[发明专利]一种功率半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种功率半导体器件及其制造方法。

背景技术

众所周知，闩锁效应是限制功率半导体器件中的栅控晶体管的工作电流的主要因素。如果形成于n+源区下的p-阱通道流动的空穴流增加，导致p-阱和源区间存在一电压差。当电压差高于某一定值时(约0.7V)，即通常所指寄生的NPN管的发射极与基极正偏，栅控晶体管中的寄生晶体管便开始工作，器件发生闩锁。闩锁不仅使器件的栅失去控制功能，严重时，器件的电流不断增强导致芯片的温度升高直至烧毁。

以图1A和图1B所示的绝缘栅双极型晶体管IGBT为例讲述闩锁效应的原理，IGBT器件闩锁效应发生在器件寄生的NPN管被触发处于放大工作状态，当IGBT器件集电极端出现的小信号ΔI_C经过晶闸管的反馈回路，PNP管的基极信号电流变为αNPN/(1-αNPN)*αPNP*ΔIC；此信号经过PNP管放大至1/(1-α_PNP)倍。则时，即α_PNP+α_NPN≥1，此小信号将经过循环放大直至器件烧毁。

有种现有工艺从缩短N+源区的长度入手，参见图2，通过在N+源区下设置埋层电极30，使空穴电流不必绕过整个N+源区的长度，而之间通过埋层电极到达发射极。该方法需要开发高能量注射金属(Ti、Co、Mo)离子的工艺，而且该方法形成的埋层电极并不是真正意义上的金属或者导体电极，只是掺杂了金属离子的半导体，其效果是否比掺杂高浓度的P型材料的半导体好还有待验证。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种功率半导体器件及其制造方法，一改善闩锁效应，减少工艺掩膜，减小芯片的尺寸。

本发明实施例是这样实现的，一种功率半导体器件，包括：

形成于半导体衬底上的半导体层；

形成于所述半导体层上的阱区；

所述阱区中间填充有一电极接触层，所述电极接触层与所述半导体层表面平齐；

所述电极接触层两侧分别有横向扩散的源区，底面有扩散深阱，并且源区、深阱区、电极接触层两两接触。

本发明实施例还提供了一种功率半导体器件，包括：

单晶；

形成于单晶正面的阱区；

所述阱区中间填充有与所述单晶表面平齐的电极接触层；

所述电极接触层两侧分别有横向扩散的源区，底面有扩散深阱，并且源区、深阱区、电极接触层两两接触。

本发明实施例还提供了一种功率半导体器件的制造方法，包括以下步骤：

在形成于半导体衬底上的半导体层或第二导电类型的单晶正面上依次形成氧化层、氮化硅层；

在氮化硅层上形成光刻胶图形，用于限定阱区，然后用光刻胶图形的掩模，除去氮化硅，用残留的氮化硅层作掩模，将杂质离子注入阱区，扩散形成第一导电类型的阱；

同样以氮化硅为掩模，向阱中注入杂质离子，形成第二导电类型的源区；以氮化硅为掩模，刻蚀氧化硅层和半导体层，其深度要比源区深，然后向其中注入杂质离子，形成浓度较阱区高的第一导电类型的扩散区；

除去氮化硅层，向半导体层表面淀积一层电极接触层，该电极接触层需要将刻蚀的阱区填满，然后使电极接触层与半导体层表面相平。

本发明实施例中，将形成于半导体层上的阱区中部掏空，在其中填充一与半导体层表面平齐的电极接触层，而电极接触层侧面有横向扩散的源区，因此源区尺寸完全由其横向扩散的宽度决定，即器件的源区的横向尺寸可以达到最小，减小位于P-阱中源区下寄生的横向电阻，阻止寄生的NPN管工作在放大状态，从而抑制器件的闩锁效应，如果电极接触层采用金属等导电性能良好的材料构成，效果将更好。

附图说明

图1A和图1B为绝缘栅双极型晶体管IGBT的结构原理以及发生闩锁效应时的信号流向图；

图2是现有技术提供的采用功率半导体器件的结构原理图；

图3-1至图3-16本发明实施例提供的功率半导体器件的一种工艺制作流程示意图；

图4A和图4B是本发明实施例提供的功率半导体器件的两种结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。