降低单粒子效应的沟槽型IGBT的抗辐射加固结构

本发明属于半导体，具体涉及一种沟槽型igbt的抗辐射加固结构，能够有效提升该类型器件的单粒子效应性能。

背景技术：

1、功率半导体器件广泛用于工业自动化、能源传输和转换、汽车电子、可再生能源系统、家用电器以及个人电子设备等领域，主要可以分为两大类，即功率分立器件和功率集成电路。其中，功率分立器件包括二极管、晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)等。而igbt结合了mosfet和普通双极性晶体管(bjt)的优点，在高电压和大电流的情况下广泛应用。

2、相较于传统igbt，沟槽型igbt拥有更低的导通压降，这有助于减小器件工作时的热损失，从而提高了效率。它们的沟槽结构还使得开关速度更快，特别适合高频率应用。同时，这种结构还允许在更小的硅面积上集成更多的功率单元，实现了器件尺寸的缩小和电流密度的增加。因此，沟槽型igbt在实现更高功率与开关性能的同时还能提供良好的能效和性能平衡，让它们在对效率、尺寸和热性能有着较严格要求的场合得到了广泛应用。尽管如此，沟槽型igbt的抗辐射性能相对较弱，在辐射环境下，沟槽可能会集中更多由辐射导致的电荷，从而影响器件的性能。同时，igbt在重粒子入射后容易引发闩锁效应(latch-up)，形成正反馈回路，电流不断增大，进一步引发单粒子烧毁(seb)，严重影响器件性能。

3、因此，针对这一问题，有必要降低单粒子效应对沟槽型igbt性能的影响，提高seb阈值，本发明的实施例就是在这种背景下出现的。

技术实现思路

1、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降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构。

2、传统沟槽型igbt结构如图1所示，其拥有一个垂直于晶体管表面的沟槽栅道，这个沟槽在硅片上刻出并通常用多晶硅填充，沟槽内侧覆有较薄的二氧化硅层，作为栅极和基体之间的绝缘层。这层氧化物通过电容效应传递栅极上的电压信号，控制晶体管导通或截止。这种设计和普通igbt相比增加了栅极控制区域的面积，从而降低开启电阻和导通损耗，而同时增强器件的开关特性和效率。但这种结构在受到重粒子辐射的情况下更容易积累电荷导致闩锁，进一步引发单粒子烧毁。因此就需要通过手段对其进行加固。

3、为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

4、一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，在第一导电类型重掺杂区03的下方添加阱区内薄层氧化层12，阻碍电流路径，降低反馈电流，同时降低发射极端电场，抑制闩锁效应的发生，进而解决重粒子辐照后沟槽型igbt容易发生seb的问题。

5、作为优选方式，第二导电类型重掺杂集电极04上有第一导电类型漂移区08，第一导电类型漂移区08中有控制栅槽01，控制栅槽01中包含重掺杂多晶硅控制栅02，在重掺杂多晶硅控制栅02上方有栅氧层05，在重掺杂多晶硅控制栅02两侧、第一导电类型漂移区08上方有第二导电类型阱区06，第二导电类型阱区06内有第一导电类型重掺杂区03及第二导电类型重掺杂区07组成发射极，第二导电类型阱区06与第一导电类型重掺杂区03之间有阱区内薄层氧化层12隔开，在第一导电类型重掺杂区03、第二导电类型重掺杂区07及栅氧化层05的上方有金属10，金属10的上方覆盖有介质层09。

