功率半导体器件及其制造方法技术

本申请公开了功率半导体器件及其制造方法。所述方法包括：在半导体衬底的第一表面形成正面结构，所述正面结构包括阱区和发射区，所述发射区位于所述阱区中；从所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底进行减薄，所述第二表面与所述第一表面彼此相对；对所述半导体衬底的第二表面进行激光处理；以及在所述半导体衬底的第二表面形成缓冲区和集电区，所述集电区从所述第二表面延伸至与所述缓冲区邻接。该方法在形成缓冲区之前，对半导体衬底的第二表面进行激光处理，从而减小随后形成的缓冲区中的含氧量，进一步减小缺陷密度，从而提高击穿电压和减小漏电流，以及降低器件成本。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件，更具体地，涉及功率半导体器件及其制造方法。
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。IGBT兼具金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的高输入阻抗，以及双极结型晶体(BipolarJunctionTransistor,BJT)的载流能力，可简化栅极驱动要求，同时增强导通状态性能。它具有低饱和电压、大电流密度、高阻断能力和高达100kHz的频率范围等优点，故能迅速取代较低功率应用中的双极型晶体管，以及较高功率应用中的栅极夹断流硅控整流体(GateTurn-offThyristor,GTO)。IGBT的开关机理与垂直双扩散MOSFET(VDMOSFET)完全一样。采用MOSFET的栅极控制其开通和关断。IGBT是在功率MOSFET的漏极加入P+层，即IGBT的集电极侧为P+层，从而增加一个P+N结，工作时在载流子漂移区引入电导调制效应，从而克服高压工作与低导通电阻的矛盾。在IGBT的发展过程中，主要的研究课题是改善饱和电压和开关特性的折衷关系，为降低饱和电压而采用的主要技术有栅氧化膜的优化、元胞尺寸的微细化和优化、降低关断电阻的新结构、新的寿命控制法。为降低下降时间而采用的主要技术有N+缓冲区、P+集电极层浓度和厚度的优化以及新的寿命控制法，随着IGBT器件制造工艺水平的不断提高，非穿通(NPT)型IGBT，采用电阻率高的区熔晶片，替代价格昂贵的外延片，已经是目前IGBT器件生产的主流方式。非穿通(NPT)型IGBT是在IGBT正面结构完成后，通过减薄晶片厚度，例如标称耐压600V的IGBT需要减薄到80～85um左右的厚度，再在晶片背面用离子注入和退火工艺的方法，形成发射效率较低的PN结，同时由于增加了承受高阻断电压的N漂移区厚度，以至于在高电压下不会产生耗尽层穿透现象。进一步地，在晶片的底部注入/辐照H+以形成N+缓冲区，从而减小漂移区的厚度，以及在IGBT器件体内形成较深的缓冲区，改善功率半导体器件的dv/dt特性。然而，该缓冲区的形成在晶片中产生多个不同能级的缺陷，导致功率半导体器件的击穿电压降低和漏电流增加。为了减少缓冲区的缺陷的不利影响，已经采用的方法包括采用区熔晶片，以及提高热处理温度和时间。这些方法的缺点是生产效率降低和器件成本升高。因此，期望在功率半导体器件中进一步减少缓冲区的缺陷数量以提高击穿电压和减小漏电流。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供功率半导体器件及其制造方法，其中，在形成缓冲区之前对半导体衬底的第二表面进行激光处理以提高击穿电压、减小漏电流和降低器件成本。根据本专利技术的一方面，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形成正面结构，所述正面结构包括阱区和发射区，所述发射区位于所述阱区中；从所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底进行减薄，所述第二表面与所述第一表面彼此相对；对所述半导体衬底的第二表面进行激光处理；以及在所述半导体衬底的第二表面形成缓冲区和集电区，所述集电区从所述第二表面延伸至与所述缓冲区邻接，其中，所述半导体衬底形成所述功率半导体器件的漂移区，所述漂移区、所述发射区和所述缓冲区为第一掺杂类型，所述阱区和所述集电区为第二掺杂类型，所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型彼此相反。优选地，所述激光处理减小所述半导体衬底的第二表面的粗糙度，以及减小所述缓冲区中的氧含量。优选地，在所述激光处理中，激光焦斑的瞬时能量密度为2焦耳每平方厘米至5焦耳每平方厘米。优选地，所述激光处理的条件为：激光波长大于等于532纳米，平均输出功率5瓦至80瓦，光斑大小为10微米×2毫米至30微米×4毫米。优选地，所述激光处理的深度大于所述缓冲区的深度。优选地，所述形成缓冲区和集电区的步骤包括：从所述半导体衬底的第二表面进行第一离子注入，以形成所述缓冲区；以及从所述半导体衬底的第二表面进行第二离子注入，以形成所述集电区。优选地，在第一离子注入中采用的掺杂剂为选自H+、He2+和S中的任一种。优选地，在第二离子注入中采用的掺杂剂为B+。优选地，处理方法还包括：形成与所述发射区电连接的第一接触，以及形成与所述集电区电连接的第二接触。优选地，所述半导体衬底为选自区熔法(FZ)、直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)制作的硅晶片。优选地，所述第一掺杂类型为N型和P型中的一种，所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一种。