[發(fā)明專利]場阻斷型半導(dǎo)體器件的制造方法和器件結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210004105.5
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN103199018A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖勝安
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L21/331;H01L21/336;H01L21/324;H01L29/739;H01L29/78;H01L29/861
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀(jì)鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種場阻斷型半導(dǎo)體器件的制造方法；本發(fā)明還涉及一種場阻斷型半導(dǎo)體器件的器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體高壓器件中，不論是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、快速恢復(fù)二極管(FRD)，還是MOSFET，在器件的柵極加正偏電壓時(shí)器件導(dǎo)通，此時(shí)都希望導(dǎo)通狀態(tài)下的功耗最小，也即希望器件的導(dǎo)通狀態(tài)壓降即通態(tài)壓降小，利用更薄的硅片能直接降低器件的通態(tài)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(dǎo)體高壓器件中，形成場阻斷型半導(dǎo)體器件；以漂移區(qū)為N型摻雜的IGBT即N型IGBT為例，如圖1所示，為一種現(xiàn)有場阻斷型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)有場阻斷型IGBT和沒有場阻斷層的IGBT的區(qū)別是，在N型硅片1和P型發(fā)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(qū)。現(xiàn)有場阻斷型IGBT的其它結(jié)構(gòu)和其它非場阻斷型的IGBT的結(jié)構(gòu)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(qū)，溝道區(qū)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(qū)域?yàn)樗龉杵孛鍮到截面C之間的區(qū)域?yàn)樗鰣鲎钄鄬?。截面C以下為P型發(fā)射極4和背面金屬14。

當(dāng)現(xiàn)有場阻斷型IGBT工作在反向阻斷狀態(tài)下時(shí)，所述N型漂移區(qū)完全被耗盡，電場穿透過所述N型漂移區(qū)到達(dá)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。從而能實(shí)現(xiàn)用較薄的硅片實(shí)現(xiàn)高的反向阻斷電壓，減少了導(dǎo)通時(shí)的電阻。

現(xiàn)有場阻斷型半導(dǎo)體器件制造方法有兩種：一種是通過正面注入或者背面注入氦等質(zhì)量很輕的離子之后通過退火來獲得，上述注入深度可以達(dá)到數(shù)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(jìn)行N型雜質(zhì)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(shù)時(shí)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；而采用激光退火能實(shí)現(xiàn)硅片背面局部的高溫，從而在背面局部實(shí)現(xiàn)高溫，得到高的激活率。但激光的激活深度有限，一般只有1微米～2微米，不能滿足3微米～30微米場阻斷層激活和擴(kuò)散的需要。其中有效激活深度為通過激光退火處理后，離子的激活率高于50％的區(qū)域的縱向尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種場阻斷型半導(dǎo)體器件的制造方法，能對場阻斷層進(jìn)行三維方向的激光退火，能提高場阻斷層激活率以及深度。本發(fā)明還提供一種場阻斷型半導(dǎo)體器件的器件結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種場阻斷型半導(dǎo)體器件的制造方法，場阻斷型半導(dǎo)體器件為包含有場阻斷層的絕緣柵雙極晶體管、快速恢復(fù)二極管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，包括如下步驟：

步驟一、從背面對第一導(dǎo)電類型硅片進(jìn)行減薄；第一導(dǎo)電類型為場阻斷型半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)的摻雜類型。

步驟二、從減薄的所述硅片的背面進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的離子注入并形成一場阻斷層，所述場阻斷層的第一導(dǎo)電類型載流子濃度高于所述硅片中的第一導(dǎo)電類型載流子濃度。

步驟三、在形成有所述場阻斷層的所述硅片的背面形成溝槽，所述溝槽的深度小于所述場阻斷層的厚度，所述溝槽的寬度大于0.1微米；所述溝槽將所述場阻斷層分割成位于各所述溝槽的底部的第一場阻斷層、和位于各相鄰所述溝槽間的第二場阻斷層，各所述第一場阻斷層的厚度小于等于激光退火能達(dá)到的第一有效深度、各所述第二場阻斷層橫向?qū)挾刃∮诘扔?倍的所述第一有效深度。

步驟四、從形成有所述溝槽的所述硅片的背面方向?qū)λ鰣鲎钄鄬舆M(jìn)行激光退火，激光退火將所述場阻斷層中的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)進(jìn)行激活和擴(kuò)散。

步驟五、從所述硅片的背面方向在所述溝槽中填充第一種材料。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一導(dǎo)電類型為N型，步驟二中所述場阻斷層的離子注入的雜質(zhì)為磷、砷、硒和硫四種雜質(zhì)中一個(gè)或多個(gè)的組合。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟三中所形成的所述溝槽的側(cè)壁為垂直結(jié)構(gòu)、或傾斜結(jié)構(gòu)。