6、作为优选方式，阱区内薄层氧化层12的厚度小于0.2μm。

7、作为优选方式，所述结构通过如下步骤的制备方法得到：

8、1)在外延层上生长第一导电类型漂移区08及第二导电类型阱区06；

9、2)在第一导电类型漂移区08内刻蚀形成控制栅槽01；

10、3)在有源区中控制栅槽01的内部，形成覆盖侧壁的栅介质；随后在有源区中淀积栅电极；

11、4)刻蚀栅电极，引出栅极金属；

12、5)在第二导电类型阱区06刻蚀一定深度，生长阱区内薄层氧化层12以及第一导电类型重掺杂区03，注入第二导电类型重掺杂区07；

13、6)在器件上方依次生长栅氧化层05、金属10、介质层09；

14、7)在发射极刻蚀出发射极接触孔，引出发射极金属；

15、8)在集电极刻蚀出集电极接触孔，引出集电极金属。

16、作为优选方式，在添加氧化层的基础上提高发射极p型重掺杂区域的注入深度进一步抽取空穴，提升器件的单粒子性能。

17、作为优选方式，调整内部添加的阱区内薄层氧化层12的长度来调节器件的单粒子性能，并且阱区内薄层氧化层12等分成多段，采用横向等间隔的分段式分布结构减小对器件基本性能的影响。

18、作为优选方式，该结构适用于分离栅结构。

19、本发明的有益效果为：

20、通过在发射极n型重掺杂区域的下方添加氧化层，阻碍电流路径，降低反馈电流，同时降低发射极端电场，抑制闩锁效应的发生，提高了沟槽型igbt的seb阈值，实现了针对单粒子效应的加固。

技术特征：

1.一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于：在第一导电类型重掺杂区(03)的下方添加阱区内薄层氧化层(12)，阻碍电流路径，降低反馈电流，同时降低发射极端电场，抑制闩锁效应的发生，进而解决重粒子辐照后沟槽型igbt容易发生seb的问题。

2.根据权利要求1所述的一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于：第二导电类型重掺杂集电极(04)上有第一导电类型漂移区(08)，第一导电类型漂移区(08)中有控制栅槽(01)，控制栅槽(01)中包含重掺杂多晶硅控制栅(02)，在重掺杂多晶硅控制栅(02)上方有栅氧层(05)，在重掺杂多晶硅控制栅(02)两侧、第一导电类型漂移区(08)上方有第二导电类型阱区(06)，第二导电类型阱区(06)内有第一导电类型重掺杂区(03)及第二导电类型重掺杂区(07)组成发射极，第二导电类型阱区(06)与第一导电类型重掺杂区(03)之间有阱区内薄层氧化层(12)隔开，在第一导电类型重掺杂区(03)、第二导电类型重掺杂区(07)及栅氧化层(05)的上方有金属(10)，金属(10)的上方覆盖有介质层(09)。

3.根据权利要求1或2所述的一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于：阱区内薄层氧化层(12)的厚度小于0.2μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于通过如下步骤的制备方法得到：

5.根据权利要求1或2所述的一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于：在添加氧化层的基础上提高发射极p型重掺杂区域的注入深度进一步抽取空穴，提升器件的单粒子性能。

6.根据权利要求1或2所述的一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于：调整内部添加的阱区内薄层氧化层(12)的长度来调节器件的单粒子性能，并且阱区内薄层氧化层(12)等分成多段，采用横向等间隔的分段式分布结构减小对器件基本性能的影响。

7.根据权利要求1或2所述的一种降低单粒子效应的沟槽型igbt的抗辐射加固结构，其特征在于：该结构适用于分离栅结构。

技术总结本发明提供一种降低单粒子效应的沟槽型IGBT的抗辐射加固结构，在发射极N型重掺杂区域的下方添加薄层氧化层，阻碍电流路径，降低反馈电流，同时降低发射极端电场，抑制闩锁效应的发生，进而解决重粒子辐照后沟槽型IGBT容易发生SEB的问题，提高了SEB阈值，实现了单粒子效应的加固。通过调整内部添加的薄层氧化层的长度来调节器件的单粒子性能，并可以采用分段式结构减小对器件基本性能的影响。以此可以设计出抗辐射性能更强的沟槽型IGBT功率半导体器件。技术研发人员：周锌,陈辰,疏鹏,王钊,乔明,张波受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29