專利名稱：一種mos型功率器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOS型功率器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造方法是一種平面制造方法，在一個(gè)襯底上形成大量各種類型的復(fù)雜器件，并將其互相連接以具有完整的電子功能。隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，元器件的尺寸越來越小，對(duì)電路的設(shè)計(jì)、制造方面都提出了更高的要求。為了進(jìn)一步提高集成電路的整體性能，需要克服功率器件制造過程中寄生晶閘管造成的閂鎖效應(yīng)，閂鎖效應(yīng)會(huì)形成大電流，并且無(wú)法關(guān)斷，最終會(huì)燒壞器件。因此防止閂鎖效應(yīng)的方法也得到越來越廣泛的應(yīng)用。下面以IGBT功率器件為例作介紹，IGBT具有工作頻率高、導(dǎo)通壓降低、控制電路簡(jiǎn)單、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于功率控制領(lǐng)域。如圖1為典型的η型溝道平面IGBT結(jié)構(gòu)圖，其中1為P型阱區(qū)，2為η型源區(qū)，3為η-型半導(dǎo)體基體，4為ρ型集電區(qū)，5和7為二氧化硅絕緣層，8為門級(jí)多晶硅，9為發(fā)射極金屬，發(fā)射極金屬9與源區(qū)2歐姆接觸，形成發(fā)射極，金屬10為集電極金屬，與集電極區(qū)4歐姆接觸，形成集電極。門極多晶硅8下方，源區(qū)2與半導(dǎo)體基體3之間部分的表面為溝道區(qū)域，當(dāng)給門極施加相對(duì)發(fā)射極低于閾值電壓的正偏電壓時(shí)，溝道區(qū)域無(wú)法反型形成導(dǎo)電通道，源區(qū)2與半導(dǎo)體基體3區(qū)隔斷，在器件未擊穿狀態(tài)下，電流無(wú)法從集電極流至發(fā)射極，器件處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)給門極施加相對(duì)發(fā)射極高于閾值的正偏電壓時(shí)，在ρ型阱區(qū)1內(nèi)緊鄰5區(qū)的表面形成η型導(dǎo)電溝道，源區(qū)2與半導(dǎo)體基體3導(dǎo)通，若集電極10與發(fā)射極9之間正向偏置， η型源區(qū)2內(nèi)的電子將通過P型阱區(qū)1表面的導(dǎo)電溝道流至η-型半導(dǎo)體基體3，在半導(dǎo)體基體，一部分電子與空穴復(fù)合，一部分電子發(fā)射到P集電區(qū)。P集電區(qū)4內(nèi)的空穴注入到3 區(qū)，一部分與電子復(fù)合，一部分流到上表面附近，經(jīng)源區(qū)2下方的P型阱區(qū)1到達(dá)發(fā)射極9， 隨著電流增大，空穴電流增加，在阱區(qū)體電阻上產(chǎn)生的壓降增大，當(dāng)該壓降大到足以使源區(qū) 2和阱區(qū)1之間的PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，寄生晶閘管開啟，門級(jí)電壓無(wú)法控制IGBT的關(guān)斷，IGBT閂鎖，電流急劇增大，導(dǎo)致器件燒毀。因此，減小阱區(qū)的體電阻，防止IGBT H鎖成為IGBT設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的平面IGBT的阱區(qū)摻雜一般為在做完門極多晶硅后，直接進(jìn)行阱注入，阱驅(qū)入時(shí)雜質(zhì)在向下擴(kuò)散的同時(shí)，也在橫向擴(kuò)散，阱區(qū)延伸到門極多晶硅下方，就形成溝道，因此在結(jié)深做深的同時(shí)，溝道的長(zhǎng)度也在做長(zhǎng)。這種阱區(qū)摻雜結(jié)構(gòu)雜質(zhì)分布特點(diǎn)為，阱雜質(zhì)驅(qū)入后，阱的深度和溝道長(zhǎng)度是一個(gè)固定的比例，阱越深，則溝道越長(zhǎng)。為了減小阱區(qū)電阻，有效防止閂鎖，希望阱的深度越深越好，同時(shí)阱的結(jié)深越深，η源區(qū)下方橫向電阻的橫截面積越大，也能減小體電阻。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的方法來講，增大阱區(qū)深度，將會(huì)導(dǎo)致溝道過長(zhǎng)，降低跨導(dǎo)，增大通態(tài)壓降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中采用的MOS型功率器件制造方法，無(wú)法在保證短的溝道長(zhǎng)度下，得到較大阱深的MOS型功率器件。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種MOS型功率器件的制造方法，包括以下步驟(1)于一半導(dǎo)體基體上形成第一氧化層；
(2)于第一層氧化層之上形成多晶硅層；(3)于所述多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層；(4)于所述半導(dǎo)體基體上形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)；(5)去除阻擋層，于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)形成第二導(dǎo)電類型源區(qū)；(6)在多晶硅層之上形成第二氧化層；(7)在源區(qū)和阱區(qū)表面上形成第一金屬層；(8)在所述半導(dǎo)體基體的背面形成背面電極。進(jìn)一步的，所述步驟(4)具體為以氧化層、多晶硅和阻擋層為掩膜，對(duì)半導(dǎo)體基體進(jìn)行1013/Cm2至IO16Cm2劑量的阱區(qū)離子注入。進(jìn)一步的，所述步驟C3)具體為將第一氧化層以及多晶硅層位于半導(dǎo)體基體的兩側(cè)的部分進(jìn)行去除，然后于剩余部分的第一氧化層以及多晶硅層上覆蓋阻擋材料層，對(duì)位于半導(dǎo)體基體的兩側(cè)的阻擋材料層部分進(jìn)行去除，形成兩側(cè)的阻擋層。