[发明专利]一种优化米勒电容的功率器件及制备方法

说明书

本发明公开了一种优化米勒电容的功率器件，包括N型衬底、位于N型衬底下方的集电极、位于N型衬底上层边缘的P型井、位于P型井中的重掺杂N型区和重掺杂P型区、位于重掺杂N型区和重掺杂P型区上方的发射极、位于N型衬底上层中间的栅氧化层和位于栅氧化层上方的栅极，所述栅氧化层中间部分厚度大于边缘部分厚度，栅氧化层下方电子电流和空穴电流流经的区域处于栅氧化层边缘部分所在区域，栅氧化层边缘部分为常规栅氧厚度，在不影响器件导通压降的情况下，减小器件的米勒电容。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术，尤其涉及一种优化米勒电容的功率器件。

背景技术

栅控型功率器件(如功率MOSFET和IGBT)是现代通用的电力半导体器件，主要应用于新能源、机车牵引、智能电网、高压变频器等领域。通过电力半导体器件对电能进行变换及控制，节能效果可达10％-40％。在全球气候变暖的背景下，栅控型功率器件应用技术是被公认的实现全球能效和二氧化碳减排目标的最佳综合性方法之一。

常规的栅控型功率器件(以IGBT为例)基本结构包含N型衬底，栅极，发射极，集电极，P型井，重掺杂的N型区，改进安全工作区的重掺杂P型区。器件在导通状态下，电子电流从N型区出发，流经沟道(栅极和P型井相交的区域)，注入N型衬底，从集电极流出。而空穴电流从集电极出发，流经N型衬底，P型井，然后在重掺杂的N型区下方被发射极吸收。

从IGBT器件设计角度来看，单位面积下原胞数目的增加可以有效降低器件的导通压降，从而改善器件整体功耗。但是，过为密集的原胞设计会导致器件在极限工作条件(特别是短路状态)下热失效的风险加大。特别是高压功率(大于1700V)器件，相比低压(600V和1200V)器件，更高的电压结合短路状态下的大电流会致使器件局部温度的急剧上升，导致短路失效，最终器件烧毁。

常规IGBT器件设计会对原胞数目进行优化，适当增加相邻原胞的间距尺寸，使器件导通压降和极限短路能力的矛盾达到了折中。大幅度提升器件的鲁棒性和极限状态下的可靠性。

然而增加相邻原胞的间距尺寸会变相导致米勒电容的增大，从而致使器件开关速度变慢，功耗增加。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是设计一种优化米勒电容的功率器件。

本发明同时提供一种功率器件的制备方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种优化米勒电容的功率器件，包括N型衬底、位于N型衬底下方的集电极、位于N型衬底上层边缘的P型井、位于P型井中的重掺杂N型区和重掺杂P型区、位于重掺杂N型区和重掺杂P型区上方的发射极、位于N型衬底上层中间的栅氧化层和位于栅氧化层上方的栅极，所述栅氧化层包括中间部分及边缘部分；中间部分厚度大于边缘部分。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是，该功率器件增加了栅氧化层中间部分的厚度，减小了器件的米勒电容。

本发明还提供一种优化米勒电容的功率器件，采用以下技术方案：

一种优化米勒电容的功率器件，包括N型衬底、位于N型衬底下方的集电极、位于N型衬底上层边缘的P型井、位于P型井中的重掺杂N型区和重掺杂P型区、位于重掺杂N型区和重掺杂P型区上方的发射极、位于N型衬底上层中间的栅氧化层和位于栅氧化层上方的栅极，所述栅氧化层包括中间部分及边缘部分；中间部分的厚度为2000-5000埃；边缘部分的厚度为1000-1500埃。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是，该功率器件增加了栅氧化层中间部分的厚度，减小了器件的米勒电容。

本发明提供一种优化米勒电容的功率器件的制备方法，包括以下步骤：