[发明专利]改进栅控型功率器件安全工作区性能的自对准工艺

说明书

本发明公开了一种改进栅控型功率器件安全工作区性能的自对准工艺，在进行重掺杂P型注入之前，在栅极端部向发射极接触孔的方向形成衬垫结构，然后以该衬垫结构作为阻挡进行重掺杂P型注入，重掺杂P型注入之后，去除衬垫结构。本发明能够通过调节氮化层沉积的时间、气体流量和压力等工艺参数来调节衬垫结构的宽度，从而能够将重掺杂P型区和栅极之间距离缩短至1um之内，从而能够大幅提高栅控型功率器件的安全工作区性能；本发明通过衬垫结构进行阻挡，不再需要光刻胶阻挡就能实现重掺杂P型注入的自对准，从根本上消除了发射极接触孔与栅极两层之间的光刻工艺对位存在的偏差对器件的影响；本发明工艺简单，有利于器件性能一致性的提高。

技术领域

本发明涉及栅控型功率器件，特别是涉及改进栅控型功率器件安全工作区性能的自对准工艺。

背景技术

栅控型功率器件(如功率MOSFET和IGBT)是现代通用的电力半导体器件，主要应用于新能源、机车牵引、智能电网、高压变频器等领域。通过电力半导体器件对电能进行变换及控制，节能效果可达10％-40％。在全球气候变暖的背景下，栅控型功率器件应用技术是被公认的实现全球能效和二氧化碳减排目标的最佳综合性方法之一。

现有技术中的栅控型功率器件在加工过程中，空穴电流流经重掺杂N型区下方，被发射极吸收。由于发射极和重掺杂N型区始终处于零电位，因此重掺杂N型区下方的P型区(P型区包括P型井和重掺杂P型区)会存在掺杂电阻，结合空穴电流，会导致重掺杂N型区与P型区之间存在电位差。当空穴电流增加时，特别是器件关断时，该电位差可能会大于0.7V，导致P/N节开启，器件闩锁，从而热击穿，引起器件失效。因此，现有技术对重掺杂P型区进行了改进，常规手段是通过发射极接触孔进行硼注入工艺。但是，由于发射极接触孔与栅极两层之间的光刻工艺对位存在偏差，为了确保重掺杂P型区不会影响器件的其他电学性能，通常重掺杂P型区和栅极之间必须保持较大的间距。为了改善器件的安全工作区性能，通常需要加强重掺杂P型区的掺杂浓度，但是由于重掺杂P型区和栅极之间间距较大，随着器件电流能力需求的增大，加强重掺杂P型区掺杂浓度的难度也越来越大。因此，如何缩小重掺杂P型区和栅极之间的间距则是现有技术中存在的难题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种改进栅控型功率器件安全工作区性能的自对准工艺，能够通过控制衬垫结构的宽度来控制重掺杂P型区和栅极之间的间距，从而缩小重掺杂P型区和栅极之间的间距。

技术方案：本发明所述的改进栅控型功率器件安全工作区性能的自对准工艺，在进行重掺杂P型注入之前，在栅极端部向发射极接触孔的方向形成衬垫结构，然后以该衬垫结构作为阻挡进行重掺杂P型注入，重掺杂P型注入之后，去除衬垫结构。

进一步，所述重掺杂P型注入之后，通过刻蚀的方式去除衬垫结构。

进一步，所述刻蚀的方式采用热磷酸湿法刻蚀和氢氟酸湿法刻蚀。

进一步，所述形成衬垫结构之前，进行以下操作：先进行栅极的沉积和刻蚀，然后进行氧化层、氮化层的沉积。

进一步，所述衬垫结构通过各向异性刻蚀形成。

有益效果：本发明公开了一种改进栅控型功率器件安全工作区性能的自对准工艺，与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1)本发明能够通过调节氮化层沉积的时间、气体流量和压力等工艺参数来调节衬垫结构的宽度，从而能够将重掺杂P型区和栅极之间距离缩短至1um之内，远小于发射极接触孔和栅极之间的1.5um～2.0um的间距，从而能够大幅提高栅控型功率器件的安全工作区性能；

2)本发明通过衬垫结构进行阻挡，不再需要光刻胶阻挡就能实现重掺杂P型注入的自对准，从根本上消除了发射极接触孔与栅极两层之间的光刻工艺对位存在的偏差对器件的影响；

3)本发明工艺简单，有利于器件性能一致性的提高。

附图说明