進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)包括自半導(dǎo)體基體表面向下延伸并相互隔開的第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)和第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型源區(qū)包括自第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)的表面相下延伸的第二導(dǎo)電類型第一源區(qū)，以及自第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)的表面向下延伸的第二導(dǎo)電類型第二源區(qū)。進(jìn)一步的，位于多晶硅兩側(cè)的阻擋層寬度相等。進(jìn)一步的，所述背面電極包括背面電極半導(dǎo)體層以及在背面電極半導(dǎo)體層下表面形成的第二金屬層。進(jìn)一步的，所述的半導(dǎo)體基體為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為N型，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。進(jìn)一步的，所述的半導(dǎo)體基體為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為P型，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明還提供一種MOS型功率器件，由下至上包括 第二金屬層、背面電極半導(dǎo)體層、半導(dǎo)體基體、第一氧化層、多晶硅層、第二氧化層、第一金屬層；其中半導(dǎo)體基體設(shè)有第二導(dǎo)電類型源區(qū)和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)的溝道長(zhǎng)度與阱深的比值大于0小于等于0. 7。進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)包括自半導(dǎo)體基體表面向下延伸并相互隔開的第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)和第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型源區(qū)包括自第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)的表面相下延伸的第二導(dǎo)電類型第一源區(qū)，以及自第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)的表面向下延伸的第二導(dǎo)電類型第二源區(qū)。進(jìn)一步的，所述背面電極包括背面電極半導(dǎo)體層以及在背面電極半導(dǎo)體層下表面形成的第二金屬層。
進(jìn)一步的，所述的半導(dǎo)體基體摻雜類型為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為N型， 所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。進(jìn)一步的，所述的半導(dǎo)體基體摻雜類型為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為P型， 所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。本發(fā)明所提供的一種MOS型功率器件的制造方法，包括以下步驟(1)于一半導(dǎo)體基體上形成第一氧化層；( 于第一層氧化層之上形成多晶硅層；C3)于所述多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層；(4)于所述半導(dǎo)體基體上形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)；(5)去除阻擋層，于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)形成第二導(dǎo)電類型源區(qū)；(6)在多晶硅層之上形成第二氧化層；(7)在源區(qū)和阱區(qū)表面上形成第一金屬層；(8)在所述半導(dǎo)體基體的背面形成背面電極。該方法先在多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層，使得在形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)的過程中，離子注入時(shí)由于阻擋層橫向阻擋，可在保持相同溝道長(zhǎng)度的情況下，得到更深阱深的MOS型功率器件，可有效防止閂鎖效應(yīng)的產(chǎn)生。


圖1為傳統(tǒng)的η型溝道平面IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；圖加至2d為傳統(tǒng)IGBT阱區(qū)結(jié)構(gòu)的制造方法流程圖；圖3a至池為具有本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種MOS型功率器件的制造方法流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種MOS型功率器件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記1第一導(dǎo)電類型阱區(qū)；2第二導(dǎo)電類型源區(qū)；3半導(dǎo)體基體；4背面電極半導(dǎo)體層；5第一層氧化層；6阻擋層；7第二氧化層；8多晶硅層；9第一金屬層；10第二金屬層。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖3a至池為具有本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種MOS型功率器件的制造方法流程圖；如圖3a至池所示的一種MOS型功率器件的制造方法，包括如下步驟(1)如圖3a所示于一半導(dǎo)體基體3上形成第一氧化層5 ；在本實(shí)施例中，第一氧化層具體為厚度在0. 02um至0. 