一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法，尤其是逆導(dǎo)型的MOS觸發(fā)負(fù)阻性器件(Reverse Conducting-MOS Triggered Dynistor簡稱:RC-MTD)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，可以應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域和脈沖功率領(lǐng)域兩個(gè)方面。在脈沖功率領(lǐng)域要求開關(guān)器件具備極高的峰值電流能力和電流上升率(di/dt)。常規(guī)IGBT由于器件本身具有電流飽和能力，使得其應(yīng)用在電力電子整流電路中安全工作區(qū)以及短路工作能力優(yōu)異，但若應(yīng)用于脈沖功率領(lǐng)域，電流飽和能力卻會(huì)使脈沖電流幅值IPEAK、電流上升率di/dt等參數(shù)受到限制。
[0003]晶閘管是一種容易實(shí)現(xiàn)高電壓、高電流的半導(dǎo)體器件，在功率開關(guān)領(lǐng)域占有很大的份額，隨著工藝的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，晶閘管的工作電壓、電流等級(jí)達(dá)到幾KV和幾KA，正是由于這種優(yōu)良特性然而由于尺寸較大，無法直接通過柵極抽取電流來關(guān)斷器件，需在陽極加上反向電壓，這使得晶閘管應(yīng)用受限。
[0004]常規(guī)的MOS控制雙極型器件，MOS場控晶閘管(MOS Controlled Thyristor，簡稱:MCT)在脈沖功率領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但該類存在一些缺點(diǎn):比如該器件是常開器件，器件關(guān)斷時(shí)需要給柵極提供負(fù)電壓，這不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，而且也給系統(tǒng)安全帶來了潛在危險(xiǎn)；同時(shí)該器件的三重?cái)U(kuò)散的制作工藝使它的制作變得復(fù)雜，制作成本高、成品率低。
[0005]同時(shí)，功率半導(dǎo)體器件的可靠性一直是衡量器件好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在功率脈沖系統(tǒng)中，開關(guān)器件要經(jīng)歷大的電流脈沖過程。在大電流的脈沖震蕩過程，常規(guī)的MCT反向電流過程是完全依靠對(duì)襯底的載流子進(jìn)行抽取完成的。而在實(shí)際制造中，背面工藝水平常常限制了陽極的摻雜濃度，影響了電導(dǎo)調(diào)制。襯底的載流子濃度限制了反向電流能力，使得反向電壓不能快速的泄放。這導(dǎo)致了一個(gè)過高的反向過沖電壓的產(chǎn)生。這個(gè)反向過沖電壓很可能使器件擊穿，甚至燒毀，極大地影響了器件可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問題，提出具有常關(guān)功能、極高的峰值電流能力和電流上升率、反向?qū)芰椭圃旃に嚭唵蔚墓β拾雽?dǎo)體器件(逆導(dǎo)型的MOS觸發(fā)負(fù)阻性器件)及其制作方法，以解決常規(guī)的功率器件在脈沖放電過程中遇到的反向過沖電壓問題，從而提高器件可靠性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種功率半導(dǎo)體器件，包括N型襯底6，所述N型襯底6上層具有P型基區(qū)5 ;所述P型基區(qū)5的上層具有N型發(fā)射區(qū)IUPIN陽極區(qū)I和N型源區(qū)2，所述N型發(fā)射區(qū)11位于PIN陽極區(qū)I之間，所述N型源區(qū)2位于PIN陽極區(qū)I遠(yuǎn)離N型發(fā)射區(qū)11 一側(cè)的側(cè)面；所述N型發(fā)射區(qū)11的上表面、PIN陽極區(qū)I的上表面和部分N型源區(qū)2上表面具有陰極金屬10 ;所述部分N型源區(qū)2上表面和N型襯底6兩側(cè)上表面具有柵氧化層4，所述柵氧化層4上表面具有柵極金屬3 ;所述N型襯底6的底部具有P型陽極區(qū)7 ;所述P型陽極區(qū)7中具有N型陽極區(qū)9，所述N型陽極區(qū)9位于P型陽極區(qū)7中部下層；所述P型陽極區(qū)7的下表面和N型陽極區(qū)9下表面具有陽極金屬8。
[0009]具體的，所述N型陽極區(qū)9沿器件縱向方向的寬度為P型陽極區(qū)7沿器件縱向方向?qū)挾鹊?/10?1/5。
[0010]—種功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011]第一步:制備N型襯底6;
