[发明专利]一种具有局域金属寿命控制的功率器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率器件及其制作方法，具体涉及一种具有局域金属寿命控制的功率器件及其制作方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各种变频电路，斩波电路的应用不断扩大，这些电力电子电路中的回路有的采用换流关断的晶闸管，有的采用具有自关断能力的新型电力电子器件，这两种器件都需要一个与之并联的快速恢复二极管。早期的工艺条件要求可能引入少的复合中心进行半导体器件制造，但这样制造的器件具有较慢的开关速度，难以满足对高频应用的需求。为了满足电力电子系统对高频性能要求，无论是开关管，还是续流用的二极管，都需要用受控的方法将复合中心引入晶格，降低少子寿命，提高器件的开关速度。如果对器件有更高频的要求，则需要引入更多的复合中心同时在结构上进行优化。

在器件中引入复合中心，目前通常采用两种方式。第一种是对硅中呈现深能级的杂质进行热扩散；第二种是通过高能粒子轰击硅晶体，在晶体中产生空穴和间隙原子形式的晶格损伤。第一种通常采用重金属金或铂，由于其扩散速度快，无法精确控制深度，因此为全局寿命控制方式。第二种方式通常为电子辐照、氢注入或氦注入。电子辐照通常为贯穿方式，即复合中心在器件中的分布是恒定的，因此仍旧为全局寿命控制。氢注入和氦注入可以通过控制注入能量实现限定深度注入，在最有效区域实现寿命控制，即通常说的局域寿命控制，局域寿命控制技术是高端器件常用的寿命控制方式。

全局寿命控制方式对器件的开关特性通常是不利的，不利于提高器件的折中特性，目前的深能级重金属掺杂方式因为实现方法受限，未能实现局域寿命控制，通常应用于低端器件。而现有局域寿命控制手段依赖于价格高昂的离子注入设备，通常意味着更高的加工成本，现阶段高能离子注入设备均需从国外进口。从市场上看，少见低于1200V器件采用局域寿命控制方式，成本高是主要原因。另外需要关注的是，无论何种方式引入的复合中心，其复合中心如果位于空间电荷区内，在反向偏置工作时，也是产生中心，对于靠近禁带中央能级位置的复合中心，则意味更大的反向漏电。此时，金，氢和氦是不利的，铂是最优的。因为掺铂复合中心远离禁带中间位置，在所有寿命控制方式中具有最明显低漏电优势，所以铂器件有利于获得更高的结温限，应用于更高电压。需要说明的是，对于快恢复二极管，复合中心距 离PN结越近，越有利于折中特性的提高，因此，在相同漏电水平下，如果采用局域铂的方式进行寿命控制，铂可进入空间电荷区内，其折中特性会优于采用氢或氦局域寿命控制的芯片。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种具有局域金属寿命控制的功率器件及其制作方法，实现金属局域寿命控制。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种具有局域金属寿命控制的功率器件，所述功率器件包括衬底和其上形成的P+区共同构成的PN结，在所述衬底N-层上生长有氧化层；其改进之处在于，在P+区内设有深能级掺杂层；

所述衬底为均匀掺杂的N型硅衬底，所述N型硅衬底包括依次分布的衬底N-层以及衬底N+层；

进一步地，所述深能级掺杂层掺入的杂质为金或铂，其剂量为1×10¹²cm^-2～1×10¹⁶cm^-2。

进一步地，所述氧化层形成有源区窗口，在所述有源区窗口上推结形成P+区。

进一步地，所述深能级掺杂层分布在功率器件轴向范围内，用于实现功率器件局域金属寿命控制。

本发明还提供一种具有局域金属寿命控制的功率器件的制作方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、初始氧化：在H₂和O₂的气氛、900℃-1100℃下，对清洗后的均匀掺杂的N型硅衬底氧化1-10小时，在其表面生长8000-20000埃的氧化层；

B、形成有源区：在均匀掺杂的N型硅衬底上涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶形成有源区窗口；

C、形成PN结：在有源区窗口上生长300-500埃氧化层作为掩蔽层，后续进行剂量为1×10¹³cm^-2～1×10¹⁵cm^-2的硼离子注入，形成硼离子注入层，并在1200℃、氮气气氛下推结形成1-20um的P+区；

D、在有源区表面补注入浓硼：能量20-50千电子伏，注入剂量1e13cm-2～1e15cm-2，于900℃下恒温1小时退火进行激活；