[發明專利]改善UIS性能的溝槽式功率半導體器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201410443846.2
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN105448732B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 丁永平;哈姆扎·耶爾馬茲;王曉彬;馬督兒·博德
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 吳俊

本發明涉及一種用于功率轉換的MOSFET半導體器件，旨在提供具有較好非鉗位感性開關切換能力的溝槽式功率半導體器件，優化溝槽式功率半導體器件的高雪崩擊穿能力并提供制備該器件的方法。具有向下延伸至有源區臺面結構內的第一接觸孔，和具有向下延伸至過渡區臺面結構內的第二接觸孔，其中第一接觸孔的深度值、寬度值分別對應比第二接觸孔的深度值、寬度值要大。

技術領域

本發明涉及一種用于功率轉換的MOSFET半導體器件，更確切的說，本發明旨在提供具有較好非鉗位感性開關切換能力的溝槽式功率半導體器件，優化溝槽式功率半導體器件的雪崩擊穿能力并提供制備該器件的方法。

背景技術

在功率半導體器件中，基于晶體管單元密度和其他各種優勢的考慮，柵極可以形成在自半導體硅襯底的表面向下延伸的溝槽之中，典型的范例就是溝槽式金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，其他的例如還包括溝槽式的絕緣柵極雙極晶體管等，它們有一個公共的特征，就是都包括各類具有各種功能的溝槽，但出于器件自身結構的特性，某些時候，很多溝槽底部處的電場強度顯示出為器件的最高電場水平，在電壓升高到器件進入雪崩的點上，在溝槽的角部雪崩擊穿過程中將出現碰撞電離，會發生擊穿產生雪崩電流。雪崩擊穿一般容易導致熱載流子效應，當接近柵極氧化層處發生擊穿時，一個不良后果是熱載流子可以被捕獲注入至柵極氧化層，這可以損傷或斷裂柵極氧化層，誘發功率器件長期的可靠性問題。此外，這樣的溝槽常常成為器件達到高擊穿電壓的限制因素。

另一個問題是，如果在低電流水平雪崩擊穿期間，終端區發生擊穿不會過大的妨礙器件的性能，此時器件無需擔憂安全工作問題。但是一旦在一些特殊的工作期間，例如非鉗位感性開關(UIS)切換期間，由于電路系統中電感的電流不會突變，導致器件往往要承受一些比較大的電壓強度，相當于器件處于高電流水平雪崩擊穿事件期間，面積有限的終端區很可能將無法安全有效地處理功率損耗，因為一個功率器件不可能消減器件有效晶體管單元的面積而無限地給終端區分配過大的面積，而后果就是，終端區的擊穿會作為一個負面效應來影響了器件的安全工作區域(SOA)，這都是我們所不期望發生的。

正是鑒于現有技術所面臨的該等各種棘手難題，本發明認為很有必要將器件限定在安全工作區域(SOA)和設定在最優的非鉗位感性開關(UIS)條件下，重新調整分布于器件的電場強度，使功率轉換器件具備較佳的SOA和良好的UIS能力，所以本發明就是在這一前提下提出了后續內容中的各項實施方案。

發明內容

在一個實施例中，本發明提出了一種溝槽式功率半導體器件的制備方法，包括以下步驟：提供一個半導體襯底，包含底部襯底及位于底部襯底上方的外延層；刻蝕外延層，形成一個環形隔離溝槽和位于隔離溝槽內側的有源溝槽，在隔離溝槽附近的一個有源溝槽與隔離溝槽之間具有一個有源至終端過渡區，介于有源區和終端區之間；填充導電材料至隔離溝槽內，并在有源溝槽內制備柵極；沉積一個絕緣鈍化層覆蓋在半導體襯底上方；刻蝕絕緣鈍化層及過渡區、有源區各自的臺面結構，形成貫穿絕緣鈍化層、向下延伸至有源區臺面結構內的第一接觸孔，和形成貫穿絕緣鈍化層、向下延伸至過渡區臺面結構內的第二接觸孔；第一接觸孔的深度值、寬度值分別對應比第二接觸孔的深度值、寬度值要大。

上述方法，半導體襯底具第一導電類型，在沉積絕緣鈍化層之前，先在外延層的頂部植入摻雜物形成一個第二導電類型的本體層；以及隨后至少在有源區的本體層的頂部植入摻雜物形成一個第一導電類型的頂部摻雜層。

上述方法，在形成接觸孔的步驟中：將一掩膜覆蓋在絕緣鈍化層上方，并至少形成掩膜中的第一、第二開口；用第一開口來刻蝕制備第一接觸孔的同時，還用第二開口來刻蝕制備第二接觸孔，第一開口比第二開口的尺寸要大。

上述方法，在形成接觸孔的步驟中：將一第一掩膜覆蓋在絕緣鈍化層之上并在第一掩膜中至少形成第一開口，以第一開口刻蝕制備第一接觸孔；剝離第一掩膜后，將一第二掩膜覆蓋在絕緣鈍化層之上并在第二掩膜中至少形成第二開口，以第二開口刻蝕制備第二接觸孔；第一開口比第二開口具有更大的開口尺寸。