一种高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及高雪崩耐量的功率半导体晶体管及其制备方法，特别适用于电动汽车、电机调速、逆变器、不间断电源、电子开关、高保真音响、汽车电器和电子整流器。
【背景技术】
[0002]垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管兼有双极晶体管和普通金属-氧化物半导体场效应晶体管器件的优点，无论是开关应用还是线形应用，都是理想的功率器件，由于它有接近无限大的静态输入阻抗特性，非常快的开关时间，导通电阻正温度系数，近似常数的跨导，极快的电压翻转速度等特性，因此主要应用于电机调速、逆变器、不间断电源、电子开关、高保真音响、汽车电器和电子镇流器等。
[0003]在电动车，家用电器与光电子等领域中，器件经常会遇到尖峰大电压状态，S卩外加电压大于击穿电压的状态，导致器件容易失效，这种导致器件失效的源极与漏极间的能量就是雪崩耐量。
[0004]为了提高器件的雪崩耐量，目前通常的做法是，通过增大器件的面积，提高器件通过大电流的能力，但器件的制造成本升高;或者改变器件中与雪崩耐量有关的区域的掺杂浓度，这样做理论上可以提高雪崩耐量，但掺杂浓度提高后，工艺制备的波动性会增大，在P型体区底部产生一些P型杂质浓度尖峰，极易导致击穿均匀性变差，雪崩耐量降低，成品率下降。
[0005]因为工艺波动性难以避免，本发明提出了一种可以消除工艺波动性的结构，取得了很好的效果，改善了击穿均匀性，提高了雪崩耐量，提升了器件的成品率。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述方面，提出了一种高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构及其制备方法。
[0007]本发明提供如下结构技术方案:
[0008]—种高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构，包括，兼做漏区的N型衬底，在N型衬底上设有N型外延层，N型外延层的表面设有P型条形体区，P型条形体区的表面设有重掺杂N型源区和重掺杂P型源区，在N型外延层上设有绝缘栅氧化层，在所述绝缘栅氧化层上设有导电多晶硅，除了重掺杂P型体区和部分重掺杂N型源区以外，N型外延层表面的上方都存在着导电多晶硅，所述导电多晶硅上设有绝缘介质层，重掺杂P型体区和重掺杂N型源区上连接有源极金属，其中，P型条形体区向N型外延层扩展形成多个P型弓形体区，P型弓形体区均匀分布，并且深度深入N型外延层中。
[0009]上述的高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构中，P型弓形体区的最大深度比P型条形体区大0.1um到1um。
[0010]上述的高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构中，P型弓形体区相邻的最大深度处的间距可调。
[0011]上述的高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构中，P型弓形体区的最大宽度小于P型条形体区的宽度。
[0012 ]上述的高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构的制备方法，包括以下步骤:
[0013]第一步:首先选取N型硅材料作为N型衬底并外延生长N型外延层；
[0014]第二步:在所述N型外延层上淀积光刻胶，然后离子注入P型杂质并退火形成多个P型弓形体区；
[0015]第三步:在所述N型外延层上形成一层作为绝缘栅氧化层的二氧化硅，在所述二氧化硅上再形成一层导电多晶硅，然后刻蚀掉一部分导电多晶硅和二氧化硅，然后离子注入P型杂质并退火形成P型条形体区；
[0016]第四步:离子注入N型杂质并退火形成重掺杂N型源区；
[0017]第五步:在器件表面淀积绝缘介质层，然后刻蚀出接触孔，接着离子注入P型杂质并退火形成重掺杂P型体区；
[0018]第六步:在器件表面淀积金属形成源极金属。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0020]1、传统结构的器件在制备过程中，由于工艺波动性的影响，P型条形体区会引入P型杂质浓度尖峰，在雪崩耐量测试过程中，P型杂质浓度尖峰下部是电场最大的区域，导致电流会在P型杂质浓度尖峰处集中，并剧烈发热，导致器件失效;在本发明结构的器件中，P型条形体区向N型外延层扩展形成P型弓形体区4型弓形体区均匀分布，并且深度深入N型外延层中，且最大深度处的电场大于工艺波动性引入的P型杂质浓度尖峰处的电场，是一个击穿薄弱点，之所以P型弓形体区均匀分布，是为了使得击穿薄弱点之间的距离相等，分布更均匀，这样雪崩电流不会集中在某个击穿薄弱点，变得分散，消除了工艺波动性引入的P型杂质浓度尖峰造成的击穿薄弱点，因此本发明结构可以消除工艺波动性对器件的影响，提高击穿均匀性，提高雪崩耐量。
[0021]2、本发明首先用两次P型杂质注入形成P型弓形体区和P型条形体区，这样的制作过程对P型条形体区和P型弓形体区的深度容易控制，简单方便，生产成本增加少。
[0022]3、本发明提高了击穿均匀性，在相同的雪崩耐量条件下，本发明器件的面积更小，达到了减小芯片面积，降低生产成本的目的。
[0023]4、本发明器件结构设计工艺保留了传统垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管结构的设计工艺，具有良好的兼容性，不增加额外的实现难度。
【附图说明】
[0024]图1所示为垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管芯片的俯视图。
[0025]图2所示为传统结构沿着图1中AA’与BB’截得的剖面结构图。
[0026]图3所示为传统结构沿着图1中CC’截得的剖面结构图。
[0027]图4所示为本发明构沿着图1中AA’截得的剖面结构图。
[0028]图5所示为本发明构沿着图1中BB’截得的剖面结构图。
[0029]图6所示为本发明构沿着图1中CC’截得的剖面结构图。
[0030]图7所示为传统结构发生击穿时电流在图3上的分布情况。
[0031]图8所示为本发明发生击穿时电流在图6上的分布情况。
[0032]图9所示为传统结构进行雪崩耐量测试的漏端电压电流波形图。
[0033]图10所示为本发明进行雪崩耐量测试的漏端电压电流波形图。
【具体实施方式】
[0034]实施例1
[0035]—种高雪崩耐量的功率半导体晶体管结构，包括，兼做漏区的N型衬底4，在N型衬底4上设有N型外延层5，N型外延层5的表面设有P型条形体区6，P型条形体区6的表面设有重掺杂N型源区8和重掺杂P型源区7，在N型外延层5上设有绝缘栅氧化层10，在所述绝缘栅氧化层10上设有导电多晶硅11，除了重掺杂P型体区7和部分重掺杂N型源区8以外，N型外延层5表面的上方都存在着导电多晶硅11，所述导电多晶硅11上设有绝缘介质层9，重掺杂P型体区7和重掺杂N型源区8上连接有源极金属12，其中，P型条形体区6向N型外延层5扩展形成多个P型