[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210378871.8
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN102903745A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 下山和男;塚本安彥
• 申請（專利權(quán)）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331;H01L21/78
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 李玲

本申請是申請?zhí)枮?00980116546.0、申請日為2009年5月13日、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體器件及其制造方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，比如用于功率轉(zhuǎn)換器件等的逆向阻斷IGBT（絕緣柵極雙極晶體管），還涉及這種半導(dǎo)體器件的制造方法。

背景技術(shù)

下面將描述用于制造逆向阻斷IGBT的常規(guī)方法。第一現(xiàn)有技術(shù)是一種在形成用于構(gòu)成逆向阻斷IGBT的柵極/發(fā)射極結(jié)構(gòu)之前預(yù)先涂敷摻雜劑源并從晶片（硅）上的切割區(qū)域的表面執(zhí)行熱擴散的方法，正如圖26所示那樣，其中，形成了很深的p型隔離層，對晶片進行薄化處理，使得在形成了柵極/發(fā)射極結(jié)構(gòu)之后該p型隔離層露出來，并且，通過在經(jīng)薄化處理的晶片的背面執(zhí)行離子注入和退火，形成了將要與p型隔離層連接的p型集電極層（例如，參見下文列出的專利文獻1）。

根據(jù)第二現(xiàn)有技術(shù)，如圖27所示，在IGBT前表面處理過程中形成了MOS結(jié)構(gòu)，研磨晶片的背面，并且MOS結(jié)構(gòu)一側(cè)是與玻璃基板結(jié)合起來的。然后，將正面和背面翻過來，在背面（現(xiàn)在該背面是在上面）之上形成掩模圖案，并且，通過使用堿性溶液進行各向異性濕法蝕刻來形成V溝槽。在晶片的正面靠近切割區(qū)域處形成了p型擴散層，以便形成柵極/發(fā)射極結(jié)構(gòu)（MOS結(jié)構(gòu)）。然后，除去上述掩模，并且在V溝槽的側(cè)壁上以及晶片的背面同時執(zhí)行硼離子注入和激光退火，以形成p型隔離層和p型集電極層，其上形成了將要成為集電極的金屬電極膜（例如Au層），并且，通過拾取，形成了逆向阻斷IGBT（例如，參見下文列出的專利文獻2、專利文獻3和非專利文獻1）。圖28是通過第二現(xiàn)有技術(shù)形成的逆向阻斷IGBT的外圍區(qū)域的關(guān)鍵部分的橫截面圖。通過V溝槽的側(cè)壁上所形成的p型隔離層，使晶片正面一側(cè)的p型擴散層與晶片背面一側(cè)的p型集電極層連接起來。

隨著激光振蕩器在尺寸和價格方面不斷減小并且在壽命和性能方面不斷增大，激光照射處理正越來越廣泛地用于硅晶片。一個示例是上述激光退火處理，用于激活通過離子注入過程而注入的摻雜劑。用于激活通過離子注入過程而注入的摻雜劑的另一種可用的方法是爐內(nèi)退火處理，但在這種情況下，處理溫度受限于晶片正面已形成的金屬電極膜和保護膜的耐熱溫度，因此，高溫處理是不可能的，并且摻雜劑激活比例是很低的。使用脈沖激光進行激光退火處理的情況可以瞬時地且局部地只加熱晶片背面的表面層區(qū)域，所以，沒有對晶片正面一側(cè)已形成的金屬電極膜和保護膜造成熱破壞。因此，可以按很高的激活比例來激活背面一側(cè)的摻雜劑，而不用管晶片正面一側(cè)的結(jié)構(gòu)的耐熱溫度。

專利文獻1：日本專利申請?zhí)亻_2004-363328

專利文獻2：日本專利申請?zhí)亻_2006-303410

專利文獻3：日本專利申請?zhí)亻_2006-278382

非專利文獻1：Kazuo?Shimoyama和其他兩人：“New?Isolation?Technique?for?High?Breakdown?Voltage?Reverse?Blocking?IGBT”、“[Electronic?Device/Semiconductor?Power?Conversion],General?Power?Device?and?Semiconductor?Power?Conversion”，日本電氣工程師學(xué)院技術(shù)協(xié)會，EDD-06-52，SPC-06-124。

在根據(jù)第一現(xiàn)有技術(shù)僅通過熱擴散從半導(dǎo)體基板的正面到其背面的集電極層表面形成p型隔離層的情況下，必須形成非常厚的熱氧化膜，使得用于形成p型隔離層的硼不會穿透用于遮住活性部分的氧化膜。為了形成這種很厚的熱氧化膜，必須在高溫下長時間地執(zhí)行熱氧化處理，這使制造成本增大了。

摻雜劑的擴散要求在高溫下進行長時間地處理，所以，吞吐量急劇地下降，并且，摻雜劑不可避免地在橫向上擴散，因為摻雜劑各向同性地從掩模開口部分?jǐn)U散到硅體，這引起了減小器件節(jié)距和芯片尺寸方面的問題。

用于防止這種情況的一種可用的方法是上述第二現(xiàn)有技術(shù)，其中，在上述正面形成上述器件結(jié)構(gòu)（比如柵極/發(fā)射極結(jié)構(gòu)）之后執(zhí)行晶片的薄化處理，正如上文所提到的那樣，并且，在晶片與玻璃支撐基板結(jié)合起來從而面對著該器件的正面之后，通過濕法蝕刻，使錐形的V溝槽從晶片背面穿透至晶片正面，并且，通過離子注入和激光退火在這些溝槽的側(cè)壁上形成p型隔離層。此處，“錐形溝槽”是指一種其側(cè)壁按一定角度傾斜的溝槽，其中，溝槽寬度從底部向開口處逐漸展寬。