[发明专利]一种带有波浪型场限环结构的功率半导体器件及其制备方法

说明书

一种带有波浪型场限环结构的功率半导体器件，包括：P型衬底(1)，在P型衬底(1)上方设有N型缓冲层(2)，N型缓冲层(2)上设有N型外延层(3)且N型外延层(3)被划分为元胞区、过渡区和终端区，在元胞区内设有栅极沟槽(4‑1)、(4‑2)，在过渡区设有栅极沟槽(4‑3)、(4‑4)、(4‑5)，在栅极沟槽(4‑1)、(4‑2)之间设有P型体区(6)，P型体区(6)内设有重掺杂N型发射极(7)，其特征在于，终端区内设有波浪型、交叠状离子扩散区(10)，在波浪型离子扩散区(10)内设有离子注入区(10‑1)、(10‑2)、(10‑3)。本发明器件结构能够抑制器件关断时刻所产生的电场尖峰，从而抑制动态雪崩。

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及一种带有波浪型场限环结构的功率半导体器件及其制备方法，功率半导体器件主要用于大功率电机传动、机车牵引和高压输电等领域。

背景技术

功率半导体器件具有阻断电压高、导通压降低、驱动电路简单、可控性好和安全工作区大等优点。功率半导体器件广泛应用于各种能源变换系统中，诸如输电系统(高压直流传输和无线电力传输)、运输系统(铁路，磁浮列车和航空航天)和工业驱动系统(变速驱动)等。随着工业变速驱动技术的迅速发展，越来越多的功率半导体器件被应用电机驱动电路中。这些功率半导体器件需要在高压、大电流的条件下实现高频开关，往往会在大电流关断时，即功率半导体器件从正向导通状态向反向偏压状态转换时，诱发动态雪崩，导致器件失效，影响器件的鲁棒性。因此，在保持器件的耐压能力、低导通压降的基础上提高器件的动态雪崩鲁棒性是功率半导体器件的重要发展方向，对功率器件的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种带有波浪型场限环结构的功率半导体器件及其制备方法。该结构通过施加波浪型场限环降低功率半导体器件结构在关断时刻由于空穴电流集中而急剧升高的表面电场，从而有效的抑制了动态雪崩现象。

本发明提供如下结构技术方案：

一种带有波浪型场限环结构的功率半导体器件及其制备方法，包括：P型衬底，在所述的P型衬底底部设有阳极金属层作为器件的集电极，在P型衬底上方设有N型缓冲层，N型缓冲层上设有N型外延层且所述N型外延层被划分为元胞区、过渡区和终端区，在N型外延层上设有场氧化层，在元胞区内设有两个元胞区栅极沟槽，在过渡区设有三个过渡区栅极沟槽，在两个元胞区栅极沟槽之间设有P型体区，P型体区内设有重掺杂N型发射极，元胞区栅极沟槽和过渡区栅极沟槽侧壁及底部设有栅氧化层，在栅氧化层内部充填有作为器件栅极的多晶硅，其特征在于，终端区内设有波浪型、交叠状离子扩散区，在波浪型离子扩散区内设有三个离子注入区。其制备方法如下：

第一步：首先外延生长重掺杂N型缓冲层和浅掺杂N型外延层，随后生长场氧化层；

第二步：刻蚀注入窗口，通过全晶圆注入的形式注入P型杂质，形成相互间隔的离子注入区，在经过1175℃退火扩散生成波浪型离子扩散区，其中离子注入区的注入能量介于10～100keV之间，注入剂量介于1e12～1el4cm～2之间；

第三步：刻蚀栅极沟槽，生长栅极氧化层，随后淀积多晶硅形成栅极；

第四步：刻蚀多晶硅，自对准全晶圆注入P型杂质并退火形成P型体区，其中，P型体区的注入能量介于10keV～120keV之间，注入剂量介于1e11～4e14cm-2之间；

第五步：刻蚀注入窗口，通过全晶圆注入的形式注入N型杂质，并退火形成重掺杂N型发射区，其中，N型发射区的注入能量介于10keV～80keV之间，注入剂量介于1e13～1e17cm-2之间；

第六步：刻蚀场氧化层形成接触孔，然后金属层淀积、光刻、刻蚀，形成金属发射极；

第七步：在N型缓冲层底部通过全晶圆注入的形式注入P型杂质，激光退火最终形成P型衬底并作为器件的集电极。