功率器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路及车辆与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种功率器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路及车辆。

背景技术：

1、沟槽型碳化硅功率器件具有电流密度大，元胞节距(cell pitch)小等优点，应用广泛。但现有的沟槽型碳化硅功率器件的沟槽底部和槽角的高电场导致栅氧化层上的电场很高，栅氧化层易击穿。

2、图1是现有技术中的一种沟槽型碳化硅功率器件的结构示意图，参考图1，现有技术中为避免栅氧化层3被击穿，在源极沟槽1下方是增加p+电场屏蔽区4。然而，沟槽型碳化硅功率器件的电流导通通道为栅极沟槽2两侧的垂直沟道，在增加p+电场屏蔽区后垂直沟道的电流导通能力受到影响，造成导通电阻增加。

技术实现思路

1、本发明提供了一种功率器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路及车辆，以降低器件的导通电阻。

2、根据本发明的一方面，提供了一种功率器件，包括：

3、依次层叠设置的衬底和外延层；

4、所述外延层包括源极沟槽和至少两个栅极沟槽；其中，所述源极沟槽和所述至少两个栅极沟槽位于所述外延层远离所述衬底的一侧；

5、所述外延层远离所述衬底的表面还包括第一导电类型区和第二导电类型区；所述第二导电类型区位于所述第一导电类型区远离所述衬底的一侧，所述第一导电类型区和所述第二导电类型区位于所述源极沟槽和所述栅极沟槽之间以及相邻的所述栅极沟槽之间。

6、可选的，所述源极沟槽和所述至少两个栅极沟槽内均包括氧化物层和多晶硅层，所述氧化物层位于所述多晶硅层与所述外延层之间；

7、所述功率器件还包括绝缘层和源极金属；所述绝缘层位于所述栅极沟槽内，且所述绝缘层位于所述多晶硅层和所述氧化物层远离所述衬底的一侧；所述源极金属设置于所述绝缘层远离所述衬底的一侧，所述源极沟槽与所述栅极沟槽之间的所述第二导电类型区和所述源极金属接触，相邻所述栅极沟槽之间的所述第二导电类型区和所述源极金属接触，所述源极沟槽内的所述多晶硅层和所述源极金属接触。

8、可选的，所述绝缘层远离所述衬底的表面与所述第二导电类型区远离所述衬底的表面之间的高度差小于或等于0.1um。

9、可选的，每一所述栅极沟槽的宽度相等，相邻所述栅极沟槽之间的间距相等。

10、可选的，所述栅极沟槽的数量为2-4个；

11、每一所述栅极沟槽的宽度大于或等于0.1um，且小于或等于0.3um，相邻所述栅极沟槽之间的间距大于或等于0.1um，且小于或等于0.3um。

12、可选的，沿所述衬底指向所述外延层的方向，所述绝缘层的厚度大于或等于0.1um，且小于所述第二导电类型区的厚度。

13、可选的，所述源极沟槽包括第一源极沟槽和第二源极沟槽，所述至少两个栅极沟槽位于所述第一源极沟槽和所述第二源极沟槽之间；

14、所述第一源极沟槽和所述第二源极沟槽内的外延层表面均设置有电场屏蔽区。

15、可选的，所述功率器件还包括：

16、漏极金属和钝化层；

17、所述钝化层设置于所述源极金属远离所述衬底的一侧；

18、所述漏极金属设置于所述衬底远离所述外延层的一侧。

19、根据本发明的另一方面，提供了一种功率模块，包括基板与至少一个如本发明任意实施例所述的功率器件，所述基板用于承载所述功率器件。

20、根据本发明的另一方面，提供了一种功率转换电路，所述功率转换电路用于电流转换、电压转换、功率因数校正中的一个或多个；

21、所述功率转换电路包括电路板以及至少一个北风那么任意实施例所述的功率器件，所述功率器件与所述电路板电连接。

22、根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括负载以及本发明任意实施例所述的功率转换电路，所述功率转换电路用于将交流电转换为直流电、将交流电转换为交流电、将直流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电后，输入到所述负载。

