一种改善扩散区域形貌的功率器件及其制造方法技术

本发明专利技术提出了一种改善扩散区域形貌的功率器件及其制造方法，该功率器件包括衬底、外延层、埋层、源区，源区与外延层之间的埋层为导电沟道区，在靠近导电沟道区的外延层内形成有预扩散区，该功率器件还包括栅介质层、栅极、介质层、正面金属层、背面扩散区和背面金属层。本发明专利技术预扩散区使埋层向外延层平缓扩展，改善了沟道边缘扩散区域的形貌，优化了器件在高温高压下的电场分布，从而降低器件在高温高压下的漏电水平，能够大幅提高功率MOSFET、IGBT等功率器件的热可靠性，适合高温、大功率环境下工作的需要，并且制造过程与现有的功率器件工艺完全兼容，结构简单、制造方便，提高了生产效率和成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种改善扩散区域形貌的功率器件及其制造方法
本专利技术属于基本电气元件领域，涉及半导体器件的制备，特别涉及一种在栅氧化层做完之后注入一层浅层低浓度的扩散区域来改善扩散区域形貌的功率器件及其制造方法。
技术介绍
目前，功率MOSFET和IGBT的正面工艺主要包括如下步骤：以N型衬底上制备的器件为例进行说明，在N型衬底上，先用光刻技术定义出有源区，然后生长栅氧化层，再注入N型杂质改善器件J-FET效应，然后沉积多晶硅，用光刻定义并刻蚀出图形，并在没有多晶硅和栅氧化层的区域注入P型离子并驱入形成P-扩散区，在P-扩散区分别用光刻定义并注入P型离子和N型离子形成P+区和N+区，然后在上面生长硼磷硅玻璃当作正面栅极、漏极的隔离层，接着用光刻定义出接触孔并刻蚀掉隔离层，淀积上AlSi层并用光刻定义出连接线及栅极、漏极金属层，刻蚀金属后再做最外面的表面钝化层，最后光刻定义出封装接触孔。在以上现有技术中，由于P-扩散区域的表层有一层比衬底浓的N型区域，在P型扩散的时候由于浓度问题导致表面的P型掺杂不容易横向扩散而造成P型区域的形貌不是很理想，从而导致器件在可靠性测试过程中容易造成表面漏电而失效。现有的改善方法有增加P-BODY区的杂质浓度使得PN结两侧的P型浓度大于N型浓度，从而改善P型的扩散之后的形貌。还有一种提高热可靠性的方法，在栅区和发射极之间设置的隔离层为氮化硅和掺磷氮化硅组成复合薄膜，这种方法虽然能够提高器件的热稳定性，但是没有从根本上解决器件表面附近扩散区域形貌不理想、复合中心多、漏电大的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种改善扩散区域形貌的功率器件及其制造方法。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种改善扩散区域形貌的功率器件，包括衬底及其上形成的外延层，所述外延层的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同；在所述外延层内形成有埋层，所述埋层的上表面与外延层的上表面位于同一平面，所述埋层的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反；在所述埋层内形成有源区，所述源区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述源区的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相同；在所述外延层内形成有预扩散区，所述预扩散区与所述埋层连接，且所述预扩散区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述预扩散区的掺杂类型与所述埋层的掺杂类型相同；在所述外延层的上表面上形成有栅介质层和栅极，所述栅介质层和栅极覆盖在埋层及所述源区的一部分之上；在所述栅极和外延层之上形成有介质层和正面金属层；在所述衬底之下形成有背面扩散区；以及在所述背面扩散区之下形成有背面金属层。本专利技术采用预扩散区，使埋层向外延层平缓扩展，本专利技术改善了沟道边缘扩散区域的形貌，特别是在N型外延层中制备P型导电沟道的情形，由于采用预扩散区使沟道表面的P型载流子浓度提高，有利于扩散区P型掺杂的扩散，最终使得P型扩散区的形貌向N型外延层平缓延伸，从而优化了器件在高温高压下的电场分布，从而降低器件在高温高压下的漏电水平，能够大幅提高功率MOSFET、IGBT等功率器件的热可靠性。适合高温、大功率环境下工作的需要。在本专利技术的一种优选实施例中，所述埋层内包括有与所述源区相连的导电沟道区和注入扩散区，所述导电沟道区位于源区与所述预扩散区之间且导电沟道区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述注入扩散区位于源区的下方，所述导电沟道区与所述注入扩散区的掺杂类型与所述埋层的掺杂类型相同。在本专利技术的另一种优选实施例中，所述导电沟道区与所述预扩散区相连。本专利技术的导电沟道区与预扩散区相连，提高了导电沟道区边缘的载流子浓度，降低了埋层内掺杂粒子横向扩展的阻力，从而使埋层在形成过程中其内的掺杂粒子能够向外延层横向平缓扩展，改善了沟道边缘扩散区域的形貌，优化了器件在高温高压下的电场分布，降低器件在高温高压下的漏电水平。在本专利技术的一种优选实施例中，所述导电沟道区的深度小于所述注入扩散区和源区的深度之和。在本专利技术的另一种优选实施例中，所述导电沟道区为轻掺杂，所述注入扩散区为重掺杂。本专利技术通过控制导电沟道区的深度以及注入扩散区和源区的深度之和，并通过将埋层进行不均匀的掺杂，能够降低器件的导通电阻，提高器件的耐压水平。在本专利技术的一种优选实施例中，所述预扩散区沿外延层深度方向的宽度逐渐变小。在本专利技术的另一种优选实施例中，所述预扩散区沿外延层深度的剖面为锲形。本专利技术在外延层的上表面处，该预扩散区较宽，随着向外延层内部深入，预扩散区的宽度逐渐变小，从而使预扩散区越靠近外延层表面的载流子浓度越高，越靠近外延层表面，埋层内掺杂粒子的横向扩展阻力降低越明显。在本专利技术的一种优选实施例中，所述预扩散区的深度为0-5000A，所述预扩散区的浓度为E10-E13。在本专利技术的另一种优选实施例中，所述介质层由二氧化硅和硼磷硅玻璃形成。本专利技术介质层能够提高器件的工作可靠性，适合高温、大功率环境下的需要。