[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210004107.4
• 申請(qǐng)日: 2012-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103199107A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖勝安;錢文生;朱東園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)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，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件；本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。

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(huì)降低器件在反向擊穿情況下的耐壓能力，兩者是一對(duì)矛盾。為了解決上述矛盾，場(chǎng)阻斷層被引用到半導(dǎo)體高壓器件中，形成半導(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(chǎng)阻斷型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT和沒(méi)有場(chǎng)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(chǎng)阻斷層3，所述場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)阻斷型IGBT的其它結(jié)構(gòu)和其它非場(chǎng)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鯬阱7的形成區(qū)域，截面A到截面B之間也包括部分由所述硅片1的N型摻雜區(qū)形成的漂移區(qū)，截面B到截面C之間的區(qū)域?yàn)榱硪徊糠钟伤龉杵?的N型摻雜區(qū)形成的漂移區(qū)。截面C到截面D之間的區(qū)域?yàn)樗鰣?chǎng)阻斷層3。截面D到截面E之間的區(qū)域?yàn)镻型發(fā)射極4。

如圖2所示，為現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT的從所述P阱7到所述P型發(fā)射極4間的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖3對(duì)應(yīng)于圖2中的器件工作在反向阻斷狀態(tài)下時(shí)電場(chǎng)分布示意圖。由圖2可知，截面C到截面D之間的場(chǎng)阻斷層的雜質(zhì)濃度大于截面B到截面C之間的N型漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，圖2中的P對(duì)應(yīng)的區(qū)域的雜質(zhì)為P型雜質(zhì)。由圖3可知，器件工作時(shí)電場(chǎng)穿透過(guò)所述N型漂移區(qū)時(shí)為一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)，該梯形的面積即為所述N型漂移區(qū)的耐壓能力；如果沒(méi)有所述場(chǎng)阻斷層3，器件工作時(shí)電場(chǎng)穿透過(guò)所述N型漂移區(qū)時(shí)會(huì)呈一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)，這時(shí)的耐壓能力為三角形BHD所對(duì)應(yīng)的面積；顯然有場(chǎng)阻斷層時(shí)器件的耐壓能力會(huì)得到提高。

現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型半導(dǎo)體器件制作方法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(guò)退火來(lái)激活，該退火包括普通的高溫?zé)嵬嘶鸷图す馔嘶稹Ｓ捎谕嘶鹬捌骷嬉研纬捎蠥L等金屬材料，在采用普通的熱退火技術(shù)時(shí)退火溫度一般不能高于500攝氏度，注入的場(chǎng)阻斷層離子被激活的效率不高，同時(shí)還不能達(dá)到擴(kuò)散的效果。而采用激光退火能大大提高效率，激光退火所能達(dá)到的深度有限，而且工藝成本高，因此也不可能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的激活，也沒(méi)有能使雜質(zhì)進(jìn)行有效的擴(kuò)散，這樣得到的場(chǎng)阻斷層的離子分布都是比較劇變的。這種載流子濃度的劇變，在器件由導(dǎo)通狀態(tài)變化成關(guān)斷狀態(tài)的過(guò)程中，由于在場(chǎng)阻斷層中的內(nèi)建電場(chǎng)較大，加速了通態(tài)時(shí)在漂移區(qū)中的電子流經(jīng)N型場(chǎng)阻斷層的速度，造成電流的急劇下降從而使開(kāi)關(guān)的柔軟性下降，在感性負(fù)載下易于產(chǎn)生一個(gè)高的峰值電壓使器件失效；另一方面，在短時(shí)間中在背面P+N阻斷層即P型發(fā)射極4和場(chǎng)阻斷層3的PN結(jié)中易于造成局部的電子和空穴的較大差異，在該結(jié)附近形成一個(gè)很高的電場(chǎng)，也易于使器件失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體器件，在具有較低的導(dǎo)通電阻的同時(shí)，能使器件在關(guān)斷時(shí)的電流下降速度得到有效控制，從而能提高器件的可靠性。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法。