本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其是一種具有電壓變化率高可控性的功率器件及制備方法。

背景技術(shù)：

1、igbt導(dǎo)通前期，p+集電極會(huì)向n-sub區(qū)注入大量空穴，空穴會(huì)聚集在有源柵極下側(cè)，當(dāng)igbt開通瞬間，聚集在有源柵極附近的空穴會(huì)產(chǎn)生位移電流，從而引起柵極電壓的振蕩，易造成過沖與開通階段集電極-發(fā)射極電壓變化率(dv/dt)過大的問題。

2、在高頻操作下，為降低損耗減小發(fā)熱，igbt的柵極電阻(rg)往往被設(shè)計(jì)的很低，這使得過快的開通速度導(dǎo)致的柵下空穴堆積帶來的柵極控制能力減弱問題，以及過大dv/dt帶來的emi等問題越來越嚴(yán)重。尤其是在igbt應(yīng)用于電機(jī)上時(shí)，由于逆變器通過電纜連接到電機(jī)，將在電機(jī)端產(chǎn)生(部分)電壓反射，具體原因是電機(jī)和電纜的阻抗往往不匹配。這會(huì)導(dǎo)致從電機(jī)側(cè)反射到逆變器側(cè)的電壓又會(huì)反射到電機(jī)側(cè)，兩個(gè)電壓疊加，對(duì)電機(jī)側(cè)造成較大的電壓應(yīng)力。因此，制造商通常建議400v電機(jī)的逆變器側(cè)的dv/dt在最壞的情況下不能超出5kv/μs。

3、在應(yīng)用igbt時(shí)可調(diào)節(jié)的值僅有rg，往往需要通過增大rg減小igbt的最大集電極-發(fā)射極電壓變化率(dv/dtmax)。但是，增大rg會(huì)導(dǎo)致igbt的開通損耗eon增大，igbt發(fā)熱嚴(yán)重，超出最大限制結(jié)溫。也即通過rg控制dv/dtmax，會(huì)使eon與dv/dtmax呈相反變化。在應(yīng)用于電機(jī)上時(shí)，現(xiàn)有的igbt往往會(huì)由于dv/dtmax與結(jié)溫?zé)o法同時(shí)滿足要求而不能使用。綜上，如何通過rg更好的控制dv/dtmax，使igbt同時(shí)具有更低的eon與更小的dv/dtmax是關(guān)鍵所在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明人針對(duì)上述問題及技術(shù)需求，提出了一種具有電壓變化率高可控性的功率器件及制備方法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、一種具有電壓變化率高可控性的功率器件，包括具有第一導(dǎo)電類型的襯底以及制備于襯底中心區(qū)的有源區(qū)，所述有源區(qū)內(nèi)設(shè)置有若干并列分布的溝槽型元胞，其中，

3、對(duì)于任一溝槽型元胞，包括有源柵單元、第一副柵單元組、第二副柵單元組、第一假柵單元組以及第二假柵單元組；

4、所述有源柵單元位于第一副柵單元組與第二副柵單元組之間，所述第一假柵單元組位于第一副柵單元組遠(yuǎn)離有源柵單元的一側(cè)，所述第二假柵單元組位于第二副柵單元組遠(yuǎn)離有源柵單元的一側(cè)；

5、所述第一副柵單元組與第二副柵單元組均至少包括一個(gè)副柵單元，所述第一假柵單元組與第二假柵單元組均至少包括一個(gè)假柵單元；

6、所述副柵單元與所述襯底上方用于形成第一電極的第一電極金屬電連接，所述假柵單元以及有源柵單元均與襯底上方用于形成第二電極的第二電極金屬電連接；

7、所述假柵單元包括假柵溝槽，所述假柵溝槽下方設(shè)置有第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)至少與假柵溝槽槽底接觸。