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种改善扩散区域形貌的功率器件的制造方法，其包括如下步骤：S1：提供衬底并在所述衬底上形成外延层，所述外延层的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同；S2：在所述外延层之上形成栅介质层和栅极；S3：所述外延层内形成预扩散区和埋层，所述埋层的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反，所述预扩散区的掺杂类型与所述埋层的掺杂类型相同，其中，所述预扩散区位于所述外延层和所述埋层之间且位于栅介质层之下，所述预扩散区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述埋层的上表面与外延层的上表面位于同一平面；S4：在所述埋层内形成有源区，所述源区的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相同，其中，所述源区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面；S5：在所述栅极和源区之上形成介质层，并在所述介质层之上形成正面金属层，所述正面金属层通过所述接触孔与所述源区相连；S6：在所述衬底之下形成背面扩散区，所述背面扩散区为重掺杂；S7：在所述背面扩散区之下形成有背面金属层。本专利技术的制造方法通过预扩散区使得制作的器件具有优良的热稳定性，能够大幅提高MOSFET、IGBT等功率器件的热可靠性，并且制造过程与现有的功率器件工艺完全兼容，具有结构简单、制造方便等显著特点，提高了生产效率和成品率。在本专利技术的一种优选实施例中，当所述埋层包括导电沟道区和注入扩散区时，所述步骤S51具体包括以下步骤：在所述外延层内形成埋层的区域全部进行轻掺杂；在所述埋层的注入扩散区进行重掺杂。本专利技术通过将埋层进行不均匀的掺杂，能够降低器件的导通电阻，提高器件的耐压水平。在本专利技术的另一种优选实施例中，所述步骤S3具体包括以下步骤：S31：在栅介质层之下的外延层内形成预扩散区；S51：在外延层内形成埋层。在本专利技术的再一种优选实施例中，所述步骤S3具体包括以下步骤：S51：在外延层内形成埋层；S31：在栅介质层之下的外延层内形成预扩散区。本专利技术可以在埋层之前形成预扩散区，也可以在埋层之后形成预扩散区，提高了制备过程的灵活性。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，包括：衬底及其上形成的外延层，所述外延层的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同；在所述外延层内形成有埋层，所述埋层的上表面与外延层的上表面位于同一平面，所述埋层的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反；在所述埋层内形成有源区，所述源区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述源区的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相同；在所述外延层内形成有预扩散区，所述预扩散区与所述埋层连接，且所述预扩散区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述预扩散区的掺杂类型与所述埋层的掺杂类型相同；在所述外延层的上表面上形成有栅介质层和栅极，所述栅介质层和栅极覆盖在埋层及所述源区的一部分之上；在所述栅极和外延层之上形成有介质层和正面金属层；在所述衬底之下形成有背面扩散区；以及在所述背面扩散区之下形成有背面金属层。

【技术特征摘要】
1.一种改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，包括：衬底及其上形成的外延层，所述外延层的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同；在所述外延层内形成有埋层，所述埋层的上表面与外延层的上表面位于同一平面，所述埋层的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相反；在所述埋层内形成有源区，所述源区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述源区的掺杂类型与所述外延层的掺杂类型相同；在所述外延层内形成有预扩散区，所述预扩散区与所述埋层连接，且所述预扩散区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述预扩散区的掺杂类型与所述埋层的掺杂类型相同；在所述外延层的上表面上形成有栅介质层和栅极，所述栅介质层和栅极覆盖在埋层及所述源区的一部分之上；在所述栅极和外延层之上形成有介质层和正面金属层；在所述衬底之下形成有背面扩散区；以及在所述背面扩散区之下形成有背面金属层，所述埋层内包括有与所述源区相连的导电沟道区和注入扩散区，所述导电沟道区位于源区与所述预扩散区之间且导电沟道区的上表面与所述外延层的上表面位于同一平面，所述注入扩散区位于源区的下方，所述导电沟道区与所述注入扩散区的掺杂类型与所述埋层的掺杂类型相同，所述预扩散区沿所述外延层深度方向的宽度变小。2.如权利要求1所述的改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，所述导电沟道区与所述预扩散区相连。3.如权利要求1所述的改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，所述导电沟道区的深度小于所述注入扩散区和源区的深度之和。4.如权利要求1所述的改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，所述导电沟道区为轻掺杂，所述注入扩散区为重掺杂。5.如权利要求1-4任意一项所述的改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，所述预扩散区沿外延层深度方向的宽度逐渐变小。6.如权利要求5所述的改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，所述预扩散区沿外延层深度的剖面为锲形。7.如权利要求5所述的改善扩散区域形貌的功率器件，其特征在于，所述预扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐双申，徐旭东，李旺勤，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44