一種具有局域金屬壽命控制的功率器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功率器件，具體涉及一種具有局域金屬壽命控制的功率器件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種變頻電路，斬波電路的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，這些電力電子電路中的回路有的采用換流關(guān)斷的晶閘管，有的采用具有自關(guān)斷能力的新型電力電子器件，這兩種器件都需要一個與之并聯(lián)的快速恢復(fù)二極管。早期的工藝條件要求可能引入少的復(fù)合中心進(jìn)行半導(dǎo)體器件制造，但這樣制造的器件具有較慢的開關(guān)速度，難以滿足對高頻應(yīng)用的需求。為了滿足電力電子系統(tǒng)對高頻性能要求，無論是開關(guān)管，還是續(xù)流用的二極管，都需要用受控的方法將復(fù)合中心引入晶格，降低少子壽命，提高器件的開關(guān)速度。如果對器件有更高頻的要求，則需要引入更多的復(fù)合中心同時在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化。
[0003]在器件中引入復(fù)合中心，目前通常采用兩種方式。第一種是對硅中呈現(xiàn)深能級的雜質(zhì)進(jìn)行熱擴(kuò)散;第二種是通過高能粒子轟擊硅晶體，在晶體中產(chǎn)生空穴和間隙原子形式的晶格損傷。第一種通常采用重金屬金或鉑，由于其擴(kuò)散速度快，無法精確控制深度，因此為全局壽命控制方式。第二種方式通常為電子輻照、氫注入或氦注入。電子輻照通常為貫穿方式，即復(fù)合中心在器件中的分布是恒定的，因此仍舊為全局壽命控制。氫注入和氦注入可以通過控制注入能量實(shí)現(xiàn)限定深度注入，在最有效區(qū)域?qū)崿F(xiàn)壽命控制，即通常說的局域壽命控制，局域壽命控制技術(shù)是高端器件常用的壽命控制方式。
[0004]全局壽命控制方式對器件的開關(guān)特性通常是不利的，不利于提高器件的折中特性，目前的深能級重金屬摻雜方式因?yàn)閷?shí)現(xiàn)方法受限，未能實(shí)現(xiàn)局域壽命控制，通常應(yīng)用于低端器件。而現(xiàn)有局域壽命控制手段依賴于價格高昂的離子注入設(shè)備，通常意味著更高的加工成本，現(xiàn)階段高能離子注入設(shè)備均需從國外進(jìn)口。從市場上看，少見低于1200V器件采用局域壽命控制方式，成本高是主要原因。另外需要關(guān)注的是，無論何種方式引入的復(fù)合中心，其復(fù)合中心如果位于空間電荷區(qū)內(nèi)，在反向偏置工作時，也是產(chǎn)生中心，對于靠近禁帶中央能級位置的復(fù)合中心，則意味更大的反向漏電。此時，金，氫和氦是不利的，鉑是最優(yōu)的。因?yàn)閾姐K復(fù)合中心遠(yuǎn)離禁帶中間位置，在所有壽命控制方式中具有最明顯低漏電優(yōu)勢，所以鉑器件有利于獲得更高的結(jié)溫限，應(yīng)用于更高電壓。需要說明的是，對于快恢復(fù)二極管，復(fù)合中心距離PN結(jié)越近，越有利于折中特性的提高，因此，在相同漏電水平下，如果采用局域鉑的方式進(jìn)行壽命控制，鉑可進(jìn)入空間電荷區(qū)內(nèi)，其折中特性會優(yōu)于采用氫或氦局域壽命控制的芯片。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種具有局域金屬壽命控制的功率器件，實(shí)現(xiàn)金屬局域壽命控制。
[0006]本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本實(shí)用新型提供一種具有局域金屬壽命控制的功率器件，所述功率器件包括襯底和其上形成的P+區(qū)共同構(gòu)成的PN結(jié)，在所述襯底N-層上生長有氧化層;其特征在于，在P+區(qū)內(nèi)設(shè)有采用單面退火方式形成的深能級摻雜層。
[0008]進(jìn)一步地，所述深能級摻雜層摻入的雜質(zhì)為金或鉑，其劑量為IX 112CnT2?I X1016cm-2。
[0009]進(jìn)一步地，所述深能級摻雜層摻入的雜質(zhì)為鈀，其劑量為IX 1012cm—2?I X 116Cm
-2
O
[0010]進(jìn)一步地，所述氧化層形成有源區(qū)窗口，在所述有源區(qū)窗口上推結(jié)形成P+區(qū)。
[0011]進(jìn)一步地，所述襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，所述N型硅襯底包括依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。
