[发明专利]一种改进型功率半导体器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，尤其涉及一种改进型功率半导体器件及其制备方法。

背景技术

在电子技术领域，功率半导体器件作为关键部件，其特性对系统性能的实现和改善起着至关重要的作用。目前所用的功率器件主要是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。其中，IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。

MOSFET和IGBT均由栅极电压进行开关状态的控制，当栅极电压超过额定开启电压时，器件保持导通状态；由于IGBT内部结构中存在P-N-P-N四层结构，这会导致器件内部的寄生晶闸管在器件工作时发生意外导通现象，即所谓闩锁效应，此时器件内部的寄生晶闸管导通，无法再通过栅极电压来关断功率器件。其中，IGBT的动态闩锁是发生在IGBT开关过程的闩锁。IGBT在导通的时候N-漂移区存储了大量的载流子电荷，当栅区沟道被突然关断，耗尽区会迅速在漂移区中扩展，原来存储的电子和空穴会分别向两边排出。如果这时候的关断速度很快，空穴电流就会非常大，导致寄生NPN管的开启，IGBT发生闩锁，闩锁的发生可能导致电路的失效，甚至烧毁芯片，因此提高IGBT的抗闩锁能力具有必要性。

根据IGBT动态闩锁的机理，抗闩锁的思路主要有：一是降低开关速度，比如降低N+发射极下的P-body横向电阻Rb；二是减少存储在IGBT中空穴的数量，比如降低IGBT空穴注入效率。针对上述思路，现有技术中常规的方法主要有：一是减少接触孔到多晶栅的距离。但是由于接触孔上部多是“碗口”形状(参见图1)，容易与多晶栅形成漏电通道，过小的接触孔到多晶栅距离，甚至会增加栅、源短路失效率。二是增加P-body的浓度，或增加一次P+注入工艺。这种方法的不利之处在于，由于沟道区、沟道临近区的P型浓度增加，容易导致器件开启电压高和参数不稳定的问题。三是利用多晶侧壁(spacer)结构以及两次N+注入工艺(参见图2)。但是此法工艺复杂，制作成本高。

因此，现有的提高抗闩锁能力的方法可能增加栅、源短路失效率，或者使得器件开启电压高和参数不稳定，同时也存在工艺复杂、制作成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进型功率半导体器件及其制备方法，旨在解决现有的提高抗闩锁能力的方法可能增加栅、源短路失效率，或者使得器件开启电压高和参数不稳定，同时也存在工艺复杂、制作成本高的问题。

本发明目的在于提供一种改进型功率半导体器件，包括多个元胞MOS器件，所述元胞MOS器件的多晶栅具有倾斜的侧壁，所述元胞MOS器件的源区具有元素一次性注入形成的梯度式的浓度分布。

本发明的另一目的还在于提供一种改进型功率半导体器件的制备方法，所述改进型功率半导体器件包括多个元胞MOS器件，所述方法在所述元胞MOS器件的源区制备完之后包括下述步骤：对所述元胞MOS器件的多晶栅侧壁进行刻蚀，使所述多晶栅侧壁为倾斜的侧壁；对所述元胞MOS器件的源区注入元素，使所述元胞MOS器件的源区具有元素一次性注入形成的梯度式的浓度分布。

本发明通过多晶栅侧壁的倾斜使得多晶栅上角与源区金属的距离增加，减少了栅、源短路失效率以及多晶栅下的阱区横向电阻，提高了器件的抗闩锁能力；同时，通过元素一次性注入源区形成的梯度式的浓度分布，工艺简单化的同时减少了空穴电流在源区与阱区耗尽区拐角处形成电流拥挤的现象，避免了由于电流集中而导致器件损坏的情况发生。

附图说明

图1是现有技术提供的一种功率半导体器件的结构示意图；

图2是现有技术提供的另一种功率半导体器件的结构示意图；

图3是本发明的一个实施例提供的改进型功率半导体器件的结构示意图；

图4是本发明的另一个实施例提供的改进型功率半导体器件的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。