[發明專利]逆導型IGBT半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201210064065.3
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN103035691A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 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: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331;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

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種逆導型IGBT半導體器件；本發明還涉及一種逆導型IGBT半導體器件的制造方法。

背景技術

在高壓器件中，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)在600伏以上電壓的器件中獲得了越來越廣泛的應用，最近更是往高電壓、大電流密度的方向發展。在IGBT的使用中，通常要將IGBT與快恢復二極管(FAST?RECOVERED?DIODE，FRD)在模塊封裝中組合在一起，以降低開關功耗和提供反向電流的導通能力。最近，一些公司開始將FRD集成在IGBT芯片之中，以進一步提高器件的電流密度，特別是降低模塊封裝的難度，提高模塊封裝的可靠性并減小模塊的體積。現有的做法是在硅片的背面的N型層之后，形成作為IGBT集電區的P+區域和作為FRD的n+區域，P+區域和n+區域之后形成背面金屬化形成IGBT的集電極和FRD的陰極。

為了減少IGBT器件的導通電阻，現有工藝中，會在硅片的背面N-之后通過離子注入等工藝形成場阻斷層，如利用在IGBT的飄移區的中間或靠近硅片背面處形成一個雜質濃度緩變的漂移層作為場阻斷層，在保證器件導通電阻低的情況下，得到高可靠的開關特性。以漂移區為N型摻雜的IGBT即N型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型集電區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。現有場阻斷型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。

現有技術中的緩變漂移層組成的場阻斷層的制作方法有：

一種方法是通過注入(正面或者背面注入)氦等質量很輕的離子之后通過退火來獲得，它的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緩變層。

另一種方法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，該退火包括高溫熱退火和激光退火。由于此時器件正面已有AL等金屬材料，在采用高溫熱退火技術時采用的溫度一般不能高于500攝氏度，注入離子被激活的效率不高；采用激光退火能實現硅片背面局部的高溫，從而在背面局部實現高溫，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散的需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種逆導型IGBT半導體器件，能提高場阻斷層的深度和激活效率，且能實現IGBT器件和快速恢復二極管的良好集成。本發明還提供一種逆導型IGBT半導體器件的制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種逆導型IGBT半導體器件，逆導型IGBT半導體器件集成有IGBT器件和快速恢復二極管，所述逆導型IGBT半導體器件包括：一具有第一導電類型的場阻斷層，形成于第一導電類型的硅基片的背面，所述場阻斷層的載流子濃度大于所述硅基片的載流子濃度；所述場阻斷層由垂直注入的第一離子注入區和傾斜注入的第二離子注入區組成，所述第一離子注入區和所述第二離子注入區都經過退火激活。溝槽，形成于所述硅基片的背面，所述溝槽的深度小于所述場阻斷層的厚度；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。所述IGBT器件的集電區由形成于所述第二場阻斷層的頂部的第二導電類型的離子注入區組成。所述快速恢復二極管的第一電極區由填充于所述溝槽中的第一導電類型的多晶硅或外延層組成。一背面金屬，分別和所述IGBT器件的集電區以及所述快速恢復二極管的第一電極區相連接并作為所述IGBT器件的集電區和所述快速恢復二極管的第一電極區的連接電極。

進一步的改進是，所述第一導電類型為N型，第二導電類型為P型；所述第一離子注入區的雜質為磷、砷、硒和硫四種雜質中一個或多個的組合，所述第二離子注入區的雜質為磷、砷、硒和硫四種雜質中一個或多個的組合。