[发明专利]场阻断型半导体器件的制造方法和器件结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种场阻断型半导体器件的制造方法；本发明还涉及一种场阻断型半导体器件的器件结构。

背景技术

在半导体高压器件中，不论是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、快速恢复二极管(FRD)，还是MOSFET，在器件的栅极加正偏电压时器件导通，此时都希望导通状态下的功耗最小，也即希望器件的导通状态压降即通态压降小，利用更薄的硅片能直接降低器件的通态压降，但器件厚度的下降会降低器件在反向击穿情况下的耐压能力，两者是一对矛盾。为了解决上述矛盾，场阻断层被引用到半导体高压器件中，形成场阻断型半导体器件；以漂移区为N型掺杂的IGBT即N型IGBT为例，如图1所示，为一种现有场阻断型IGBT的结构示意图，现有场阻断型IGBT和没有场阻断层的IGBT的区别是，在N型硅片1和P型发射极4间包括一N型的场阻断层3，所述场阻断层3的载流子浓度大于所述硅片1的载流子浓度，在P阱7和所述场阻断层3之间的所述硅片1组成器件的N型漂移区。现有场阻断型IGBT的其它结构和其它非场阻断型的IGBT的结构相同，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，栅氧5、多晶硅栅6，所述多晶硅6覆盖部分所述P阱7、并在覆盖处形成沟道区，沟道区连接所述N+源8和所述硅片1；P+接触注入11，和所述P阱7连接并用于引出所述P阱7，接触孔10，以及表面金属12和背面金属14。如图1所示，其中截面A到截面B之间的区域为所述硅片，截面B到截面C之间的区域为所述场阻断层3。截面C以下为P型发射极4和背面金属14。

当现有场阻断型IGBT工作在反向阻断状态下时，所述N型漂移区完全被耗尽，电场穿透过所述N型漂移区到达N型场阻断层，从而在同样硅片厚度下使器件的耐压能力能大大增加。从而能实现用较薄的硅片实现高的反向阻断电压，减少了导通时的电阻。

现有场阻断型半导体器件制造方法有两种：一种是通过正面注入或者背面注入氦等质量很轻的离子之后通过退火来获得，上述注入深度可以达到数十微米，因此可以在离硅片背面较大的深度范围中形成场阻断层。另一种是在器件正面工艺完成后在背面进行N型杂质如磷或砷的离子注入，之后通过退火来激活，该退火包括普通的高温退火和激光退火；由于退火之前器件正面已形成有AL等金属材料，在采用普通的退火技术时退火温度一般不能高于500摄氏度，注入的场阻断层离子被激活的效率不高；而采用激光退火能实现硅片背面局部的高温，从而在背面局部实现高温，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，不能满足3微米～30微米场阻断层激活和扩散的需要。其中有效激活深度为通过激光退火处理后，离子的激活率高于50％的区域的纵向尺寸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种场阻断型半导体器件的制造方法，能对场阻断层进行三维方向的激光退火，能提高场阻断层激活率以及深度。本发明还提供一种场阻断型半导体器件的器件结构。

为解决上述技术问题，本发明提供一种场阻断型半导体器件的制造方法，场阻断型半导体器件为包含有场阻断层的绝缘栅双极晶体管、快速恢复二极管或金属氧化物半导体场效应晶体管，包括如下步骤：

步骤一、从背面对第一导电类型硅片进行减薄；第一导电类型为场阻断型半导体器件的漂移区的掺杂类型。

步骤二、从减薄的所述硅片的背面进行第一导电类型的离子注入并形成一场阻断层，所述场阻断层的第一导电类型载流子浓度高于所述硅片中的第一导电类型载流子浓度。

步骤三、在形成有所述场阻断层的所述硅片的背面形成沟槽，所述沟槽的深度小于所述场阻断层的厚度，所述沟槽的宽度大于0.1微米；所述沟槽将所述场阻断层分割成位于各所述沟槽的底部的第一场阻断层、和位于各相邻所述沟槽间的第二场阻断层，各所述第一场阻断层的厚度小于等于激光退火能达到的第一有效深度、各所述第二场阻断层横向宽度小于等于2倍的所述第一有效深度。

步骤四、从形成有所述沟槽的所述硅片的背面方向对所述场阻断层进行激光退火，激光退火将所述场阻断层中的第一导电类型杂质进行激活和扩散。

步骤五、从所述硅片的背面方向在所述沟槽中填充第一种材料。

进一步的改进是，所述第一导电类型为N型，步骤二中所述场阻断层的离子注入的杂质为磷、砷、硒和硫四种杂质中一个或多个的组合。

进一步的改进是，步骤三中所形成的所述沟槽的侧壁为垂直结构、或倾斜结构。