源器件的一端，所有所述场限环均设置于所述主结与所述沟槽结构之间，所述沟槽结构内填充有绝缘介质。

4、优选的，还包括金属场板，所述金属场板设置于所述主结上部。

5、优选的，所述金属场板设置于所述主结靠近所述场限环的一端的上部。

6、优选的，所述金属场板的长度大于所述主结的深度。

7、优选的，所述沟槽结构包括至少一个沟槽本体。

8、优选的，所述沟槽本体的深度为10μm。

9、优选的，所述绝缘介质为二氧化硅。

10、本发明提供一种二极管器件，包括所述有源器件和所述的场效应晶体管终端结构，所述有源器件与所述场效应晶体管终端结构连接。

11、优选的，还包括封装结构，所述有源器件和所述场效应晶体管终端结构均与所述封装结构连接。

12、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

13、本发明提供一种场效应晶体管终端结构和二极管器件，包括设置于二极管器件漂移区上部的主结、场限环和沟槽结构，场限环为多个，主结设置于漂移区靠近二极管器件的有源器件的一端，沟槽结构设置于漂移区远离有源器件的一端，所有场限环均设置于主结与沟槽结构之间，沟槽结构内填充有绝缘介质。通过在最外侧的场限环外侧设置沟槽结构，并在沟槽结构中填充绝缘介质，最外侧的场限环的高电场能够被转移至绝缘介质中，从而降低该处电场强度，能够提高场效应晶体管终端结构的电场均匀性，进而能够提高二极管器件的耐压能力，且能够为二极管器件的绝缘设计提供较好的指导意义。

技术特征：

1.一种场效应晶体管终端结构，其特征在于：包括设置于二极管器件漂移区上部的主结、场限环和沟槽结构，所述场限环为多个，所述主结设置于所述漂移区靠近所述二极管器件的有源器件的一端，所述沟槽结构设置于所述漂移区远离所述有源器件的一端，所有所述场限环均设置于所述主结与所述沟槽结构之间，所述沟槽结构内填充有绝缘介质。

2.根据权利要求1所述的场效应晶体管终端结构，其特征在于：还包括金属场板，所述金属场板设置于所述主结上部。

3.根据权利要求2所述的场效应晶体管终端结构，其特征在于：所述金属场板设置于所述主结靠近所述场限环的一端的上部。

4.根据权利要求2所述的场效应晶体管终端结构，其特征在于：所述金属场板的长度大于所述主结的深度。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的场效应晶体管终端结构，其特征在于：所述沟槽结构与相邻的所述场限环的最小距离小于等于15μm。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的场效应晶体管终端结构，其特征在于：所述沟槽本体的深度为8-15μm。

7.根据权利要求1所述的场效应晶体管终端结构，其特征在于：所述绝缘介质为二氧化硅。

8.一种二极管器件，其特征在于：包括所述有源器件和权利要求1-7中任意一项所述的场效应晶体管终端结构，所述有源器件与所述场效应晶体管终端结构连接。

9.根据权利要求8所述的二极管器件，其特征在于：还包括封装结构，所述有源器件和所述场效应晶体管终端结构均与所述封装结构连接。

技术总结
本发明公开了一种场效应晶体管终端结构和二极管器件，涉及半导体技术领域，场效应晶体管终端结构包括设置于二极管器件漂移区上部的主结、场限环和沟槽结构，场限环为多个，主结设置于漂移区靠近二极管器件的有源器件的一端，沟槽结构设置于漂移区远离有源器件的一端，所有场限环均设置于主结与沟槽结构之间，沟槽结构内填充有绝缘介质。二极管器件包括相互连接的有源器件和场效应晶体管终端结构。本发明能够提高场效应晶体管终端结构的电场均匀性，进而能够提高二极管器件的耐压能力，且能够为二极管器件的绝缘设计提供较好的指导意义。

技术研发人员：吴鹏飞,孙帅,桑子涵,李学宝,赵志斌
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18