8、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述有源柵單元包括有源柵溝槽、有源柵氧化層以及有源柵多晶硅，所述有源柵多晶硅填充于有源柵溝槽內(nèi)，且通過有源柵氧化層與有源柵溝槽內(nèi)壁絕緣隔離，所述有源柵多晶硅與第二電極金屬歐姆接觸；

9、所述副柵單元包括副柵溝槽、副柵氧化層以及副柵多晶硅，所述副柵多晶硅填充于副柵溝槽內(nèi)，且通過副柵氧化層與副柵溝槽內(nèi)壁絕緣隔離，所述副柵多晶硅與第一電極金屬歐姆接觸；

10、所述假柵單元還包括假柵氧化層以及假柵多晶硅，所述假柵多晶硅填充于假柵溝槽內(nèi)，且通過假柵氧化層與假柵溝槽內(nèi)壁絕緣隔離，所述假柵多晶硅與第二電極金屬歐姆接觸。

11、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述假柵溝槽的槽深大于有源柵溝槽的槽深，且所述有源柵溝槽的槽深大于副柵溝槽的槽深。

12、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述第一副柵單元組及第二副柵單元組中副柵單元的數(shù)量相同或不同；

13、所述第一副柵單元組包括一個(gè)以上的副柵單元時(shí)，第一副柵單元組中的副柵單元沿有源柵單元指向第一副柵單元組的方向依次排列；

14、所述第二副柵單元組包括一個(gè)以上的副柵單元時(shí)，第二副柵單元組中的副柵單元沿有源柵單元指向第二副柵單元組的方向依次排列。

15、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)包覆所述假柵溝槽的槽底并向假柵溝槽的外側(cè)壁延伸。

16、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，還包括橫貫有源區(qū)的第二導(dǎo)電類型基區(qū)，所述有源柵溝槽、副柵溝槽及假柵溝槽的槽深均大于第二導(dǎo)電類型基區(qū)的結(jié)深。

17、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，位于有源柵溝槽與相鄰副柵溝槽之間的第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置有第一導(dǎo)電類型源區(qū)以及第二導(dǎo)電類型源區(qū)；

18、所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)與有源柵溝槽側(cè)壁以及對(duì)應(yīng)的副柵溝槽側(cè)壁接觸，所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)還與第二導(dǎo)電類型源區(qū)接觸，且所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)及第二導(dǎo)電類型源區(qū)均與第一電極金屬歐姆接觸。

19、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所有副柵溝槽的槽深相同，所有假柵溝槽的槽深也相同；

20、所述假柵溝槽、有源柵溝槽及副柵溝槽的槽深比例為1.1:1:0.9。

21、一種具有電壓變化率高可控性的功率器件的制備方法，包括：

22、提供第一導(dǎo)電類型襯底，并在與有源區(qū)對(duì)應(yīng)的襯底正面進(jìn)行正面元胞工藝，所述正面元胞工藝包括在與有源區(qū)對(duì)應(yīng)的襯底正面制備若干并列分布的溝槽型元胞，其中，

23、對(duì)于任一溝槽型元胞，包括有源柵單元、第一副柵單元組、第二副柵單元組、第一假柵單元組以及第二假柵單元組；

24、所述有源柵單元位于第一副柵單元組與第二副柵單元組之間，所述第一假柵單元組位于第一副柵單元組遠(yuǎn)離有源柵單元的一側(cè)，所述第二假柵單元組位于第二副柵單元組遠(yuǎn)離有源柵單元的一側(cè)；

25、所述第一副柵單元組與第二副柵單元組均至少包括一個(gè)副柵單元，所述第一假柵單元組與第二假柵單元組均至少包括一個(gè)假柵單元；

26、所述副柵單元與所述襯底上方用于形成第一電極的第一電極金屬電連接，所述假柵單元以及有源柵單元均與襯底上方用于形成第二電極的第二電極金屬電連接；

27、所述假柵單元包括假柵溝槽，所述假柵溝槽下方設(shè)置有第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)至少與假柵溝槽槽底接觸。

