[發(fā)明專利]一種帶有波浪型場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體器件及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810115022.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN108511512A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉鋒;張小雙;童鑫;吳其祥;劉斯揚(yáng);陸生禮;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);東南大學(xué)—無錫集成電路技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

一種帶有波浪型場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體器件，包括：P型襯底(1)，在P型襯底(1)上方設(shè)有N型緩沖層(2)，N型緩沖層(2)上設(shè)有N型外延層(3)且N型外延層(3)被劃分為元胞區(qū)、過渡區(qū)和終端區(qū)，在元胞區(qū)內(nèi)設(shè)有柵極溝槽(4?1)、(4?2)，在過渡區(qū)設(shè)有柵極溝槽(4?3)、(4?4)、(4?5)，在柵極溝槽(4?1)、(4?2)之間設(shè)有P型體區(qū)(6)，P型體區(qū)(6)內(nèi)設(shè)有重?fù)诫sN型發(fā)射極(7)，其特征在于，終端區(qū)內(nèi)設(shè)有波浪型、交疊狀離子擴(kuò)散區(qū)(10)，在波浪型離子擴(kuò)散區(qū)(10)內(nèi)設(shè)有離子注入?yún)^(qū)(10?1)、(10?2)、(10?3)。本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)能夠抑制器件關(guān)斷時(shí)刻所產(chǎn)生的電場(chǎng)尖峰，從而抑制動(dòng)態(tài)雪崩。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有波浪型場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體器件及其制備方法，功率半導(dǎo)體器件主要用于大功率電機(jī)傳動(dòng)、機(jī)車牽引和高壓輸電等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件具有阻斷電壓高、導(dǎo)通壓降低、驅(qū)動(dòng)電路簡單、可控性好和安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)。功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于各種能源變換系統(tǒng)中，諸如輸電系統(tǒng)(高壓直流傳輸和無線電力傳輸)、運(yùn)輸系統(tǒng)(鐵路，磁浮列車和航空航天)和工業(yè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(變速驅(qū)動(dòng))等。隨著工業(yè)變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的功率半導(dǎo)體器件被應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中。這些功率半導(dǎo)體器件需要在高壓、大電流的條件下實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)，往往會(huì)在大電流關(guān)斷時(shí)，即功率半導(dǎo)體器件從正向?qū)顟B(tài)向反向偏壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，誘發(fā)動(dòng)態(tài)雪崩，導(dǎo)致器件失效，影響器件的魯棒性。因此，在保持器件的耐壓能力、低導(dǎo)通壓降的基礎(chǔ)上提高器件的動(dòng)態(tài)雪崩魯棒性是功率半導(dǎo)體器件的重要發(fā)展方向，對(duì)功率器件的發(fā)展具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出了一種帶有波浪型場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體器件及其制備方法。該結(jié)構(gòu)通過施加波浪型場(chǎng)限環(huán)降低功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)在關(guān)斷時(shí)刻由于空穴電流集中而急劇升高的表面電場(chǎng)，從而有效的抑制了動(dòng)態(tài)雪崩現(xiàn)象。

本發(fā)明提供如下結(jié)構(gòu)技術(shù)方案：

一種帶有波浪型場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體器件及其制備方法，包括：P型襯底，在所述的P型襯底底部設(shè)有陽極金屬層作為器件的集電極，在P型襯底上方設(shè)有N型緩沖層，N型緩沖層上設(shè)有N型外延層且所述N型外延層被劃分為元胞區(qū)、過渡區(qū)和終端區(qū)，在N型外延層上設(shè)有場(chǎng)氧化層，在元胞區(qū)內(nèi)設(shè)有兩個(gè)元胞區(qū)柵極溝槽，在過渡區(qū)設(shè)有三個(gè)過渡區(qū)柵極溝槽，在兩個(gè)元胞區(qū)柵極溝槽之間設(shè)有P型體區(qū)，P型體區(qū)內(nèi)設(shè)有重?fù)诫sN型發(fā)射極，元胞區(qū)柵極溝槽和過渡區(qū)柵極溝槽側(cè)壁及底部設(shè)有柵氧化層，在柵氧化層內(nèi)部充填有作為器件柵極的多晶硅，其特征在于，終端區(qū)內(nèi)設(shè)有波浪型、交疊狀離子擴(kuò)散區(qū)，在波浪型離子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)設(shè)有三個(gè)離子注入?yún)^(qū)。其制備方法如下：

第一步：首先外延生長重?fù)诫sN型緩沖層和淺摻雜N型外延層，隨后生長場(chǎng)氧化層；

第二步：刻蝕注入窗口，通過全晶圓注入的形式注入P型雜質(zhì)，形成相互間隔的離子注入?yún)^(qū)，在經(jīng)過1175℃退火擴(kuò)散生成波浪型離子擴(kuò)散區(qū)，其中離子注入?yún)^(qū)的注入能量介于10～100keV之間，注入劑量介于1e12～1el4cm～2之間；

第三步：刻蝕柵極溝槽，生長柵極氧化層，隨后淀積多晶硅形成柵極；

第四步：刻蝕多晶硅，自對(duì)準(zhǔn)全晶圓注入P型雜質(zhì)并退火形成P型體區(qū)，其中，P型體區(qū)的注入能量介于10keV～120keV之間，注入劑量介于1e11～4e14cm-2之間；

第五步：刻蝕注入窗口，通過全晶圓注入的形式注入N型雜質(zhì)，并退火形成重?fù)诫sN型發(fā)射區(qū)，其中，N型發(fā)射區(qū)的注入能量介于10keV～80keV之間，注入劑量介于1e13～1e17cm-2之間；

第六步：刻蝕場(chǎng)氧化層形成接觸孔，然后金屬層淀積、光刻、刻蝕，形成金屬發(fā)射極；

第七步：在N型緩沖層底部通過全晶圓注入的形式注入P型雜質(zhì)，激光退火最終形成P型襯底并作為器件的集電極。