[发明专利]一种优化米勒电容和导通压降的功率器件及制备方法

说明书

本发明公开了一种优化米勒电容和导通压降的功率器件及制备方法，包括衬底，位于衬底左上方的阱区域，阱区域右侧为局部高掺注入区域；阱区域上方依次离子注入形成第二导电类型重掺区和第一导电类型重掺区；阱区域重掺区上方设置发射极，衬底右上方依次生长栅氧化层和栅极，衬底下方设置收集极。本发明通过区域注入方式替代普遍注入方式，确保在阱周边3um～5um的区域进行注入，栅极下方其余位置不进行注入，可以实现注入浓度的提升，从5E11～1E12atom/cmsupgt;2/supgt;增加到3E12～5E12atom/cmsupgt;2/supgt;，从而在不影响米勒(Miller)电容的前提下，降低器件导通压降。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术，尤其涉及一种优化米勒电容和导通压降的功率器件及制备方法。

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。

常规的栅控型功率器件(以IGBT为例)基本结构如图1所示，包含N型衬底4，栅极1，发射极2，收集极3，P型阱区域5，N型重掺区6，改进安全工作区的P型重掺区7。

在器件导通状态下，电子电流和空穴电流的通道如图1所示。其中，电子电流从N型重掺区6出发，流经沟道(栅极1和P型阱区域5相交的区域)，注入N型衬底，从收集极3流出。而空穴电流从收集极3出发，流经N型衬底，P型阱区域，然后在N型重掺区6下方被发射极2吸收。

器件的导通压降主要由N型衬底中的自由电子和空穴的浓度决定。由于增加P+收集极3的掺杂浓度来降低器件导通压降的方法会导致器件在开关过程中的功耗增加，常规设计是通过引入N-注入8(注入浓度大于N型衬底掺杂浓度)来增加器件表面的载流子浓度，从而降低器件的导通压降。采用常规普遍注入方式(没有光罩)来实现。

通过N-注入改善导通压降的同时，由于器件表面载流子浓度增加，会导致米勒(Miller)电容增大，从而致使器件开关速度变慢，功耗增加。在器件的导通压降和米勒电容之间取折中(trade-off)，在改善器件导通压降的同时减少米勒电容的增加。因此，采用常规普遍注入方式实现的N-掺杂浓度较小，保持在5E11～1E12 atom/cm²范围。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种优化米勒电容和导通压降的功率器件及制备方法，通过区域注入方式，实现N-注入浓度的提升，在不影响米勒电容的前提下，降低器件导通压降。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种优化米勒电容和导通压降的功率器件，包括衬底，位于衬底左上方的阱区域，阱区域右侧为局部高掺注入区域；阱区域上方依次离子注入形成第二导电类型重掺区和第一导电类型重掺区；阱区域重掺区上方设置发射极，衬底右上方依次生长栅氧化层和栅极，衬底下方设置收集极。

进一步地，所述阱区域右侧3-5um为局部高掺注入区域。

进一步地，所述衬底和局部高掺注入区域为第一导电类型，所述阱区域和收集极为第二导电类型。

一种优化米勒电容和导通压降的功率器件制备方法，包括步骤：

(1)在衬底上方右侧区域进行光刻，形成光刻胶阻挡区域；

(2)在衬底上方进行离子注入，形成局部高掺注入区域；

(3)去除光刻胶，在衬底上方生长形成栅氧化层和多晶硅层，然后通过光刻和刻蚀工艺形成多晶硅栅极；

(4)以栅极作为阻挡层，进行P型阱离子注入，然后进行热过程推进，形成阱区域；