12um的柵氧化層，具體采用熱氧化生在的方式形成于半導(dǎo)體基體上。(2)如圖北所示于第一層氧化層之上形成多晶硅層8 ；在本實(shí)施例中，所述的多晶硅層的厚度為0. 4um-l. Oum，具體采用淀積的方式形成于第一氧化層上。(3)如圖3c所示于所述多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層6 ；在本實(shí)施例中，阻擋層的厚度為0. 4um-l. OOum ；形成阻擋層的具體步驟為首先將第一氧化層以及多晶硅層位于半導(dǎo)體基體的兩側(cè)的部分進(jìn)行去除，然后于剩余部分的第一氧化層以及多晶硅層上覆蓋阻擋材料層，對(duì)位于半導(dǎo)體基體的兩側(cè)的阻擋材料層部分進(jìn)行去除，形成兩側(cè)的阻擋層，該兩側(cè)的阻擋層寬度相等；其中阻擋材料層的材料可以是氮化硅或氮氧化硅以及其他能夠?qū)鍏^(qū)離子注入起到阻擋作用的材料。(4)如圖3d所示于所述半導(dǎo)體基體上形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)1 ；在本實(shí)施例中， 具體地，以氧化層、多晶硅和阻擋層為掩膜，對(duì)半導(dǎo)體基體進(jìn)行1013/Cm2至1015/cm2劑量的阱區(qū)離子注入。(5)如圖!Be所示去除阻擋層，于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)離子注入形成第二導(dǎo)電類型源區(qū)2 ；(6)如圖3f所示在多晶硅層之上形成第二氧化層7，在本實(shí)施例中，第二氧化層通過淀積的方法形成在多晶硅層之上，厚度為0. OSum-lum。(7)如圖3g所示在源區(qū)和阱區(qū)表面上形成第一金屬層9 ；在本實(shí)施例中所述第一金屬層既與第一導(dǎo)電類型阱區(qū)連接，又于第二導(dǎo)電類型源區(qū)連接；第一金屬層通過蒸渡或者濺射的方式形成；第一金屬層的材料可以為銅、鋁、鉬等具體地，在本實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)包括自半導(dǎo)體基體表面向下延伸并相互隔開的第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)和第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型源區(qū)包括自第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)的表面相下延伸的第二導(dǎo)電類型第一源區(qū)，以及自第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)的表面向下延伸的第二導(dǎo)電類型第二源區(qū)。(8)在所述半導(dǎo)體基體的背面形成背面電極。具體地，在本實(shí)施例中，所述背面電極包括背面電極半導(dǎo)體層以及在背面電極半導(dǎo)體層下表面形成的第二金屬層；在某些實(shí)施方式中，所述的背面電極半導(dǎo)體層可以是在加工MOS型功率器件的正面器件結(jié)構(gòu)之前形成，也可以在加工MOS型功率器件的正面器件結(jié)構(gòu)之后形成。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT功率器件結(jié)構(gòu)示意圖；由下至上包括集電極金屬層10、P型集電極區(qū)4、N型半導(dǎo)體基體3、第一氧化層5、多晶硅層8、第二氧化層7、發(fā)射極金屬層9 ；其中半導(dǎo)體基體設(shè)有N+源區(qū)2和P型阱區(qū)1，所述的P型阱區(qū)1的溝道長(zhǎng)度與阱深的比值大于0小于等于0.7。具體地，在本實(shí)施例中，所述P型阱區(qū)1包括自N型半導(dǎo)體3基體表面向下延伸并相互隔開的P型第一阱區(qū)和P型第二阱區(qū)；所述N型源區(qū)2包括自P型第一阱區(qū)的表面相下延伸的N型第一源區(qū)，以及自P型第二阱區(qū)的表面向下延伸的N型第二源區(qū)。具體地，在本實(shí)施例中，所述集電極包括集電極半導(dǎo)體層以及在集電極半導(dǎo)體層下表面形成的集電極金屬層。具體地，在本實(shí)施例中，所述的MOS型功率器件具體為IGBT，其中P型阱區(qū)的深度為H2 = 6um,溝道的長(zhǎng)度為3um，阱區(qū)的體電阻為280 Ω /方，在集電極和發(fā)射極兩端加上電流Ice = 100Α，在柵極和發(fā)射極之間加上電壓Vge = 15V的條件下，器件的導(dǎo)通壓降為 1.6V，在導(dǎo)通壓降不變的情況下，我們?cè)诩姌O和發(fā)射極之間加的電壓Vce = 600V，在柵極和發(fā)射極之間加的電壓Vge = 15V的條件下，得到本IGBT的閂鎖電流為760Α ；而通過現(xiàn)有技術(shù)所得到的如圖1所示的IGBT，在溝道長(zhǎng)度為3um時(shí)，阱區(qū)的深度僅為Hl = 3um，在同樣的測(cè)試條件下，導(dǎo)通壓降也為1.6V，體電阻變成了 300 Ω /方，閂鎖電流為670Α通過以上比較我們可以看到通過本實(shí)例所得的IGBT較于現(xiàn)有技術(shù)所得的IGBT， 阱區(qū)體電阻每方減小了 20 Ω，閂鎖電流增大了 90Α，因此在導(dǎo)通壓降不變的情況下，體電阻減小，閂鎖電流增大，有效地緩減了導(dǎo)通壓降與閂鎖效應(yīng)之間的矛盾。