开关型功率半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体器件技术领域，具体公开一种开关型功率半导体器件及其制作方法。所述器件包括硅层，所述硅层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面分为有源区域和结终端区域，所述有源区域周围为所述结终端区域围绕；所述第二表面分为与所述有源区域证对应的第一离子掺杂区域和与所述结终端区域证对应的掺杂离子体浓度低于所述第一离子掺杂区域的第二离子掺杂区域，所述第一离子掺杂区域的周围为所述第二离子掺杂区域围绕，还包括结合于所述第二表面的金属层。本发明专利技术可降低器件结终端区域的自由载流子浓度和电流密度，减少碰撞电离和动态雪崩击穿，减少边缘元胞由于电流集中产生的latch‑up损坏，从而提高器件的整体安全工作区。

Switch type power semiconductor device and manufacturing method thereof

The invention relates to the technical field of power semiconductor devices, in particular discloses a switching type power semiconductor device and a manufacturing method thereof. The device includes a silicon layer, a first surface and a second surface of the silicon layer is relative, the first surface is divided into an active region and a junction terminal region around the active area of the region around the terminal node; the second surface is divided into the plasma concentration of the first doped ion doped region corresponds with the active the regional certificate and with the certificate corresponding to the terminal node region below second doped region of the first doped region, around the first doped region for the second doped region, also includes a metal layer combined on the surface of the second. The invention can reduce the junction terminal region of the free carrier concentration and current density, reduce the impact ionization and dynamic avalanche breakdown, reduce cellular edge due to current latch up damage, thereby improving the overall safety of working area of the device.

【技术实现步骤摘要】
开关型功率半导体器件及其制作方法
本专利技术涉及功率半导体器件
，尤其涉及一种开关型功率半导体器件及其制作方法。
技术介绍
在诸如MOSFET、IGBT、FRD等典型功率器件的结终端区域，一般都包括了场限环结构、场板结构，其作用是帮助器件能够承受较高的反向耐压。在器件关断或反向恢复过程中，容易发生如图1所示的电流集中现象，具体为由于离子注入覆盖了全部的芯片背面区域(即图1中3部位均为相同离子浓度注入区)在结终端区域形成电流集中。并且在局部电场较高的区域会有比较高的载流子(少子)浓度，产生较高的碰撞电离和动态雪崩，影响(减少)器件的安全工作区(SOA)。为避免上述现象，最常用的有效做法是降低结终端处的自由载流子浓度，从而减少碰撞电离和动态雪崩击穿。具体做法是降低芯片背面的离子注入剂量，以降低芯片背面发射区的注入效率，从而达到降低流到芯片正面有源区的电荷浓度的目的。但这样会造成整个芯片体内的电荷数量少，传递电流的能力降低，也即器件的导通电阻增大。功率半导体器件芯片背面需要较高的掺杂浓度，使背面金属能与硅衬底形成良好的欧姆接触。通常是在芯片背面做一层浓度较高的离子注入，后续还要进行一次炉管退火，以达到激活注入离子和修复注入损伤的目的。由于芯片正面金属层的限制，炉管退火温度低，注入的离子激活率低，故需要高剂量的离子注入。但是高剂量离子注入会对硅衬底造成损伤，导致器件漏电大。并且，如果炉管退火温度低，修复损伤的能力也比较低，大量残留的损伤也会引起器件的漏电。
