本發(fā)明涉及一種功率器件及其制作方法，具體涉及一種具有局域金屬壽命控制的功率器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

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)上進行優(yōu)化。

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)進行熱擴散；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。

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為實現(xiàn)方法受限，未能實現(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。因為摻鉑復(fù)合中心遠離禁帶中間位置，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行壽命控制，鉑可進入空間電荷區(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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有局域金屬壽命控制的功率器件及其制作方法，實現(xiàn)金屬局域壽命控制。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明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；其改進之處在于，在P+區(qū)內(nèi)設(shè)有深能級摻雜層；

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；

進一步地，所述深能級摻雜層摻入的雜質(zhì)為金或鉑，其劑量為1×10¹²cm^-2～1×10¹⁶cm^-2。

進一步地，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)。

進一步地，所述深能級摻雜層分布在功率器件軸向范圍內(nèi)，用于實現(xiàn)功率器件局域金屬壽命控制。

本發(fā)明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，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：

A、初始氧化：在H₂和O₂的氣氛、900℃-1100℃下，對清洗后的均勻摻雜的N型硅襯底氧化1-10小時，在其表面生長8000-20000埃的氧化層；

B、形成有源區(qū)：在均勻摻雜的N型硅襯底上涂膠、曝光、顯影、刻蝕和去膠形成有源區(qū)窗口；

C、形成PN結(jié)：在有源區(qū)窗口上生長300-500埃氧化層作為掩蔽層，后續(xù)進行劑量為1×10¹³cm^-2～1×10¹⁵cm^-2的硼離子注入，形成硼離子注入層，并在1200℃、氮氣氣氛下推結(jié)形成1-20um的P+區(qū)；

D、在有源區(qū)表面補注入濃硼：能量20-50千電子伏，注入劑量1e13cm-2～1e15cm-2，于900℃下恒溫1小時退火進行激活；

E、進行少子壽命控制，采用淀積、蒸發(fā)或注入方式實現(xiàn)深能級雜質(zhì)與N型硅襯底結(jié)合，采用單面退火方式實現(xiàn)限定深度深能級雜質(zhì)推結(jié)，形成深能級摻雜層；

F、生成金屬電極：在P區(qū)表面采用蒸發(fā)或者濺射金屬鋁，光刻、刻蝕、去膠和合金形成表面金屬電極；

G、表面鈍化：通過SiN，SiO2，聚酰亞胺PI薄膜形成表面鈍化，通過光刻，刻蝕形成發(fā)射極鋁引線PAD區(qū)域；

H、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。

進一步地，所述步驟E中，單面退火方式包括激光退火方式和電子束退火方式。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

1.采用單面退火實現(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)品實現(xiàn)，提高產(chǎn)品性能，避免了設(shè)備依賴；

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；

3.低漏電的鉑的局域壽命控制手段實現(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；

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；

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)；

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

圖1是本發(fā)明提供的襯底N-層；

圖2是本發(fā)明提供的N-材料片場氧化層；

圖3是本發(fā)明提供的材料片經(jīng)過有源區(qū)光刻刻蝕后芯片剖面圖；

圖4是本發(fā)明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)；

圖5是本發(fā)明提供的材料片具有局域金屬壽命控制芯片剖面圖一；

圖6是本發(fā)明提供的材料片具有局域金屬壽命控制芯片剖面圖二；

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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實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，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種新的方法，從而實現(xiàn)金屬局域壽命控制。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明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)有深能級摻雜層；

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。

深能級雜質(zhì)的擴散完全依賴于溫度，溫度決定其擴散速度及在硅中的固溶度。在對深能級雜質(zhì)進行熱擴散時，采用單面退火，如激光退火方式進行，利用激光退火的局域溫度分布在芯片軸向范圍內(nèi)實現(xiàn)深能級雜質(zhì)的限定深度推結(jié)，由此，即可實現(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1×10¹²cm^-2～1×10¹⁶cm^-2。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)。所述深能級摻雜層分布在功率器件軸向范圍內(nèi)，用于實現(xiàn)功率器件局域金屬壽命控制。

本發(fā)明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：

1.初始氧化：對均勻摻雜的N型硅襯底(見圖1所示)進行清洗后，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；

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；

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)進行硼注入，劑量為1e13-1e15，1200℃氮氣下推結(jié)1-20um，見圖4；

4.為防止有源區(qū)濃度過低出現(xiàn)歐姆接觸問題，表面補濃硼并激活；

5.進行少子壽命控制，采用淀積、蒸發(fā)或注入方式實現(xiàn)深能級雜質(zhì)與硅結(jié)合，采用激光退火方式實現(xiàn)限定深度深能級雜質(zhì)推結(jié)，見圖5或圖6；

6.金屬電極：常規(guī)方式蒸發(fā)或者濺射AL，通過光刻，刻蝕，去膠，合金，形成表面金屬淀積；

7.表面鈍化：通過常規(guī)方式形成表面鈍化；

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。

本發(fā)明提供的退火方式為單面退火，此處僅利用激光退火對此進行說明，其它可實現(xiàn)單面退火的方式也包含在內(nèi)，如電子束等；本發(fā)明主要通過快恢復(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。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。