功率半导体器件制造技术

本申请公开了功率半导体器件。所述功率半导体器件包括：位于半导体衬底的第一表面上的外延层，半导体衬底的第一表面附近具有第一掺杂浓度且第二表面附近具有第三掺杂浓度，第二表面与第一表面彼此相对，外延层具有第二掺杂浓度；位于半导体衬底和外延层之间的过渡区；位于外延层上的栅叠层；位于外延层中的体区；位于体区中的第一掺杂区；与第一掺杂区相接触的第一接触；以及位于半导体衬底的第二表面上的第二接触，其中，第一掺杂浓度是第二掺杂浓度的5至100倍，第三掺杂浓度大于第一掺杂浓度。该功率半导体器件减小了半导体衬底和外延层之间的浓度差，从而减小了过渡区的厚度，从而可以提高产品良率。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件
本技术涉及半导体器件，更具体地，涉及功率半导体器件。
技术介绍
功率半导体器件广泛地应用于电子设备中，例如在功放电路中作为放大晶体管或者在电源电路作为开关晶体管。功率半导体器件包括双极型晶体管、金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)和绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。MOSFET器件自上世纪60年代至今已经发展多代产品。传统的MOSFET器件包括在半导体衬底上生长的外延层，在外延层中形成源区和漏区，在外延层上方形成栅叠层。此外延层的厚度及浓度决定了MOSFET器件的耐压及导通电阻Rds(on)。外延层厚度越厚，MOSFET器件耐压越高，导通电阻也越大。在MOSFET器件中，为了减小半导体衬底对导通电阻的影响，传统的MOSFET器件选择电阻率非常低的半导体衬底。例如，外延层的电阻率例如为65-75欧姆厘米，半导体衬底的电阻率小于0.02欧姆厘米。外延层与半导体衬底的掺杂类型相同，电阻率主要取决于各自的掺杂浓度。半导体衬底的掺杂度远大于外延层的掺杂度。然而，高掺杂浓度的半导体衬底与低掺杂浓度的外延层之间，由于二者的掺杂浓度差异形成过渡区。因此，在半导体衬底上生长外延层过程及后续MOSFET器件制造过程中经历的高温过程都会导致半导体衬底的掺杂杂质向外延层持续扩散，在半导体衬底与外延层之间形成一层过渡区。过渡区对耐压起的作用很小，但对MOSFET器件的导通电阻Rds(on)影响很大，使MOSFET器件导通电阻Rds(on)增大。在传统的MOSFET中，采用增大外延层厚度的方法弥补过渡区导致的厚度变化。对于耐压达到1500V的MOSFET器件，外延层的厚度至少在170微米以上，相应地，外延层与衬底间的过渡区占整个外延层厚度的20％以上，大大降低了外延层的有效利用率。由于外延层厚度过厚，外延层加工效率低、难度大，高厚度外延生长过程中，晶片边缘会形成较多缺陷且有严重翘曲，在后续工艺生产过程中，有较高的碎片率。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供功率半导体器件，其中，通过减小半导体衬底和外延层之间的浓度差来减小过渡区厚度，从而可以减小外延层厚度以及提高产品良率。根据本技术的第一方面，提供一种用于制造功率半导体器件的方法，包括：在半导体衬底的第一表面上形成外延层，所述半导体衬底和所述外延层均为第一掺杂类型且分别具有第一掺杂浓度和第二掺杂浓度；在所述外延层上形成栅叠层，所述栅叠层包括栅介质层和栅极导体，所述栅介质层夹在所述栅极导体和所述外延层之间；在所述外延层中形成体区，所述体区为第二掺杂类型，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反；在所述体区中形成第一掺杂区，所述第一掺杂区为所述第一掺杂类型；形成到达所述第一掺杂区的第一接触；从所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底进行掺杂，使得所述半导体衬底的第一表面附近保持所述第一掺杂浓度，所述半导体衬底的第二表面附近从所述第一掺杂浓提高度至第三掺杂浓度，所述第二表面与所述第一表面彼此相对；以及在所述半导体衬底的第二表面上形成第二接触，其中，所述半导体衬底和所述外延层之间形成掺杂浓度从所述第一掺杂浓度变化到所述第二掺杂浓度的过渡区，所述第一掺杂浓度是第二掺杂浓度的5至100倍。优选地，所述半导体衬底在掺杂前的电阻率为1欧姆厘米至10欧姆厘米之间。优选地，所述外延层的电阻率为50欧姆厘米至90欧姆厘米之间。优选地，所述第一掺杂类型为N型，所述第二掺杂类型为P型。优选地，所述第一掺杂浓度为5e14每立方厘米至5e15每立方厘米。优选地，所述第二掺杂浓度为5e13每立方厘米至1e14每立方厘米。优选地，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型。优选地，所述第一掺杂浓度为1.3e15每立方厘米至1.5e16每立方厘米。优选地，所述第二掺杂浓度为1.5e14每立方厘米至2.6e14每立方厘米。优选地，所述外延层的厚度为50微米至140微米之间。优选地，在对所述半导体进行掺杂的步骤之前，还包括从所述半导体衬底的所述第二表面进行减薄。优选地，所述半导体衬底减薄至预定厚度。优选地，所述外延层的掺杂浓度沿其厚度方向均匀分布。优选地，所述第一掺杂浓度最小值是第二掺杂浓度最小值的5至100倍。优选地，所述第一掺杂浓度最大值是第二掺杂浓度最大值的5至100倍。优选地，所述过渡区的厚度小于20微米。优选地，所述功率半导体器件的耐压值为1200V至1800V。