技术实现思路
针对功率半导体器件存在的在结终端区域形成电流集中而导致产生较高的碰撞电离和动态雪崩或者损伤引起的器件漏电、安全工作区不佳等问题，本专利技术实施例提供了一种开关型功率半导体器件。与此相应地，本专利技术实施例还提供了所述开关型功率半导体器件的制作方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种开关型功率半导体器件，包括硅层，所述硅层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面分为有源区域和结终端区域，还包括结合于所述第二表面的金属层，所述有源区域的周围为所述结终端区域围绕；所述第二表面分为与所述有源区域正对应的第一离子掺杂区域和与所述结终端区域正对应的掺杂离子体浓度低于所述第一离子掺杂区域的第二离子掺杂区域，所述第一离子掺杂区域的周围为所述第二离子掺杂区域围绕，所述第一离子掺杂区域的面积小于或等于所述有源区域的面积，所述第一离子掺杂区域含有的注入离子体浓度大于所述第二离子掺杂区域含有的注入离子体浓度至少一个数量级。相应地，上述所述的开关型功率半导体器件的制作方法，至少包括以下步骤：1)将按照常规工艺完成正面结构的半成品进行减薄处理；2)对所述第二表面进行离子注入掺杂处理；3)采用激光退火工艺对所述第二表面与所述有源区域对应的区域退火处理，经过所述激光退火处理的区域形成第一离子掺杂区域离子掺杂区域；4)对所述第二表面未经所述激光退火处理的区域进行炉管退火处理，使经过所述炉管退火处理的区域形成第二离子掺杂区域离子掺杂区域；5)在所述芯片背面进行金属层的沉积处理。本专利技术上述实施例提供的开关型功率半导体器件，将第二表面的离子掺杂区分为离子体浓度不同的掺杂区域，其中第一离子掺杂区域为离子体浓度较高的掺杂区域，而且限定了第一离子掺杂区域与有源区域相正对，第二离子掺杂区域与结终端区域相正对，第一离子掺杂区域的面积小于或等于有源区域的面积，保证金属与硅层形成良好的欧姆接触，降低器件的导通电阻等静态参数和静态功能，降低器件结终端区域的自由载流子浓度和电流密度，减少碰撞电离和动态雪崩击穿，减少边缘元胞由于电流集中产生的latch-up损坏，从而提高器件的整体安全工作区。本专利技术上述实施例提供的开关型功率半导体器件的制作方法，采用激光退火和炉管退火两步工艺发，形成第二表面的离子体浓度不同的掺杂区域的分布，避免了常规光刻工艺，极大的简化了功率半导体器件的背面工艺，获得的器件能够有效解决结终端区域由于电流集中而导致的失效问题，提高了器件的导电能力，降低器件的导通电阻。附图说明图1为常规功率半导体器件终端区电流集中现象示意图；图2本专利技术实施例提供的开关型功率半导体器件结构正视图；图3本专利技术实施例提供的开关型功率半导体器件结构电流流动示意图；图4本专利技术实施例提供的开关型功率半导体器件第一表面示意图；图5本专利技术实施例提供的开关型功率半导体器件第二表面示意图；图6本专利技术实施例提供的开关型功率半导体器件制作方法流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图2、3、4、5所示，本专利技术实施例提供一种开关型功率半导体器件。所述开关型功率半导体器件包括硅层1，所述硅层1包括具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面分为有源区域11和结终端区域12，所述有源区域11的周围为所述结终端区域12围绕；所述第二表面分为与所述有源区域11正对应的第一离子掺杂区域13和与所述结终端区域12正对应的离子体浓度低于所述第一离子掺杂区域13的第二离子掺杂区域14，所述第一离子掺杂区域13的周围为所述第二离子掺杂区域14围绕，所述第一离子掺杂区域13的面积小于或等于所述有源区域11的面积，所述第一离子掺杂区域离子掺杂区域13含有的注入离子浓度大于所述第二离子掺杂区域离子掺杂区域14含有的注入离子浓度至少一个数量级；所述第二表面还结合有金属层2。