[发明专利]改善UIS性能的沟槽式功率半导体器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于功率转换的MOSFET半导体器件，旨在提供具有较好非钳位感性开关切换能力的沟槽式功率半导体器件，优化沟槽式功率半导体器件的高雪崩击穿能力并提供制备该器件的方法。具有向下延伸至有源区台面结构内的第一接触孔，和具有向下延伸至过渡区台面结构内的第二接触孔，其中第一接触孔的深度值、宽度值分别对应比第二接触孔的深度值、宽度值要大。

技术领域

本发明涉及一种用于功率转换的MOSFET半导体器件，更确切的说，本发明旨在提供具有较好非钳位感性开关切换能力的沟槽式功率半导体器件，优化沟槽式功率半导体器件的雪崩击穿能力并提供制备该器件的方法。

背景技术

在功率半导体器件中，基于晶体管单元密度和其他各种优势的考虑，栅极可以形成在自半导体硅衬底的表面向下延伸的沟槽之中，典型的范例就是沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其他的例如还包括沟槽式的绝缘栅极双极晶体管等，它们有一个公共的特征，就是都包括各类具有各种功能的沟槽，但出于器件自身结构的特性，某些时候，很多沟槽底部处的电场强度显示出为器件的最高电场水平，在电压升高到器件进入雪崩的点上，在沟槽的角部雪崩击穿过程中将出现碰撞电离，会发生击穿产生雪崩电流。雪崩击穿一般容易导致热载流子效应，当接近栅极氧化层处发生击穿时，一个不良后果是热载流子可以被捕获注入至栅极氧化层，这可以损伤或断裂栅极氧化层，诱发功率器件长期的可靠性问题。此外，这样的沟槽常常成为器件达到高击穿电压的限制因素。

另一个问题是，如果在低电流水平雪崩击穿期间，终端区发生击穿不会过大的妨碍器件的性能，此时器件无需担忧安全工作问题。但是一旦在一些特殊的工作期间，例如非钳位感性开关(UIS)切换期间，由于电路系统中电感的电流不会突变，导致器件往往要承受一些比较大的电压强度，相当于器件处于高电流水平雪崩击穿事件期间，面积有限的终端区很可能将无法安全有效地处理功率损耗，因为一个功率器件不可能消减器件有效晶体管单元的面积而无限地给终端区分配过大的面积，而后果就是，终端区的击穿会作为一个负面效应来影响了器件的安全工作区域(SOA)，这都是我们所不期望发生的。

正是鉴于现有技术所面临的该等各种棘手难题，本发明认为很有必要将器件限定在安全工作区域(SOA)和设定在最优的非钳位感性开关(UIS)条件下，重新调整分布于器件的电场强度，使功率转换器件具备较佳的SOA和良好的UIS能力，所以本发明就是在这一前提下提出了后续内容中的各项实施方案。

发明内容

在一个实施例中，本发明提出了一种沟槽式功率半导体器件的制备方法，包括以下步骤：提供一个半导体衬底，包含底部衬底及位于底部衬底上方的外延层；刻蚀外延层，形成一个环形隔离沟槽和位于隔离沟槽内侧的有源沟槽，在隔离沟槽附近的一个有源沟槽与隔离沟槽之间具有一个有源至终端过渡区，介于有源区和终端区之间；填充导电材料至隔离沟槽内，并在有源沟槽内制备栅极；沉积一个绝缘钝化层覆盖在半导体衬底上方；刻蚀绝缘钝化层及过渡区、有源区各自的台面结构，形成贯穿绝缘钝化层、向下延伸至有源区台面结构内的第一接触孔，和形成贯穿绝缘钝化层、向下延伸至过渡区台面结构内的第二接触孔；第一接触孔的深度值、宽度值分别对应比第二接触孔的深度值、宽度值要大。

上述方法，半导体衬底具第一导电类型，在沉积绝缘钝化层之前，先在外延层的顶部植入掺杂物形成一个第二导电类型的本体层；以及随后至少在有源区的本体层的顶部植入掺杂物形成一个第一导电类型的顶部掺杂层。

上述方法，在形成接触孔的步骤中：将一掩膜覆盖在绝缘钝化层上方，并至少形成掩膜中的第一、第二开口；用第一开口来刻蚀制备第一接触孔的同时，还用第二开口来刻蚀制备第二接触孔，第一开口比第二开口的尺寸要大。

上述方法，在形成接触孔的步骤中：将一第一掩膜覆盖在绝缘钝化层之上并在第一掩膜中至少形成第一开口，以第一开口刻蚀制备第一接触孔；剥离第一掩膜后，将一第二掩膜覆盖在绝缘钝化层之上并在第二掩膜中至少形成第二开口，以第二开口刻蚀制备第二接触孔；第一开口比第二开口具有更大的开口尺寸。