根据本技术的第二方面，提供一种功率半导体器件，包括：位于半导体衬底的第一表面上的外延层，所述半导体衬底和所述外延层均为第一掺杂类型，所述半导体衬底的第一表面附近具有第一掺杂浓度且第二表面附近具有第三掺杂浓度，所述第二表面与所述第一表面彼此相对，所述外延层具有第二掺杂浓度；位于所述半导体衬底和所述外延层之间的过渡区，所述过渡区的掺杂浓度从所述第一掺杂浓度变化到所述第二掺杂浓度；位于所述外延层上的栅叠层，所述栅叠层包括栅介质层和栅极导体，所述栅介质层夹在所述栅极导体和所述外延层之间；位于所述外延层中的体区，所述体区为第二掺杂类型，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反；位于所述体区中的第一掺杂区，所述第一掺杂区为所述第一掺杂类型；与所述第一掺杂区相接触的第一接触；以及位于所述半导体衬底的第二表面上的第二接触，其中，所述第一掺杂浓度是第二掺杂浓度的5至100倍，所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。优选地，所述半导体衬底在掺杂前的电阻率为1欧姆厘米至10欧姆厘米之间。优选地，所述外延层的电阻率为50欧姆厘米至90欧姆厘米之间。优选地，所述第一掺杂类型为N型，所述第二掺杂类型为P型。优选地，所述第一掺杂浓度为5e14每立方厘米至5e15每立方厘米。优选地，所述第二掺杂浓度为5e13每立方厘米至1e14每立方厘米。优选地，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型。优选地，所述第一掺杂浓度为1.3e15每立方厘米至1.5e16每立方厘米。优选地，所述第二掺杂浓度为1.5e14每立方厘米至2.6e14每立方厘米。优选地，所述外延层的厚度为50微米至140微米之间。优选地，所述外延层的掺杂浓度沿其厚度方向均匀分布。优选地，所述半导体衬底在掺杂之前减薄至预定厚度。优选地，所述第一掺杂浓度最小值是第二掺杂浓度最小值的5至100倍。优选地，所述第一掺杂浓度最大值是第二掺杂浓度最大值的5至100倍。优选地，所述过渡区的厚度小于20微米。优选地，所述功率半导体器件的耐压值为1200V至1800V。根据本技术实施例的功率半导体器件的制造方法，半导体衬底的第一掺杂浓度是外延层的第二掺杂浓度的5至100倍。在现有技术中，例如，半导体衬底的掺杂浓度为1e18每立方厘米至5e19每立方厘米，外延层的掺杂浓度为5e13每立方厘米至1e14每立方厘米，前者比后者高5个数量级。例如，过渡区的厚度达到30微米。与现有技术相比，本技术减小了半导体衬底和外延层之间的掺杂浓度差。在本技术中，例如，半导体衬底的掺杂浓度为5e14每立方厘米至5e15每立方厘米，外延层的掺杂浓度为5e13每立方厘米至1e14每立方厘米，前者是后者的5至100倍。因此，半导体衬底与外延层之间的掺杂浓度差异显著减小，从而可以减小二者之间的过渡区的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件，其特征在于，包括：位于半导体衬底的第一表面上的外延层，所述半导体衬底和所述外延层均为第一掺杂类型，所述半导体衬底的第一表面附近具有第一掺杂浓度且第二表面附近具有第三掺杂浓度，所述第二表面与所述第一表面彼此相对，所述外延层具有第二掺杂浓度；位于所述半导体衬底和所述外延层之间的过渡区，所述过渡区的掺杂浓度从所述第一掺杂浓度变化到所述第二掺杂浓度；位于所述外延层上的栅叠层，所述栅叠层包括栅介质层和栅极导体，所述栅介质层夹在所述栅极导体和所述外延层之间；位于所述外延层中的体区，所述体区为第二掺杂类型，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反；位于所述体区中的第一掺杂区，所述第一掺杂区为所述第一掺杂类型；与所述第一掺杂区相接触的第一接触；以及位于所述半导体衬底的第二表面上的第二接触，其中，所述第一掺杂浓度是第二掺杂浓度的5至100倍，所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，其特征在于，包括：位于半导体衬底的第一表面上的外延层，所述半导体衬底和所述外延层均为第一掺杂类型，所述半导体衬底的第一表面附近具有第一掺杂浓度且第二表面附近具有第三掺杂浓度，所述第二表面与所述第一表面彼此相对，所述外延层具有第二掺杂浓度；位于所述半导体衬底和所述外延层之间的过渡区，所述过渡区的掺杂浓度从所述第一掺杂浓度变化到所述第二掺杂浓度；位于所述外延层上的栅叠层，所述栅叠层包括栅介质层和栅极导体，所述栅介质层夹在所述栅极导体和所述外延层之间；位于所述外延层中的体区，所述体区为第二掺杂类型，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反；位于所述体区中的第一掺杂区，所述第一掺杂区为所述第一掺杂类型；与所述第一掺杂区相接触的第一接触；以及位于所述半导体衬底的第二表面上的第二接触，其中，所述第一掺杂浓度是第二掺杂浓度的5至100倍，所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述半导体衬底在掺杂前的电阻率为1欧姆厘米至10欧姆厘米之间。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述外延层的电阻率为50欧姆厘米至90欧姆厘米之间。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一掺杂类型为N型，所述第二掺杂类型为P型。5.根据权利要求4所述的功率半导体器件，其特征在于，所述第一掺杂浓度为5e...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金波，曹俊，张邵华，王平，闻永祥，顾悦吉，王珏，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33