[發明專利]功率半導體器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201310099590.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN104269357A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 顧悅吉;聞永祥;劉琛;劉慧勇
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L29/739;H01L29/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本發明涉及功率半導體器件領域，尤其涉及一種功率半導體器件及其制造方法。?

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT，Insulated?Gate?Bipolar?Transistor）產品自上世紀80年代至今已經發展至第六代產品，具體為場截止型IGBT。但是，傳統的場截止型IGBT產品中的場截止結構的形成過程受到半導體器件薄片加工工藝以及激光退火工藝的限制，導致該類型的IGBT產品加工難度非常大。?

在傳統的場截止型IGBT產品制造工藝中，場截止結構的形成工藝主要包括：在選定類型以及摻雜濃度的區熔型（FZ，Float-Zone)襯底上形成IGBT產品的正面結構；之后將襯底從背面研磨至所需的厚度；在此基礎上，再通過選擇型注入以及激光退火等工藝在襯底背面形成IGBT器件的場截止區。這種場截止型IGBT產品的制造工藝存在制造工序復雜、場截止區形成過程中的碎片率較高等問題。?

為克服上述工藝中涉及的問題，現有技術中還公開了多種工藝優化方案。參考圖1至圖3，現有技術公開了一種優化的工藝方法，利用具有選擇性摻雜的襯底形成場截止型IGBT器件的場截止區。在該方法中，如圖1所示，首先在具有第一導電類型且在深度方向上具有恒定濃度的襯底112上通過外延工藝形成場截止型IGBT器件的漂移區102，然后如圖2所示，在該漂移區102上形成場截止型IGBT器件的正面結構，包括基區106、位于基區106中的發射區107、位于漂移區102上的柵介質層103、位于柵介質層103上的柵極結構104、位于發射區107上方的介質層105、形成于介質層105中的接觸孔108、填充在介質層108中的發射電極109；之后如圖3所示，利用研磨工藝從襯底112的背面研磨至所需的厚度，將襯底的保留部分作為場截止型IGBT器件的場截止區。上述制造工藝雖然避免了傳統的場截止型IGBT產品復雜的場截止區制造過程，但是存在對襯底112的選擇性高、?場截止區濃度受襯底112影響大等問題。?

另外，在IGBT產品不斷的發展過程中，出現了一種新的IGBT產品，該型IGBT產品的主要特點就是在IGBT產品的背面P+集電區的上方存在一層摻雜濃度很低甚至為本征摻雜的空穴過渡區，通過控制空穴過渡區的濃度以及厚度來降低IGBT器件在導通時的空穴注入量，從而達到降低IGBT器件在關斷過程所產生的能量損耗。該IGBT產品的工藝方案如下：在摻雜濃度很低或是本征摻雜的襯底上方外延生長一層用于控制空穴電荷的N型第一外延層，該第一外延層作為N型緩沖層，以及在N型緩沖層的上方外延生長IGBT器件的第二外延層，該第二外延層作為漂移區，之后在漂移區上形成IGBT器件的正面結構；之后利用研磨工藝從襯底的背面研磨至所需的厚度，將襯底的保留部分作為IGBT器件的空穴過渡區，且襯底的研磨不能觸及第一外延層。在以上工藝結束后再通過注入工藝形成IGBT器件的P+集電區。但是，上述方法仍然存在制造工藝復雜等問題。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種功率半導體器件及其制造方法，有利于降低IGBT器件的場截止區的制造難度，并能夠避免碎片率高等問題。?

為解決上述技術問題，本發明提供了一種功率半導體器件的制造方法，包括：?

提供半導體襯底，所述半導體襯底具有相對的正面和背面；?

在所述半導體襯底的正面生長具有第一摻雜類型且縱向摻雜均勻的第一外延層；?

在所述第一外延層上生長具有第一摻雜類型的第二外延層，所述第二外延層的摻雜濃度低于所述第一外延層的摻雜濃度；?

在所述第二外延層上形成IGBT器件的基區、發射區、柵介質層和柵極結構，所述基區具有第二摻雜類型，所述發射區具有第一摻雜類型，所述第一摻雜類型和第二摻雜類型相反；?

從背面對所述半導體襯底進行減薄，至暴露出所述第一外延層的表面或者進一步減薄所述第一外延層至預設厚度，保留的第一外延層作為所述IGBT器件的場截止區；?

從背面對所述場截止區進行離子注入，以在其中形成第二摻雜類型的集電區。?

根據本發明的一個實施例，所述半導體襯底的晶向為<100>。?

根據本發明的一個實施例，所述半導體襯底具有第一摻雜類型或第二摻雜類型，或者所述半導體襯底是本征半導體襯底。?

根據本發明的一個實施例，所述第一摻雜類型為N型，所述第一外延層的摻雜濃度為5e14cm^-3至1e16cm^-3，所述第一外延層的厚度為2μm至50μm。?