一種改善擴散區域形貌的功率器件制造技術

本實用新型專利技術提出了一種改善擴散區域形貌的功率器件，該功率器件包括襯底、外延層、埋層、源區，源區與外延層之間的埋層為導電溝道區，在靠近導電溝道區的外延層內形成有預擴散區，該功率器件還包括柵介質層、柵極、介質層、正面金屬層、背面擴散區和背面金屬層。本實用新型專利技術預擴散區使埋層向外延層平緩擴展，改善了溝道邊緣擴散區域的形貌，優化了器件在高溫高壓下的電場分布，從而降低器件在高溫高壓下的漏電水平，能夠大幅提高功率MOSFET、IGBT等功率器件的熱可靠性，適合高溫、大功率環境下工作的需要，并且制造過程與現有的功率器件工藝完全兼容，結構簡單、制造方便，提高了生產效率和成品率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于基本電氣元件領域，涉及半導體器件，特別涉及一具有改善擴散區域形貌的功率器件。
技術介紹
目前，功率MOSFET和IGBT的正面工藝主要包括如下步驟:以N型襯底上制備的器件為例進行說明，在N型襯底上，先用光刻技術定義出有源區，然后生長柵氧化層，再注入N型雜質改善器件J-FET效應，然后沉積多晶硅，用光刻定義并刻蝕出圖形，并在沒有多晶硅和柵氧化層的區域注入P型離子并驅入形成P-擴散區，在P-擴散區分別用光刻定義并注入P型離子和N型離子形成P+區和N+區，然后在上面生長硼磷硅玻璃當作正面柵極、漏極的隔離層，接著用光刻定義出接觸孔并刻蝕掉隔離層，淀積上AlSi層并用光刻定義出連接線及柵極、漏極金屬層，刻蝕金屬后再做最外面的表面鈍化層，最后光刻定義出封裝接觸孔。在以上現有技術中，由于P-擴散區域的表層有一層比襯底濃的N型區域，在P型擴散的時候由于濃度問題導致表面的P型摻雜不容易橫向擴散而造成P型區域的形貌不是很理想，從而導致器件在可靠性測試過程中容易造成表面漏電而失效。現有的改善方法有增加P-BODY區的雜質濃度使得PN結兩側的P型濃度大于N型濃度，從而改善P型的擴散之后的形貌。還有一種提高熱可靠性的方法，在柵區和發射極之間設置的隔離層為氮化硅和摻磷氮化硅組成復合薄膜，這種方法雖然能夠提高器件的熱穩定性，但是沒有從根本上解決器件表面附近擴散區域形貌不理想、復合中心多、漏電大的問題。
技術實現思路
本技術旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種改善擴散區域形貌的功率器件。為了實現本技術的上述目的，根據本技術的第一個方面，本技術提供了一種改善擴散區域形貌的功率器件，包括襯底及其上形成的外延層，所述外延層與所述襯底均為N型摻雜；在所述外延層內形成有埋層，所述埋層的上表面與外延層的上表面位于同一平面，所述埋層為P型摻雜；在所述埋層內形成有源區，所述源區的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述源區為N型摻雜類；在所述外延層內形成有預擴散區，所述預擴散區與所述埋層連接，且所述預擴散區的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述預擴散區為P型摻雜；在所述外延層的上表面上形成有柵介質層和柵極，所述柵介質層和柵極覆蓋在埋層及所述源區的一部分之上；在所述柵極和外延層之上形成有介質層和正面金屬層；在所述襯底之下形成有背面擴散區；以及在所述背面擴散區之下形成有背面金屬層。本技術采用預擴散區，使埋層向外延層平緩擴展，本技術改善了溝道邊緣擴散區域的形貌，特別是在N型外延層中制備P型導電溝道的情形，由于采用預擴散區使溝道表面的P型載流子濃度提高，有利于擴散區P型摻雜的擴散，最終使得P型擴散區的形貌向N型外延層平緩延伸，從而優化了器件在高溫高壓下的電場分布，從而降低器件在高溫高壓下的漏電水平，能夠大幅提高功率MOSFET、IGBT等功率器件的熱可靠性。適合高溫、大功率環境下工作的需要。在本技術的一種優選實施例中，所述埋層內包括有與所述源區相連的導電溝道區和注入擴散區，所述導電溝道區位于源區與所述預擴散區之間且導電溝道區的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述注入擴散區位于源區的下方，所述導電溝道區與所述注入擴散區均為P型摻雜。在本技術的另一種優選實施例中，所述導電溝道區與所述預擴散區相連。本技術的導電溝道區與預擴散區相連，提高了導電溝道區邊緣的載流子濃度，降低了埋層內摻雜粒子橫向擴展的阻力，從而使埋層在形成過程中其內的摻雜粒子能夠向外延層橫向平緩擴展，改善了溝道邊緣擴散區域的形貌，優化了器件在高溫高壓下的電場分布，降低器件在高溫高壓下的漏電水平。