[发明专利]带空气间隙结构的半导体功率器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种半导体功率器件及其制造方法。

背景技术

半导体功率器件是电力电子领域的重要元器件，是实现强电和弱电之间接口的桥梁，在开关电源、变频、显示、节能降耗以及生态与环境保护等方面均有广阔的应用前景。

通常，半导体功率器件是一种三端子器件，通过施加于控制端子上的控制信号，控制另两个端子处于电压阻断(器件截止)或电流导通(器件导通)状态。半导体功率器件在控制信号关断时的关断时间，影响到整个系统的效率和电力损耗。

半导体功率器件的关断时间，可以通过减少器件电子漂移区的通道面积来减少。例如，名称为“Power semiconductor device”的美国专利申请(US7244969B2)披露了一种功率半导体器件，通过直接在功率器件电子漂移区的两侧(器件的外侧)作切除，改进半导体功率器件的结构，减少器件电子漂移区的通道面积，如图1所示。该技术方案虽能有效减少器件电子漂移区的通道面积，但由于其切除动作需要在整个半导体器件做完后才能进行，而切除动作属于机械动作，因此容易造成器件的硬损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带空气间隙结构的半导体功率器件，它在控制信号关断时的电力损耗和关断时间较少。

为解决上述技术问题，本发明的带空气间隙结构的半导体功率器件，其电子漂移区内具有空气间隙结构。

本发明要解决的另一技术问题是提供上述半导体功率器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的带空气间隙结构的半导体功率器件的制造方法，其空气间隙结构的制作步骤包括：

1)在硅片的电子漂移区上方涂布光刻胶；

2)曝光，打开光刻图形；

3)在电子漂移区内进行深沟槽的刻蚀，刻蚀完成后去除光刻胶；

4)在电子漂移区上方生长外延，直到把所述深沟槽堵住，同时形成空气间隙；

5)把所述外延的表面磨平，完成空气间隙结构的制作。

本发明通过在半导体功率器件宽深的电子漂移(扩散)区，制作空气间隙，减少了半导体功率器件电子漂移区的通道面积，从而降低了器件在电力关断时的反向电流，减少了器件的电力损耗和关断时间，有效提高了半导体功率器件的工作效率。

附图说明

图1是现有的半导体功率器件的一种改进结构的示意图。

图2是本发明实施例的IGBT器件的空气间隙结构的制作方法流程示意图。

图3是本发明实施例的IGBT器件的改进结构示意图。

图4是本发明实施例的IGBT器件与传统IGBT器件在电力关断时的反向电流和关断时间对比示意图。

图中附图标记说明如下：

1：电子漂移区

2：栅极区

3：阴极区

4：阳极区

5：防护圈

1a：垂直面

1b：切角面

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式详述如下：

本实施例以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件为例，通过在传统IGBT器件的宽深的电子漂移(扩散)区，制作两个空气间隙结构，来改进IGBT器件的结构，减少IGBT器件电子漂移区的通道面积。

空气间隙结构的制作方法如下：

1)在硅片的电子漂移区上方涂布光刻胶，如图2(a)所示。

2)曝光，打开光刻图形，如图2(b)所示。

3)在电子漂移区内进行深沟槽(deep trench)的刻蚀，刻蚀完成后去除光刻胶，如图2(c)所示。

深沟槽的深度可以尽可能深，但应与硅片底部保持一定的安全距离。深沟槽的底部距离P型区为0.5～5μm，本实施例中为2μm左右。

深沟槽的形状除图2(c)所示的形状外，还可根据不同的光刻图形，做成圆形、方形、正多边形、环型或者其他不规则形状等多种形状。

深沟槽的数目不宜过多，即深沟槽的横向面积不能做得过大(深沟槽所占面积应为器件总面积的1/10～1/3，在1/4左右时较佳)，否则会直接导致功率器件通道不足，在高压控制导通或关断时，器件容易被击穿而失去工作能力。

4)在电子漂移区上方生长外延(EPI)，直到把步骤3)刻蚀出的深沟槽堵住，同时形成空气间隙，如图2(d)所示。

空气间隙形成后，还需要再多生长一些外延，以利于后续磨平步骤的进行。