[发明专利]功率半导体装置及其制备方法

说明书

本发明提供一种功率半导体装置及其制备方法，装置包括：第一导电类型的基底；第二导电类型的阱区，设置于基底的第一主面；沟槽栅结构，设置于基底的第一主面，贯穿阱区至基底中；第一导电类型的源极，设置于阱区内，且位于沟槽栅结构的侧面；第二导电类型的集电极，设置于基底的第二主面；第一导电类型的场截止层，设置于基底的第二主面，且位于集电极与基底之间；低寿命区，设置于基底的第二主面，且位于场截止层中靠近集电极的位置，低寿命区包含缺陷以降低少数载流子的寿命。本发明可有效降低器件的拖尾电流，进而降低器件的关断损耗，同时能提高器件的开关频率，减小交叉导通的风险。

技术领域

本发明属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种功率半导体装置及其制备方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，电流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，电流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。因此其应用也越来越广泛，是一种重要的功率半导体器件。

IGBT是双载流子工作的器件，在器件体内会临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET电流)，另外一种是空穴电流(双极)。现有的FS IGBT(场截止)技术，当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N型漂移区内。在任何情况下，MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为关断开始后，在N型漂移区内还存在少数的载流子(少子)，形成拖尾电流。这个拖尾电流的降低速度，取决于关断时电荷的密度和载流子的寿命。少子的缓慢衰减会使集电极拖尾电流变大，拖尾时间加长。

集电极拖尾电流引起以下问题：1)关断损耗增加：关断损耗是V_CE和I_CE乘积对时间积分，此时V_CE的电压已经升到V_CC，电压较高，因此损耗功率较大，对关断损耗增加较多；2)交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。

发明内容

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功率半导体装置及其制备方法，用于解决现有技术中功率半导体装置中集电极拖尾电流较大且时间较长的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功率半导体装置，所述功率半导体装置包括：第一导电类型的基底，包括相对的第一主面及第二主面；第二导电类型的阱区，设置于所述基底的第一主面；沟槽栅结构，设置于所述基底的第一主面，贯穿所述阱区至所述基底中；第一导电类型的源极，设置于所述阱区内，且位于所述沟槽栅结构的侧面；第二导电类型的集电极，设置于所述基底的第二主面；第一导电类型的场截止层，设置于所述基底的第二主面，且位于所述集电极与所述基底之间；低寿命区，设置于所述基底的第二主面，且位于所述场截止层中靠近所述集电极的位置，所述低寿命区包含缺陷以降低少数载流子的寿命。

可选地，所述低寿命区包含He注入以形成所述缺陷。

可选地，所述低寿命区包含H注入以形成所述缺陷。

可选地，所述低寿命区包含的缺陷密度介于1E12～1E19/cm³之间。

可选地，所述低寿命区的厚度范围介于3～20微米之间。

可选地，所述场截止层的掺杂离子包括H，所述场截止层的掺杂浓度范围介于1E13～1E16/cm³之间，所述场截止层的厚度范围介于5～40微米之间。

可选地，所述功率半导体装置还包括终端结构，位于所述功率半导体装置的外围，所述终端结构包括终端场氧区域以及第一导电类型的终端场限环区域。