23、根据本发明的另一方面，提供了一种功率器件的制备方法，包括：

24、在衬底的一侧设置外延层；

25、在所述外延层远离所述衬底的表面形成第一导电类型层和第二导电类型层；其中，所述第二导电类型层位于所述第一导电类型层远离所述衬底的一侧；

26、处理所述第一导电类型层和所述第二导电类型层以及所述外延层，形成第一导电类型区、第二导电类型区、源极沟槽和至少两个栅极沟槽；其中，所述第一导电类型区和所述第二导电类型区位于所述源极沟槽和所述栅极沟槽之间以及相邻的所述栅极沟槽之间，所述第一导电类型区为处理后保留的所述第一导电类型层，所述第二导电类型区为处理后保留的所述第二导电类型层。

27、可选的，处理所述第一导电类型层和所述第二导电类型层以及所述外延层，形成第一导电类型区、第二导电类型区、源极沟槽和至少两个栅极沟槽包括：

28、刻蚀所述第一导电类型层、所述第二导电类型层和所述外延层形成所述源极沟槽；

29、在源极沟槽内的外延层表面形成电场屏蔽区；

30、刻蚀所述第一导电类型层、所述第二导电类型层和所述外延层形成所述至少两个栅极沟槽、所述第一导电类型区和所述第二导电类型区。

31、可选的，处理所述第一导电类型层和所述第二导电类型层以及所述外延层，形成第一导电类型区、第二导电类型区、源极沟槽和至少两个栅极沟槽之后，还包括：

32、在所述源极沟槽和所述至少两个栅极沟槽内依次形成氧化物层和多晶硅层；其中，所述氧化物层位于所述多晶硅层与所述外延层之间；

33、去除每一所述栅极沟槽内的部分所述多晶硅层和部分所述氧化物层；

34、在所述栅极沟槽内的所述多晶硅层和所述氧化物层远离所述衬底的一侧形成绝缘层；

35、在所述绝缘层远离所述衬底的一侧形成源极金属；其中，所述源极沟槽与所述栅极沟槽之间的所述第二导电类型区和所述源极金属接触，相邻所述栅极沟槽之间的所述第二导电类型区和所述源极金属接触，所述源极沟槽内的所述多晶硅层和所述源极金属接触。

36、本发明实施例通过设置外延层远离衬底的一侧具有至少两个栅极沟槽，第一导电类型区和第二导电类型区位于源极沟槽和栅极沟槽之间以及相邻的栅极沟槽之间，使得一个功率器件具有多个电流导通通道，降低了功率器件的导通电阻。本发明实施例通过改变元胞内栅极沟槽的数量，在相同的结构周期下增加了栅极沟槽40的数量，增加了电流导通通道，降低了产品的导通电阻。

37、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种功率器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的功率器件，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的功率器件，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：

8.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，还包括：

9.一种功率模块，其特征在于，包括基板与至少一个如权利要求1-8任一项所述的功率器件，所述基板用于承载所述功率器件。

10.一种功率转换电路，其特征在于，所述功率转换电路用于电流转换、电压转换、功率因数校正中的一个或多个；

11.一种车辆，其特征在于，包括负载以及如权利要求10所述的功率转换电路，所述功率转换电路用于将交流电转换为直流电、将交流电转换为交流电、将直流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电后，输入到所述负载。

12.一种功率器件的制备方法，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的功率器件的制备方法，其特征在于，处理所述第一导电类型层和所述第二导电类型层以及所述外延层，形成第一导电类型区、第二导电类型区、源极沟槽和至少两个栅极沟槽包括：

14.根据权利要求12所述的功率器件的制备方法，其特征在于，处理所述第一导电类型层和所述第二导电类型层以及所述外延层，形成第一导电类型区、第二导电类型区、源极沟槽和至少两个栅极沟槽之后，还包括：

技术总结本发明公开了一种功率器件及其制备方法、功率模块、功率转换电路及车辆。功率器件包括：依次层叠设置的衬底和外延层；所述外延层包括源极沟槽和至少两个栅极沟槽；其中，所述源极沟槽和所述至少两个栅极沟槽位于所述外延层远离所述衬底的一侧；所述外延层远离所述衬底的表面还包括第一导电类型区和第二导电类型区；所述第二导电类型区位于所述第一导电类型区远离所述衬底的一侧，所述第一导电类型区和所述第二导电类型区位于所述源极沟槽和所述栅极沟槽之间以及相邻的所述栅极沟槽之间。本发明实施例可以降低器件的导通电阻。技术研发人员：罗成志,钟敏,伍术受保护的技术使用者：长飞先进半导体（武汉）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29