[0012]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是:
[0013]1.采用單面退火實(shí)現(xiàn)深能級雜質(zhì)局域壽命控制，與高能離子注入相比降低了加工成本，可在低電壓等級上產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，提高產(chǎn)品性能，避免了設(shè)備依賴；
[0014]2.豐富了壽命控制手段，可在柵控器件上應(yīng)用，局域摻雜可避免影響柵氧的可靠性；
[0015]3.低漏電的鉑的局域壽命控制手段實(shí)現(xiàn)，在更優(yōu)折中特性的基礎(chǔ)上，有利于降低器件漏電，提高器件工作結(jié)溫；
[0016]4.低電壓等級器件領(lǐng)域，金的局域壽命控制手段，可繼續(xù)提高摻金器件折中特性，實(shí)現(xiàn)器件性能更優(yōu)，如將金的推結(jié)深度控制在空間電荷區(qū)外，還可應(yīng)用于高壓領(lǐng)域；
[0017]5.器件大部分或全部漂移區(qū)無深能級雜質(zhì)，對于載流子俘獲系數(shù)隨溫度升高而減小的復(fù)合中心，可優(yōu)化其正向壓降溫度系數(shù)，利于并聯(lián)；
[0018]6.通過調(diào)整激光波長，可靈活調(diào)整壽命控制深度，工藝加工難度低。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型提供的襯底N-層；
[0020]圖2是本實(shí)用新型提供的N-材料片場氧化層；
[0021]圖3是本實(shí)用新型提供的材料片經(jīng)過有源區(qū)光刻刻蝕后芯片剖面圖；
[0022]圖4是本實(shí)用新型提供的材料片有源區(qū)經(jīng)過B注入后推結(jié)形成P+區(qū)；
[0023]圖5是本實(shí)用新型提供的材料片具有局域金屬壽命控制芯片剖面圖一；
[0024]圖6是本實(shí)用新型提供的材料片具有局域金屬壽命控制芯片剖面圖二；
[0025]其中:1.表示襯底N-層;2.表示氧化層;3.表示P+層;4.表示深能級摻雜層。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]以下描述和附圖充分地示出本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本實(shí)用新型的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本實(shí)用新型的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語“實(shí)用新型”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過一個的實(shí)用新型，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個實(shí)用新型或?qū)嵱眯滦蜆?gòu)思。
[0028]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種新的方法，從而實(shí)現(xiàn)金屬局域壽命控制。
[0029]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0030]本實(shí)用新型提供一種具有局域金屬壽命控制的功率器件，所述功率器件包括襯底和其上形成的P+區(qū)共同構(gòu)成的PN結(jié)，在所述襯底N-層上生長有氧化層;在P+區(qū)內(nèi)設(shè)有深能級慘雜層；
[0031 ]所述襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，所述N型硅襯底包括依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。
[0032]深能級雜質(zhì)的擴(kuò)散完全依賴于溫度，溫度決定其擴(kuò)散速度及在硅中的固溶度。在對深能級雜質(zhì)進(jìn)行熱擴(kuò)散時，采用單面退火，如激光退火方式進(jìn)行，利用激光退火的局域溫度分布在芯片軸向范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)深能級雜質(zhì)的限定深度推結(jié)，由此，即可實(shí)現(xiàn)器件局域金屬壽命控制。所述深能級摻雜層摻入的雜質(zhì)為金或鉑，其劑量為I X 112Cnf2?I X1016cm—2i述氧化層形成有源區(qū)窗口，在所述有源區(qū)窗口上推結(jié)形成P+區(qū)。所述深能級摻雜層分布在功率器件軸向范圍內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)功率器件局域金屬壽命控制。
