[实用新型]功率半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及功率半导体器件，特别涉及一种改进的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。

背景技术

功率半导体器件被广泛地用作消费电子产品、工业机器、汽车以及高速火车等中的电功率转换的器件。通过结构上的改进，性能提高也逐年得到实现。与平面型器件相比，采用沟槽技术的功率器件提供了每单位面积上具有显著增长的沟道宽度。并且，采用沟槽技术的半导体器件提供了优异的开关特性，并且被用在要求快速开关的应用中。

根据美国专利申请US2012/0104555A1，描述了一种具有平面栅极的IGBT，其中所述IGBT展现了沟槽中的与栅极电极隔离且与源极端子连接的屏蔽电极。此外，这个IGBT在漂移区的上部中具有比漂移区的掺杂浓度高的掺杂浓度的n层。

另外，根据德国专利DE10007415C2，描述了一种具有平面栅极的金属氧化物半导体（MOS）控制的功率器件，所述功率器件同样展现了沟槽中的与栅极电极隔离且与源极端子连接的屏蔽电极。

在上述的沟槽屏蔽IGBT中，场电极的沟槽底部是该设计的主要弱点之一。这里，横跨在漂移区和电极之间的电介质的电压降是最大的，并且另外，几何结构效应导致电场强度的进一步增加，从而限制器件的击穿电压。

因此，任何用于改善该设计的措施应当可容易地实施到现有的工艺流程中。因而，需要一种改进具有屏蔽电极的沟槽功率器件的击穿电压的简单设计和容易制作方法。

实用新型内容

本实用新型的目标之一是为了克服一种或多种限制而通过围绕场电极的沟槽的与本体区相同掺杂类型的附加掺杂区来改进沟槽屏蔽器件的击穿电压。

本实用新型公开了一种功率半导体器件，所述功率半导体器件包括：第一导电类型的基底层，具有第二导电类型的下部半导体层；基底层中的有源区，包括：第二导电类型的本体区；第一导电类型的源极区，位于本体区中；发射极电极，电连接到所述源极区；从基底层的顶部向下延伸的沟槽，内衬有沟槽电介质并且含有屏蔽电极，所述屏蔽电极电连接到所述发射极电极；第二导电类型的附加掺杂区，至少布置在所述沟槽电介质的一部分处；和栅极，至少部分形成在至少一部分源极区和本体区上方并且与所述屏蔽电极电绝缘。

在一个实施例中，附加掺杂区布置在沟槽的底部。

在另一个实施例中，附加掺杂区围绕沟槽的底部。

在另一个实施例中，功率半导体器件还包括：具有第一导电类型的第三掺杂区，围绕所述附加掺杂区的底部。

在另一个实施例中，功率半导体器件进一步包括：第一导电类型的第一掺杂区，至少部分位于本体区之下且在至少部分基底层之上并且其中所述沟槽延伸到基底层中的深度比第一掺杂区深。

在另一个实施例中，所述第一掺杂区的掺杂浓度是不均匀的并且所述第一掺杂区的最高掺杂浓度区域是在本体区下面。

在另一个实施例中，所述附加掺杂区延伸到所述第一掺杂区中。

在另一个实施例中，功率半导体器件进一步包括：第二导电类型的第二掺杂区，位于本体区的顶部，与所述源极区横向相邻或者不相邻，并且连接到所述发射极电极。

在另一个实施例中，所述沟槽还包括栅极电极，所述栅极电极与所述屏蔽电极电绝缘并且与栅极连接。

在另一个实施例中，所述第三掺杂区具有与掺杂区至少部分地共形的形状并且能够具有在横向上变化的轮廓。

在另一个实施例中，所述发射极电极嵌入到所述源极区中以形成沟槽接触。

在另一个实施例中，所述半导体器件为垂直型功率器件并且包括位于基底层底部且与下部半导体层接触的集电极。

在另一个实施例中，所述功率半导体器件还包括：具有第一导电类型的第四掺杂区，位于作为漂移区的基底层与作为集电极区的下部半导体层之间。

附图说明

附图被包括以提供对本实用新型的进一步理解，以及附图被结合在说明书中并且构成说明书的一部分。附图示出本实用新型的实施例，并且与描述一起用来解释本实用新型的原理。本实用新型的其他实施例以及许多预期优点将容易被认识到，因为通过参照下面的详细描述，它们变得更好理解。附图的元件不一定是相对于彼此按比例的。类似的附图标记表示对应的类似部分。

图1，包括图1A，图1B和图1C，为依据现有技术的沟槽屏蔽平面栅极（TSPG）IGBT的示意截面图，其中图1A为现有技术的TSPG-IGBT沿着屏蔽沟槽的方向的截面图，图1B为图1A的IGBT沿箭头I的截面图而图1C为图1A的IGBT沿箭头II的截面图。