[發明專利]場阻斷型半導體器件的制作方法

有效

• 申請號: 201110178650.1
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102412147A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 肖勝安
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/22;H01L21/265
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種場阻斷型半導體器件的制作方法。

背景技術

在半導體高壓器件中，不論是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、快速恢復二極管(FRD)，還是MOSFET，在器件的柵極加正偏電壓時器件導通，此時都希望導通狀態下的功耗最小，也即希望器件的導通狀態壓降即通態壓降小，利用更薄的硅片能直接降低器件的通態壓降，但器件厚度的下降會降低器件在反向擊穿情況下的耐壓能力，兩者是一對矛盾。為了解決上述矛盾，場阻斷層被引用到半導體高壓器件中，形成場阻斷型半導體器件；以漂移區為N型摻雜的IGBT為例，如圖1所示，為一種現有場阻斷型IGBT的結構示意圖，現有場阻斷型IGBT和沒有場阻斷層的IGBT的區別是，在N型硅片1和P型發射極4間包括一N型的場阻斷層3，所述場阻斷層3的載流子濃度大于所述硅片1的載流子濃度，在P阱7和所述場阻斷層3之間的所述硅片1組成器件的N型漂移區?，F有場阻斷型IGBT的其它結構和其它非場阻斷型的IGBT的結構相同，包括：在所述硅片1中形成有P阱7、在P阱7中形成有N+源8，柵氧5、多晶硅柵6，所述多晶硅6覆蓋部分所述P阱7、并在覆蓋處形成溝道區，溝道區連接所述N+源8和所述硅片1；P+接觸注入11，和所述P阱7連接并用于引出所述P阱7，接觸孔10，以及表面金屬12和背面金屬14。如圖1所示，其中截面A到截面B之間的區域為所述硅片，截面B到截面C之間的區域為所述場阻斷層3。截面C以下為P型發射極4和背面金屬14。

當現有場阻斷型IGBT工作在反向阻斷狀態下時，所述N型漂移區完全被耗盡，電場穿透過所述N型漂移區到達N型場阻斷層，從而在同樣硅片厚度下使器件的耐壓能力能大大增加。

如圖2至圖5所示，其中圖2為沒有場阻斷層的IGBT的從所述P阱7到所述P型發射極4間的雜質濃度的分布示意圖，圖3對應于圖2中的器件工作在反向阻斷狀態下時電場分布示意圖；圖4為現有場阻斷型IGBT的從所述P阱7到所述P型發射極4間的雜質濃度的分布示意圖；圖5對應于圖4中的器件工作在反向阻斷狀態下時電場分布示意圖。比較圖4和圖2可知，現有場阻斷型IGBT在截面B和截面C之間的雜質濃度大于截面A到截面B之間的N型漂移區的雜質濃度，圖2和圖4中的P對應的區域的雜質為P型雜質。比較圖3和圖5可知，圖3中電場穿透過所述N型漂移區時為一個三角形結構，該三角形的面積即為所述N型漂移區的耐壓能力；圖5為電場穿透過所述N型漂移區時為一個梯形結構，該梯形的面積即為所述N型漂移區的耐壓能力；顯然有場阻斷層時器件的耐壓能力會得到提高。

現有場阻斷型半導體器件制作方法有兩種：一種是通過正面注入或者背面注入氦等質量很輕的離子之后通過退火來獲得，上述注入深度可以達到數十微米，因此可以在離硅片背面較大的深度范圍中形成場阻斷層。另一種是在器件正面工藝完成后在背面進行N型雜質如磷或砷的離子注入，之后通過退火來激活，該退火包括普通的高溫退火和激光退火；由于退火之前器件正面已形成有AL等金屬材料，在采用普通的退火技術時退火溫度一般不能高于500攝氏度，注入的場阻斷層離子被激活的效率不高；而采用激光退火能大大提高效率但成本很高。結合上述的場阻斷層的制作工藝、和IGBT或快速恢復二極管等電力電子器件的正面工藝，則可形成各種現有場阻斷型半導體器件。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種場阻斷型半導體器件的制作方法，提高了場阻斷層形成工藝的靈活性和可調性，能形成深度范圍大、雜質濃度和濃度分布可調、具有好的激活率的場阻斷層，不需采用激光退火從而能降低成本。

為解決上述技術問題，本發明提供一種場阻斷型半導體器件的制作方法，包括如下步驟：

步驟一、從背面對第一導電類型硅片進行減薄，將所述硅片減薄到需要的厚度；第一導電類型為場阻斷型半導體器件的漂移區的摻雜類型。當所述場阻斷型半導體器件的漂移區為N型時，第一導電類型為N型；當所述場阻斷型半導體器件的漂移區為P型時，第一導電類型為P型。

步驟二、在減薄的所述硅片的背面上形成一場阻斷層，所述場阻斷層為第一導電類型摻雜、且所述場阻斷層的第一導電類型載流子濃度是所述硅片中的第一導電類型載流子濃度的2倍以上。

步驟三、在所述硅片的正面上完成場阻斷型半導體器件的正面工藝。

進一步的改進為，步驟一中減薄后得到的所述硅片的厚度為400微米～700微米。

進一步的改進為，步驟二中采用外延成長的工藝來形成所述場阻斷層。

進一步的改進為，步驟二中采用離子注入加推阱來形成所述場阻斷層。