在本技術的一種優選實施例中，所述導電溝道區的深度小于所述注入擴散區和源區的深度之和。在本技術的另一種優選實施例中，所述導電溝道區為輕摻雜，所述注入擴散區為重摻雜。本技術通過控制導電溝道區的深度以及注入擴散區和源區的深度之和，并通過將埋層進行不均勻的摻雜，能夠降低器件的導通電阻，提高器件的耐壓水平。在本技術的一種優選實施例中，所述預擴散區沿外延層深度方向的寬度逐漸變小。在本技術的另一種優選實施例中，所述預擴散區沿外延層深度的剖面為鍥形。本技術在外延層的上表面處，該預擴散區較寬，隨著向外延層內部深入，預擴散區的寬度逐漸變小，從而使預擴散區越靠近外延層表面的載流子濃度越高，越靠近外延層表面，埋層內摻雜粒子的橫向擴展阻力降低越明顯。在本技術的一種優選實施例中，所述預擴散區的深度為0-5000A，所述預擴散區的濃度為E10-E13。在本技術的另一種優選實施例中，所述介質層由二氧化硅和硼磷硅玻璃形成。本技術介質層能夠提高器件的工作可靠性，適合高溫、大功率環境下的需要。本技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術的實踐了解到。附圖說明本技術的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是本技術改善擴散區域形貌的功率器件的一種優選實施方式的結構示意圖；圖2-圖8是圖1中所示改善擴散區域形貌的功率器件的工藝步驟示意圖。附圖標記:I襯底；2外延層；3預擴散區；4導電溝道區；5注入擴散區；6源區；7柵介質層；8柵極；9 二氧化娃層；10硼磷娃玻璃層；11正面金屬層；12背面擴散區；13背面金屬層。具體實施方式下面詳細描述本技術的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本技術，而不能理解為對本技術的限制。在本技術的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本技術的限制。在本技術的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。圖1是本技術改善擴散區域形貌的功率器件的一種優選實施方式的結構示意圖，圖中僅僅是示意的給出了各區域的尺寸，具體的尺寸可以根據器件參數的要求進行設計。從圖中可見，該改善擴散區域形貌的功率器件包括襯底1，該襯底I可以是制備功率MOSFET或IGBT的任何襯底材料，具體可以是但不限于SO1、硅、鍺、砷化鎵，在本實施方式中，優選采用硅，該襯底I為輕摻雜，其摻雜類型為N型，在該襯底I上形成有外延層2，該外延層2的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相同，該外延層2的摻雜類型為N型。在外延層2內形成有埋層，埋層的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相反，即該埋層為P型摻雜，該埋層包括導電溝道區4和注入擴散區5，外延層2相對于埋層部分地暴露。在本技術的一種優本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善擴散區域形貌的功率器件，其特征在于，包括：襯底及其上形成的外延層，所述外延層與所述襯底均為N型摻雜；在所述外延層內形成有埋層，所述埋層的上表面與外延層的上表面位于同一平面，所述埋層為P型摻雜；在所述埋層內形成有源區，所述源區的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述源為N型摻雜；在所述外延層內形成有預擴散區，所述預擴散區與所述埋層連接，且所述預擴散區的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述預擴散區為P型摻雜；在所述外延層的上表面上形成有柵介質層和柵極，所述柵介質層和柵極覆蓋在埋層及所述源區的一部分之上；在所述柵極和外延層之上形成有介質層和正面金屬層；在所述襯底之下形成有背面擴散區；以及在所述背面擴散區之下形成有背面金屬層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：樂雙申，徐旭東，李旺勤，
申請(專利權)人：寧波比亞迪半導體有限公司，
類型：新型
國別省市：浙江;33