[0012]第二步:采用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散推結(jié)工藝，在N型襯底底部形成P型陽極區(qū)7 ;
[0013]第三步:采用離子注入，在P型陽極區(qū)7中形成N型陽極9，所述N型陽極9位于P型陽極區(qū)中部下層；
[0014]第四步:在N型襯底6上表面生長二氧化硅，形成柵氧化層4，在柵氧化層4上表面淀積N型導(dǎo)電多晶硅形成柵電極3 ;
[0015]第五步:采用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散推結(jié)工藝，在N型襯底上層形成P型基區(qū)5 ;
[0016]第六步:采用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散推結(jié)工藝，在P型基區(qū)5上層形成N型發(fā)射區(qū)2和N型源區(qū)11，所述N型源區(qū)11位于N型發(fā)射區(qū)2之間；
[0017]第七步:采用離子注入和高溫?cái)U(kuò)散推結(jié)工藝，在P型基區(qū)5上層形成PIN陽極區(qū)1，所述PIN陽極區(qū)I位于N型源區(qū)11和N型發(fā)射區(qū)2之間；
[0018]第八步:在N型極發(fā)射區(qū)2、反向PIN管陽極區(qū)I和N型源區(qū)11上表面淀積金屬層，形成陰極金屬10;
[0019]第九步:在N型陽極區(qū)9和P型陽極區(qū)7下表面淀積金屬層，形成陽極金屬8。
[0020]本發(fā)明的有益效果為，具有常關(guān)功能、極高的峰值電流能力和電流上升率、反向?qū)芰?，同時(shí)本發(fā)明還提供簡單的制造方法，本發(fā)明的器件還具有較高的可靠性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的等效電路圖；
[0023]圖3是改變N型陽極區(qū)寬度的正向?qū)ㄌ匦郧€示意圖；
[0024]圖4是改變N型陽極區(qū)寬度的反向?qū)ㄌ匦郧€示意圖；
[0025]圖5是為本發(fā)提供的一種制作方法的流程示意圖；
[0026]圖6是背面摻雜分布圖；
[0027]圖7是MTD的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8是常規(guī)MCT、常規(guī)IGBT與本發(fā)明的RC-MTD阻斷特性曲線示意圖
[0029]圖9是常規(guī)MCT、常規(guī)IGBT與本發(fā)明的RC-MTD導(dǎo)通特性曲線示意圖；
[0030]圖10是測試器件電容放電特性曲線的測試電路圖；
[0031 ] 圖11是常規(guī)MCT、常規(guī)IGBT與RC-MTD電容放電特性的陽極電流示意圖；
[0032]圖12是常規(guī)MCT、常規(guī)IGBT與RC-MTD電容放電特性的陽極電壓示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0034]本發(fā)明提供一種RC-MTD，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，解決了常規(guī)的功率脈沖器件在反向工作時(shí)沒有續(xù)流能力的問題。主要方法為:本發(fā)明包括N型襯底6，在N型襯底6上表面設(shè)置有P型基區(qū)5，在P型基區(qū)5上表面有N型源區(qū)2、PIN陽極區(qū)I和N型發(fā)射區(qū)11，其中N型源區(qū)2是MOS管的源端、PIN陽極區(qū)I是反向PIN管的陽極區(qū)、N型發(fā)射區(qū)11是NPNP晶閘管的陰極區(qū)；在N型襯底6下表面設(shè)置有P型陽極區(qū)7，在P型陽極區(qū)7的中間位置設(shè)有寬為其1/10?1/5的N型陽極區(qū)9，并且N型陽極區(qū)9沒有穿通P型陽極區(qū)7直接和N型襯底6連接，而是包含于P型陽極區(qū)7內(nèi)；在N型源區(qū)2上表面設(shè)置有柵氧化層4，在柵氧化層4上有柵極金屬3、在N型發(fā)射區(qū)11上表面有陰極金屬10、在P型陽極區(qū)7和N型陽極區(qū)9下表面有陽極金屬8。
[0035]本發(fā)明工作原理:器件的柵極3上加正電壓，則柵極3下方的P型基區(qū)5表面產(chǎn)生N型溝道。N型發(fā)射極2電子注入到N型漂移區(qū)6中，使得由陽極區(qū)7、N型漂移區(qū)6、P型基區(qū)5組成的PNP晶體管(如圖2)獲得基極電流而被打開。該P(yáng)NP晶體管的集電極電流(空穴電流)橫向流過P型基區(qū)5被P型陽極I抽走。這股橫向電流在P型基區(qū)(5)中產(chǎn)生了橫向壓降。當(dāng)陽極電壓升高，使電流增大時(shí)，該橫向壓降也相應(yīng)