[0033]本實(shí)用新型還提供一種具有局域金屬壽命控制的功率器件的制作方法，包括下述步驟:
[0034]1.初始氧化:對均勻摻雜的N型硅襯底(見圖1所示)進(jìn)行清洗后，使用高溫氧化的方法，在硅片表面生長氧化層2，厚度8000-20000A，見圖2所示；
[0035]2.形成有源區(qū):通過涂膠，曝光，顯影，刻蝕，去膠，形成有源區(qū)窗口見圖3所示；
[0036]3.形成PN結(jié):為防止注入損傷，生長300-500A氧化層作為掩蔽層，后續(xù)進(jìn)行硼注入，劑量為lel3-lel5，1200°C氮?dú)庀峦平Y(jié)l-20um，見圖4;
[0037]4.為防止有源區(qū)濃度過低出現(xiàn)歐姆接觸問題，表面補(bǔ)濃硼并激活；
[0038]5.進(jìn)行少子壽命控制，采用淀積、蒸發(fā)或注入方式實(shí)現(xiàn)深能級雜質(zhì)與硅結(jié)合，采用激光退火方式實(shí)現(xiàn)限定深度深能級雜質(zhì)推結(jié)，見圖5或圖6;
[0039]6.金屬電極:常規(guī)方式蒸發(fā)或者派射AL，通過光刻，刻蝕，去膠，合金，形成表面金屬淀積；
[0040]7.表面鈍化:通過常規(guī)方式形成表面鈍化；
[0041 ] 8.背面金屬:按常規(guī)工藝形成背面金屬，形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金屬電極。
[0042]本實(shí)用新型提供的退火方式為單面退火，此處僅利用激光退火對此進(jìn)行說明，其它可實(shí)現(xiàn)單面退火的方式也包含在內(nèi)，如電子束等;本實(shí)用新型主要通過快恢復(fù)二極管FRD流程來說明，但方法同樣適用于其它需要局域壽命控制的功率器件;根據(jù)器件應(yīng)用及參數(shù)要求，深能級雜質(zhì)不僅僅限于金或鉑，還可包含其它元素，如鈀等。實(shí)際深能級復(fù)合中心深度根據(jù)器件參數(shù)需求，可能有圖5和圖6兩種形式。
[0043]以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有局域金屬壽命控制的功率器件，所述功率器件包括襯底和其上形成的P+區(qū)共同構(gòu)成的PN結(jié)，在所述襯底N-層上生長有氧化層;其特征在于，在P+區(qū)內(nèi)設(shè)有采用單面退火方式形成的深能級摻雜層。2.如權(quán)利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述深能級摻雜層摻入的雜質(zhì)為金或鉑。3.如權(quán)利要求2所述的功率器件，其特征在于，所述深能級摻雜層摻入的雜質(zhì)為鈀。4.如權(quán)利要求1、2或3所述的功率器件，其特征在于，所述氧化層形成有源區(qū)窗口，在所述有源區(qū)窗口上推結(jié)形成P+區(qū)。5.如權(quán)利要求1、2或3所述的功率器件，其特征在于，所述襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，所述N型硅襯底包括依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種具有局域金屬壽命控制的功率器件，功率器件包括襯底和其上形成的P+區(qū)共同構(gòu)成的PN結(jié)，在所述襯底N-層上生長有氧化層；在P+區(qū)內(nèi)設(shè)有深能級摻雜層；深能級雜質(zhì)的擴(kuò)散完全依賴于溫度，溫度決定其擴(kuò)散速度及在硅中的固溶度。在對深能級雜質(zhì)進(jìn)行熱擴(kuò)散時，采用單面退火，如激光退火方式進(jìn)行，利用激光退火的局域溫度分布在芯片軸向范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)深能級雜質(zhì)的限定深度推結(jié)，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)器件局域金屬壽命控制。
【IPC分類】H01L21/268, H01L29/167, H01L29/06, H01L21/329, H01L29/861
【公開號】CN205177855
【申請?zhí)枴緾N201520828320
【發(fā)明人】吳迪, 劉鉞楊, 何延強(qiáng), 董少華, 曹功勛, 劉江, 金銳, 溫家良
【申請人】國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)上海市電力公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年10月23日