28、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述有源柵單元包括有源柵溝槽，所述副柵單元包括副柵溝槽，制備有源柵溝槽、副柵溝槽、假柵溝槽及第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)時(shí)，包括：

29、在與有源區(qū)對(duì)應(yīng)的襯底正面刻蝕得到預(yù)備有源柵溝槽、預(yù)備副柵溝槽以及預(yù)備假柵溝槽，利用預(yù)備假柵溝槽的槽底作為注入窗口向預(yù)備假柵溝槽下方注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)，并在退火激活第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)后使雜質(zhì)在高溫下擴(kuò)散，以形成第二導(dǎo)電類型浮空區(qū)；

30、對(duì)預(yù)備有源柵溝槽、預(yù)備副柵溝槽以及預(yù)備假柵溝槽進(jìn)行刻蝕，以對(duì)應(yīng)得到有源柵溝槽、副柵溝槽及假柵溝槽；

31、所述預(yù)備有源柵溝槽的槽寬小于有源柵溝槽的槽寬，所述預(yù)備副柵溝槽的槽寬小于副柵溝槽的槽寬，所述預(yù)備假柵溝槽的槽寬小于假柵溝槽的槽寬。

32、所述“第一導(dǎo)電類型”和“第二導(dǎo)電類型”兩者中，對(duì)于n型功率器件，第一導(dǎo)電類型指n型，第二導(dǎo)電類型為p型；對(duì)于p型功率器件，第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型所指的類型與n型器件相反。

33、本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

34、(1)本發(fā)明通過設(shè)置副柵單元及假柵單元降低了輸入電容與輸出電容，降低了導(dǎo)通損耗，通過有源柵單元、副柵單元及假柵單元的排布平衡了耐壓及導(dǎo)通損耗，并尤其優(yōu)化了cgc(柵極-集電極電容)與cge(柵極-發(fā)射極電容)的大小關(guān)系，提高了cgc/cge的值，能夠使集電極-發(fā)射極電壓變化率dv/dt隨柵極電阻rg變化更劇烈，即使rg對(duì)于dv/dtmax的可控性更好。此外還能夠優(yōu)化igbt器件開通階段dv/dtmax與eon的關(guān)系曲線，相較于傳統(tǒng)的igbt器件，本發(fā)明提供的igbt器件在相同rg下可具有更低的eon與更小的dv/dtmax。

35、(2)本發(fā)明在假柵溝槽下方設(shè)置有p型浮空區(qū)，p型浮空區(qū)與n型襯底形成pn結(jié)，能夠產(chǎn)生由p型浮空區(qū)指向襯底正面方向的電場(chǎng)，從而可以在igbt導(dǎo)通時(shí)更好的吸引來自發(fā)射極的空穴在假柵溝槽下堆積，減小位移電流對(duì)有源柵單元的影響，避免空穴在有源柵溝槽下堆積而造成電流過沖、反向恢復(fù)電流大及導(dǎo)通損耗大等問題。此外，堆積在假柵溝槽下方的空穴能夠使igbt在rg相同的情況下較傳統(tǒng)igbt具有更低的開通速度，即在eon相同的情況下較傳統(tǒng)igbt具有更小的dv/dtmax。

36、(3)本發(fā)明通過令假柵溝槽的槽深大于有源柵溝槽的槽深，令有源柵溝槽的槽深大于副柵溝槽的槽深優(yōu)化了igbt的電流路徑，使igbt導(dǎo)通時(shí)來自發(fā)射極的空穴先在假柵溝槽下方堆積，由于副柵溝槽的槽深小于假柵溝槽，在假柵溝槽下方的空穴向有源柵單元兩側(cè)形成的導(dǎo)電溝道移動(dòng)的過程中，空穴由于副柵溝槽與假柵溝槽之間形成的深度差會(huì)堆積于副柵溝槽下方，從而提高導(dǎo)電溝道附近的局部空穴濃度，產(chǎn)生注入增強(qiáng)效應(yīng)，降低igbt的導(dǎo)通壓降。