[发明专利]生产MOS控制功率半导体组件的方法

说明书

本发明与功率电子学领域有关，本发明介绍的是生产MOS控制功率半导体组件的方法，此功率半导体组件在共同的衬底上包括多个组件单元，它们布置成一个接一个，并且并联连接，双极晶体管由第一导电类型的集电极区、第二导电类型的上部基区和第一导电类型的发射区组成，此发射区从上面结合到基区(incorporated from aboveinto)，并在每个组件单元都有，控制双极晶体管的MOS沟道结构处在发射极侧，此MOS沟道结构包括第二导电类型的处在发射区上面的源区、第一导电类型的处在源区与基区之间的发射区边缘的沟道区和以绝缘方式处在沟道区上面的栅电极。

今天的IGBT型(绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate BipolarTransistors)的MOS控制功率半导体组件包括多个相同的组件单元，它们并联连接并一个接一个地容纳在共同的半导体衬底上。双极晶体管容纳在这种功率半导体组件的每个组件单元的衬底2内，这组件单元中的一个以剖视图的形式表示在图1上，此双极晶体管包括(P⁺掺杂的)集电极区4，(N掺杂的)基区3和(P⁺掺杂的)发射区6。在IGBT的发射极侧，单元的MOS沟道结构被用来控制集成的双极晶体管的基极电流，此MOS沟道结构包括(P掺杂的)沟道区7、(N⁺掺杂的)源区8和以绝缘方式处在沟道区7上面的(多晶硅的)栅电极9。

为此，沟道区7把源区8与基区3连接起来，也就是说连接到双极晶体管的基极。基区3是连续的基极层的一部分。集电极区4是连续的集电极层的一部分。氧化物10把栅电极9从下面的衬底2及上面的发射极触点11的金属化层绝缘开。该发射极触点同时与发射区6及源区8接触。集电极金属化层5在集电极侧的衬底2的下面，以便与IGBT相接触。

组件单元可沿不同的几何方向侧向延伸。现在知道和使用的两种单元几何结构的例子以顶视图的形式表示在图2(a)和(b)。图2(a)表示一种带状结构，它有长形的发射区6，在发射区6的两长边上叠加带形的两源区8，而此两源区8整个被栅电极9所包围。图2(b)表示多角形的单元结构(在图中为六角形)，其中，中心多角形发射区6’被连续的环形的源区8’复盖其边缘，并被栅电极9’所包围。在两个例子中省略了发射极触点。

IGBT的一个问题是所谓组件的闭锁强度：如果双极晶体管的空穴电流太高，则由源区8、发射区6、基区3和集电极区4所形成的寄生晶闸管就会被触发。此外，如果短路，在MOS沟道结构区域的功率密度会变得如此高，以至会发生组件热破坏。因此，从根本上说，需要限制短路电流(如果短路，限制功率)，另外还要维持源区8四周的空穴旁路电阻尽可能小(减小闭锁灵敏度)。应以最小的处理工艺成本附加费用来实现这些方法。

当前，在一些IGBT中采用均匀源区，这意味着省去掩模：(N⁺型)源区在不用掩模情况下由离子注入形成。离子注入由活性组件区域外的厚氧化物遮掩。在刻蚀接触孔期间，又对最顶的硅层进行刻蚀，再次将N⁺型层去掉。这就在接触孔窗口边缘处产生对源区的侧向接触。

这种无掩模源区离子注入以功率半导体组件12的组件单元的剖视图的形式表示于图3和4：在这种组件的情况下，集电极区(集电极层)15最初从下面引入N掺杂的衬底13，此衬底同时形成基区14。发射区17和沟道区18随后从上面通过窗口21利用随后的栅电极19作掩模而形成。然后离子注入源区22，以栅电极19作掩模，把此源区的中心区域刻蚀掉，以便产生接触孔23(图4)。通过这接触孔23，发射极触点24与发射区17和源区22接触。通过形成集电极金属化层16实现在集电极侧的接触。

这种工艺的缺点是，N⁺型层或源区22不是沿着多晶硅栅电极的边缘形成的，也就是说，沿着接触孔23的边缘形成。这对于MOS沟道结构，造成了大的沟道宽度(在其上的区域，沟道起作用)，从而，如果短路，每个IGTB单元的功率密度变得非常大。