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)于一半導(dǎo)體基體上形成第一氧化層；(2)于第一層氧化層之上形成多晶硅層；(3)于所述多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層；(4)于所述半導(dǎo)體基體上形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)；(5)去除阻擋層，于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)形成第二導(dǎo)電類型源區(qū)；(6)在多晶硅層之上形成第二氧化層；(7)在源區(qū)和阱區(qū)表面上形成第一金屬層；(8)在所述半導(dǎo)體基體的背面形成背面電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述步驟 (4)具體為以氧化層、多晶硅和阻擋層為掩膜，對(duì)半導(dǎo)體基體進(jìn)行1013/Cm2至1015/cm2劑量的阱區(qū)離子注入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述步驟 (3)具體為將第一氧化層以及多晶硅層位于半導(dǎo)體基體的兩側(cè)的部分進(jìn)行去除，然后于剩余部分的第一氧化層以及多晶硅層上覆蓋阻擋材料層，對(duì)位于半導(dǎo)體基體的兩側(cè)的阻擋材料層部分進(jìn)行去除，形成兩側(cè)的阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)包括自半導(dǎo)體基體表面向下延伸并相互隔開的第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)和第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型源區(qū)包括自第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)的表面相下延伸的第二導(dǎo)電類型第一源區(qū)，以及自第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)的表面向下延伸的第二導(dǎo)電類型第二源區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于位于多晶硅兩側(cè)的阻擋層寬度相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述背面電極包括背面電極半導(dǎo)體層以及在背面電極半導(dǎo)體層下表面形成的第二金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述的半導(dǎo)體基體摻雜類型為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為N型，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述的半導(dǎo)體基體摻雜類型為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為P型，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
9.一種MOS型功率器件，其特征在于，由下至上包括第二金屬層、背面電極半導(dǎo)體層、 半導(dǎo)體基體、第一氧化層、多晶硅層、第二氧化層、第一金屬層；其中半導(dǎo)體基體設(shè)有第二導(dǎo)電類型源區(qū)和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)的溝道長(zhǎng)度與阱深的比值大于 0小于等于0. 7。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的一種MOS型功率器件，其特征在于所述第一導(dǎo)電類型阱區(qū)包括自半導(dǎo)體基體表面向下延伸并相互隔開的第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)和第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)；所述第二導(dǎo)電類型源區(qū)包括自第一導(dǎo)電類型第一阱區(qū)的表面相下延伸的第二導(dǎo)電類型第一源區(qū)，以及自第一導(dǎo)電類型第二阱區(qū)的表面向下延伸的第二導(dǎo)電類型第二源區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述背面電極包括背面電極半導(dǎo)體層以及在背面電極半導(dǎo)體層下表面形成的第二金屬層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述的半導(dǎo)體基體摻雜類型為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為N型，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種MOS型功率器件的制造方法，其特征在于所述的半導(dǎo)體基體摻雜類型為N型，所述的背面電極半導(dǎo)體層為P型，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
全文摘要
本發(fā)明所提供了一種MOS型功率器件制造方法，包括以下步驟(1)于一半導(dǎo)體基體上形成第一氧化層；(2)于第一層氧化層之上形成多晶硅層；(3)于所述多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層；(4)于所述半導(dǎo)體基體上形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)；(5)去除阻擋層，于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)形成第二導(dǎo)電類型源區(qū)；(6)在多晶硅層之上形成第二氧化層；(7)在源區(qū)和阱區(qū)表面上形成第一金屬層；(8)在所述半導(dǎo)體基體的背面形成背面電極。該方法先在多晶硅層兩側(cè)形成阻擋層，使得在形成第一導(dǎo)電類型阱區(qū)的過程中，離子注入時(shí)由于阻擋層的橫向阻擋，可在保持相同溝道長(zhǎng)度的情況下，得到更深阱深的MOS型功率器件，可有效防止閂鎖效應(yīng)的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L29/08GK102544083SQ201010586439
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉鵬飛, 吳海平, 謝懷亮 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司