[发明专利]半导体器件及相关模块、电路、制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种半导体器件及相关模块、电路、制备方法，该器件包括：N型漂移层、P型基极层、N型发射极层、栅极、场截止层和P型集电极层等，其中，场截止层包括依次层叠于N型漂移层的表面的第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区的杂质的粒子半径小于第二掺杂区的杂质的粒子半径，第一掺杂区和第二掺杂区的掺杂浓度均高于N型漂移层的掺杂浓度。上述半导体器件，可以有效降低IGBT的集电极与发射极之间的漏电流。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及相关模块、电路、制备方法。

背景技术

绝缘栅双极型场效应管(insulated gate bipolar transistor，IGBT:)是由双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)和绝缘栅型场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。BJT饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT集MOSFET和BJT的优点于一体，具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好，且驱动电路简单，驱动电流小，又具有饱和压降低，耐压高及承受电流大的优点。因此，IGBT适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

相对于非穿通型IGBT(即NPT-IGBT)，具有场截止层的IGBT(即FS-IGBT)，其背面增加一层N型场截止层(也称为N型缓冲层)，N型场截止层的掺杂浓度略高于FS-IGBT的衬底，可以迅速降低电场强度，使整体电场呈梯形，从而截止电场，使所需的N型漂移区厚度大大减小。此外，N型场截止层还可以调整发射极的发射效率，从而可以改善IGBT关断时的拖尾电流及损耗。

现有技术中，采用质子(H⁺)注入等形成场截止层可以增加场截止层的宽度，然而，对应的IGBT在高温情况下，发射极与集电极之间的漏电流I_ces较大。

发明内容

本发明实施例提供一种半导体器件及相关模块、电路、制备方法，改善质子(H⁺)注入形成场截止层的半导体器件漏电流大的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种半导体器件，包括：

N型漂移层，所述N型漂移层具有相背设置的第一表面和第二表面；

P型基极层，设于在N型漂移层的第一表面上；

N型发射极层，设于所述P型基极层背离所述N型漂移层的表面；

栅极，所述栅极通过氧化层连接到所述P型基极层；

场截止层，所述场截止层包括依次层叠于所述N型漂移层的第二表面的第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区的杂质的粒子半径小于所述第二掺杂区的杂质的粒子半径，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区的掺杂浓度均高于所述N型漂移层的掺杂浓度；

P型集电极层，所述P型集电极层设于所述N型场截止层背离所述N型漂移层的表面。

上述半导体器件，其场截止层由粒子半径小的第一杂质粒子掺杂形成的第一掺杂区和半径大的第二杂质粒子掺杂形成的第二掺杂区组成，其中，第一杂质粒子由于尺寸小，可以实现厚度大的场截止层；第二杂质粒子注入的深度较浅，不需要很高的退火温度，可以避免高温退火导致的N型衬底的正面的MOSFET结构的破坏，该半导体器件在增大场截止层的厚度的同时，可以降低IGBT的集电极与发射极之间的漏电。

在一种可能的实现中，所述第一掺杂区的杂质为氢离子或氦离子，所述第二掺杂区的杂质为磷原子或砷原子。应理解，氢离子(H⁺)或氦离子(He⁺)可以以较小的注入能量注入到N型衬底的深处，大大增加场截止层的厚度。