在本专利技术实施例中，提到的第一表面即为本领域常说的芯片正面，第二表面即为芯片背面，写成第一表面、第二表面是出于方便行文，所表达的意思本质上一样。优选地，所述硅层1为二氧化硅层、氮化硅层、多晶硅层中的任一种。优选地，所述金属层2为Ti+Ni+Ag层、Al+Ti+Ni+Ag层、Ti+Au层中的任一种。其中的Ti(钛金属)和Al(铝金属)能够与器件背面的硅材料形成良好的欧姆接触，降低器件的导通电阻；Ni金属作为阻挡层或者叫过渡层，具有良好的粘接性，又可以防止封装过程中上、下背金层之间的相互扩散而引起的电阻增加。Ag、Au等金属由于其良好的导电性、导热性，及其与封装基板间的良好可焊性，通常用作为功率器件背面金属的最外层。所述金属层2叠设于所述第二表面上。所述硅层1的厚度为50μm～1000μm，分别对应于阻断耐压低至600V和阻断耐压高达10000V的产品。所述金属层2的厚度设定1.4μm～2.7μm。具体地，Ti(钛金属)和Al(铝金属)厚度通常为0.1μm～0.2μm，Ti能够与器件背面的硅材料形成良好的欧姆接触；Ni金属作为阻挡层，通常厚度为0.3μm～0.5μm，可以防止封装时上、下背金层之间的相互扩散。Ag、Au等金属保证能与封装基板焊接良好，及控制材料成本，通常厚度为1μm～2μm。优选地，所述有源区域11边缘至所述硅层1边缘的最小距离为c，所述第一离子掺杂区域13边缘至所述硅层1边缘的最小距离为d。或者说所述硅层1边缘到达所述有源区域边缘11的距离(结终端区域12的宽度)为c，所述硅层1边缘到达所述第一离子掺杂区域13的距离(第二离子掺杂区域14)为d。也就是说，有源区域11与第一离子掺杂区域13正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关型功率半导体器件，包括硅层，所述硅层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面分为有源区域和结终端区域，还包括结合于所述第二表面的金属层，其特征在于：所述有源区域的周围为所述结终端区域围绕；所述第二表面分为与所述有源区域正对应的第一离子掺杂区域和与所述结终端区域正对应的掺杂离子体浓度低于所述第一离子掺杂区域的第二离子掺杂区域，所述第一离子掺杂区域的周围为所述第二离子掺杂区域围绕，所述第一离子掺杂区域的面积小于或等于所述有源区域的面积，所述第一离子掺杂区域含有的注入离子体浓度大于所述第二离子掺杂区域含有的注入离子体浓度至少一个数量级。

【技术特征摘要】
2016.02.25 CN 20162016087481.一种开关型功率半导体器件，包括硅层，所述硅层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面分为有源区域和结终端区域，还包括结合于所述第二表面的金属层，其特征在于：所述有源区域的周围为所述结终端区域围绕；所述第二表面分为与所述有源区域正对应的第一离子掺杂区域和与所述结终端区域正对应的掺杂离子体浓度低于所述第一离子掺杂区域的第二离子掺杂区域，所述第一离子掺杂区域的周围为所述第二离子掺杂区域围绕，所述第一离子掺杂区域的面积小于或等于所述有源区域的面积，所述第一离子掺杂区域含有的注入离子体浓度大于所述第二离子掺杂区域含有的注入离子体浓度至少一个数量级。2.如权利要求1所述的开关型功率半导体器件，其特征在于：所述有源区域边缘至所述硅层边缘的最小距离为c，所述第一离子掺杂区域边缘至所述硅层边缘的最小距离为d，所述d和c的差值不小于10μm。3.如权利要求1所述的开关型功率半导体器件，其特征在于：所述第一离子掺杂区域含有的注入离子的体浓度为1.0E17cm-3～1.0E19cm-3，所述第二离子掺杂区域含有的注入离子的体浓度为1.0E15cm-3～1.0E16cm-3。4.如权利要求1所述的开关型功率半导体器件，其特征在于：所述硅层为二氧化硅层、氮化硅层、多晶硅层中的任一种；所述金属层为Ti+Ni+Ag层、Al+Ti+Ni+Ag层、Ti+Au层中的任一种。5.如权利要求4所述的开关型功率半导体器件，其特征在于：所述硅层的厚度为50μm～1000μm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国华，蔡荣怀，陈孟邦，曹进伟，乔世成，
申请(专利权)人：宗仁科技平潭有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35