[发明专利]一种提高功率器件耐压和开关时间性能的栅极构造

说明书

一种提高功率器件耐压和开关时间性能的栅极构造，包括背面金属层、衬底层和源极金属表面层；所述衬底层设有栅槽结构，所述栅槽结构的沟道壁角部导入一绝缘层。所述沟道壁角部导入的绝缘层由两层高介电体层组成，第1层高介电体层与外侧氧化层接触，第2层高介电体层与内侧氧化层相接触。所述沟道壁角部导入的绝缘层的比介电率比SiO₂材质的更高。所述沟道壁角部导入的绝缘层可以用溅射或CVD的工艺方法形成。所述沟道壁角部导入的绝缘层由材料ZrO₂、Ta₂O₅和Al₂O₃组成。本发明通过引入局部高介电层的新栅极构造极大地缓和沟道壁角部的电场强度，提高器件对雪崩击穿的耐受能力，保证了器件高速开关性能。

技术领域

本发明涉及一种栅极构造，特别提供一种提高功率器件耐压和开关时间性能的栅极构造。

背景技术

MOSFET（金氧半场效晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等半导体功率器件，通常都是用栅极电极的电位来控制表面和背面间的电流的导通与断开。比如像MOSFET器件中，当栅极电极的电位大于器件的阈值电压时，与栅极相对的半导体层中，将形成“反型层”；这反型层将漏极与源极连接起来形成导电通道。为此可以通过控制栅极的电压信号的接通或关断，来控制电流的导通或断开。

当功率MOSFET和IGBT用作开关元件时，表面电极(功率MOSFET中的源极、IGBT中的发射器电极)和背面侧的电极(功率MOSFET中的漏极电极、IGBT中的集电极)之间，突然有冲击电压（surge voltage）的情况下，会使器件内的寄生晶体管导通。这时即使没有栅极电压，器件内部也将有大电流流过，为此元件很有可能遭受物理性的破坏。为了提高功率MOSFET或IGBT这类器件对这种雪崩击穿的耐受能力，需要缓和栅极氧化层中电场强度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种通过在栅槽型栅极的绝缘层（SiO₂）中局部导入高介电体的提高功率器件耐压和开关时间性能的栅极构造。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种提高功率器件耐压和开关时间性能的栅极构造，包括背面金属层（20）、衬底层（10）和源极金属表面层（18）；所述衬底层（10）由下而上依次为漏极层（19）、漂移层（11）、基区（12）；所述衬底层（10）设有栅槽结构（10A），所述栅槽结构（10A）内设有栅极区（14）和屏蔽电极（15），二者以氧化绝缘层（16A）上下隔开，与栅槽结构（10A）的沟道壁间以栅极氧化层（16B）和栅极底部氧化层（16C）隔开，所述栅槽结构（10A）上方两侧基区（12）内设有源极区（13），所述栅槽结构（10A）正上方源极金属表面层（18）内设有电极分离绝缘层（17），所述栅槽结构（10A）的沟道壁角部（30）导入一绝缘层。

进一步，所述沟道壁角部（30）导入的绝缘层由两层高介电体层组成，第1层高介电体层（33）与外侧氧化层（31）接触，第2层高介电体层（34）与内侧氧化层（32）相接触。

进一步，所述沟道壁角部（30）导入的绝缘层的比介电率比SiO₂材质的更高。

进一步，所述沟道壁角部（30）导入的绝缘层可以用溅射或CVD的工艺方法形成。

进一步，所述沟道壁角部（30）导入的绝缘层由材料ZrO₂、Ta₂O₅和Al₂O₃组成。

本发明的有益效果是：（1）本发明通过引入局部高介电层的新栅极构造极大地缓和沟道壁角部的电场强度，提高器件对雪崩击穿的耐受能力；（2）导入高介电层会使栅极-漏极间的反向传输容量Crss增大，但是由于高介电层只存在于极沟道壁角部，栅极底部氧化层（16C）还是SiO₂材质的绝缘层，这将抑制使这部分的容量的增大得到有效抑制，保证了器件高速开关性能。