[發(fā)明專利]改進(jìn)柵控型功率器件安全工作區(qū)性能的自對準(zhǔn)工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811201838.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109494254A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉劍;鄭澤人;龔大衛(wèi);王玉林
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州國揚(yáng)電子有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/739;H01L21/336;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: 饒欣

本發(fā)明公開了一種改進(jìn)柵控型功率器件安全工作區(qū)性能的自對準(zhǔn)工藝，在進(jìn)行重?fù)诫sP型注入之前，在柵極端部向發(fā)射極接觸孔的方向形成襯墊結(jié)構(gòu)，然后以該襯墊結(jié)構(gòu)作為阻擋進(jìn)行重?fù)诫sP型注入，重?fù)诫sP型注入之后，去除襯墊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)氮化層沉積的時(shí)間、氣體流量和壓力等工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)襯墊結(jié)構(gòu)的寬度，從而能夠?qū)⒅負(fù)诫sP型區(qū)和柵極之間距離縮短至1um之內(nèi)，從而能夠大幅提高柵控型功率器件的安全工作區(qū)性能；本發(fā)明通過襯墊結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻擋，不再需要光刻膠阻擋就能實(shí)現(xiàn)重?fù)诫sP型注入的自對準(zhǔn)，從根本上消除了發(fā)射極接觸孔與柵極兩層之間的光刻工藝對位存在的偏差對器件的影響；本發(fā)明工藝簡單，有利于器件性能一致性的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柵控型功率器件，特別是涉及改進(jìn)柵控型功率器件安全工作區(qū)性能的自對準(zhǔn)工藝。

背景技術(shù)

柵控型功率器件(如功率MOSFET和IGBT)是現(xiàn)代通用的電力半導(dǎo)體器件，主要應(yīng)用于新能源、機(jī)車牽引、智能電網(wǎng)、高壓變頻器等領(lǐng)域。通過電力半導(dǎo)體器件對電能進(jìn)行變換及控制，節(jié)能效果可達(dá)10％-40％。在全球氣候變暖的背景下，柵控型功率器件應(yīng)用技術(shù)是被公認(rèn)的實(shí)現(xiàn)全球能效和二氧化碳減排目標(biāo)的最佳綜合性方法之一。

現(xiàn)有技術(shù)中的柵控型功率器件在加工過程中，空穴電流流經(jīng)重?fù)诫sN型區(qū)下方，被發(fā)射極吸收。由于發(fā)射極和重?fù)诫sN型區(qū)始終處于零電位，因此重?fù)诫sN型區(qū)下方的P型區(qū)(P型區(qū)包括P型井和重?fù)诫sP型區(qū))會存在摻雜電阻，結(jié)合空穴電流，會導(dǎo)致重?fù)诫sN型區(qū)與P型區(qū)之間存在電位差。當(dāng)空穴電流增加時(shí)，特別是器件關(guān)斷時(shí)，該電位差可能會大于0.7V，導(dǎo)致P/N節(jié)開啟，器件閂鎖，從而熱擊穿，引起器件失效。因此，現(xiàn)有技術(shù)對重?fù)诫sP型區(qū)進(jìn)行了改進(jìn)，常規(guī)手段是通過發(fā)射極接觸孔進(jìn)行硼注入工藝。但是，由于發(fā)射極接觸孔與柵極兩層之間的光刻工藝對位存在偏差，為了確保重?fù)诫sP型區(qū)不會影響器件的其他電學(xué)性能，通常重?fù)诫sP型區(qū)和柵極之間必須保持較大的間距。為了改善器件的安全工作區(qū)性能，通常需要加強(qiáng)重?fù)诫sP型區(qū)的摻雜濃度，但是由于重?fù)诫sP型區(qū)和柵極之間間距較大，隨著器件電流能力需求的增大，加強(qiáng)重?fù)诫sP型區(qū)摻雜濃度的難度也越來越大。因此，如何縮小重?fù)诫sP型區(qū)和柵極之間的間距則是現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)柵控型功率器件安全工作區(qū)性能的自對準(zhǔn)工藝，能夠通過控制襯墊結(jié)構(gòu)的寬度來控制重?fù)诫sP型區(qū)和柵極之間的間距，從而縮小重?fù)诫sP型區(qū)和柵極之間的間距。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的改進(jìn)柵控型功率器件安全工作區(qū)性能的自對準(zhǔn)工藝，在進(jìn)行重?fù)诫sP型注入之前，在柵極端部向發(fā)射極接觸孔的方向形成襯墊結(jié)構(gòu)，然后以該襯墊結(jié)構(gòu)作為阻擋進(jìn)行重?fù)诫sP型注入，重?fù)诫sP型注入之后，去除襯墊結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述重?fù)诫sP型注入之后，通過刻蝕的方式去除襯墊結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述刻蝕的方式采用熱磷酸濕法刻蝕和氫氟酸濕法刻蝕。

進(jìn)一步，所述形成襯墊結(jié)構(gòu)之前，進(jìn)行以下操作：先進(jìn)行柵極的沉積和刻蝕，然后進(jìn)行氧化層、氮化層的沉積。

進(jìn)一步，所述襯墊結(jié)構(gòu)通過各向異性刻蝕形成。

有益效果：本發(fā)明公開了一種改進(jìn)柵控型功率器件安全工作區(qū)性能的自對準(zhǔn)工藝，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果：

1)本發(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)氮化層沉積的時(shí)間、氣體流量和壓力等工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)襯墊結(jié)構(gòu)的寬度，從而能夠?qū)⒅負(fù)诫sP型區(qū)和柵極之間距離縮短至1um之內(nèi)，遠(yuǎn)小于發(fā)射極接觸孔和柵極之間的1.5um～2.0um的間距，從而能夠大幅提高柵控型功率器件的安全工作區(qū)性能；

2)本發(fā)明通過襯墊結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻擋，不再需要光刻膠阻擋就能實(shí)現(xiàn)重?fù)诫sP型注入的自對準(zhǔn)，從根本上消除了發(fā)射極接觸孔與柵極兩層之間的光刻工藝對位存在的偏差對器件的影響；

3)本發(fā)明工藝簡單，有利于器件性能一致性的提高。

附圖說明