根据本专利技术的另一方面，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的正面结构，所述正面结构包括阱区和发射区，所述发射区位于所述阱区中；位于所述半导体衬底的第二表面的缓冲区和集电区，所述集电区从所述第二表面延伸至与所述缓冲区邻接，其中，所述半导体衬底形成所述功率半导体器件的漂移区，所述漂移区、所述发射区和所述缓冲区为第一掺杂类型，所述阱区和所述集电区为第二掺杂类型，所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型彼此相反,所述半导体衬底的第二表面经过激光处理，以减小所述半导体衬底的第二表面的粗糙度，以及减小所述缓冲区中的氧含量。优选地，功率半导体器件还包括：与所述发射区电连接的第一接触，以及与所述集电区电连接的第二接触。优选地，所述半导体衬底为选自区熔法(FZ)、直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)制作的硅晶片。优选地，所述半导体衬底的第二表面经过激光处理后的表面粗糙度为0.01微米或更低。优选地，所述第一掺杂类型为N型和P型中的一种，所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一种。根据本专利技术实施例的功率半导体器件及其制造方法，在半导体衬底的第二表面进行离子注入之前通过激光处理预先降低了衬底片中预处理区域的氧原子含量，从而可以减少随后形成的缓冲区中的缺陷密度。该方法可以有效地改善由的缺陷存在而导致功率半导体器件在动态雪崩时所出现的低电压击穿失效问题，从而提高击穿电压和减小漏电流。进一步地，该制造方法可以采用使用成本更加便宜但氧元素含量相对较高的直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)制作的硅晶片，在形成缓冲层时可以使用较低的热处理温度以及热处理时间来形成热施主层，生产效率提高，因而可以降低器件成本。在优选的实施例中，采用选自H+、He2+、S中任一种的掺杂剂形成N型缓冲层，从而可以进一步减小离子注入引入的缺陷数量，例如具有更低的由氧原子与空位形成OV中心或者A中心E(90K),K中心H(195K)以及V2OE(230K)等缺陷，在进一步优选的实施例中，采用H+掺杂剂形成N型缓冲层，与He2+注入相比，可以抑制功率半导体器件中存在的漏电流，进一步提高半导体器件的结温。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1至6分别示出根据本专利技术实施例的功率半导体器件的制造方法中各个阶段的截面示意图。图7示出功率半导体器件中缓冲区的缺陷类型及能级。图8示出在功率半导体器件的制造方法中对表面进行激光处理以及未进行激光处理两种情形的氧元素含量分布图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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形成正面结构，所述正面结构包括阱区和发射区，所述发射区位于所述阱区中；从所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底进行减薄，所述第二表面与所述第一表面彼此相对；对所述半导体衬底的第二表面进行激光处理；以及在所述半导体衬底的第二表面形成缓冲区和集电区，所述集电区从所述第二表面延伸至与所述缓冲区邻接，其中，所述半导体衬底形成所述功率半导体器件的漂移区，所述漂移区、所述发射区和所述缓冲区为第一掺杂类型，所述阱区和所述集电区为第二掺杂类型，所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型彼此相反。

【技术特征摘要】
1.一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形成正面结构，所述正面结构包括阱区和发射区，所述发射区位于所述阱区中；从所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底进行减薄，所述第二表面与所述第一表面彼此相对；对所述半导体衬底的第二表面进行激光处理；以及在所述半导体衬底的第二表面形成缓冲区和集电区，所述集电区从所述第二表面延伸至与所述缓冲区邻接，其中，所述半导体衬底形成所述功率半导体器件的漂移区，所述漂移区、所述发射区和所述缓冲区为第一掺杂类型，所述阱区和所述集电区为第二掺杂类型，所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型彼此相反。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光处理减小所述半导体衬底的第二表面的粗糙度，以及减小所述缓冲区中的氧含量。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述激光处理中，激光焦斑的瞬时能量密度为2焦耳每平方厘米至5焦耳每平方厘米。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述激光处理的条件为：激光波长大于等于532纳米，平均输出功率5瓦至80瓦，光斑大小为10微米×2毫米至30微米×4毫米。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光处理的深度大于所述缓冲区的深度。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成缓冲区和集电区的步骤包括：从所述半导体衬底的第二表面进行第一离子注入，以形成所述缓冲区；以及从所述半导体衬底的第二表面进行第二离子注入，以形成所述集电区。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在第一离子注入中采用的掺杂剂为选自H+、He2+和S中的任一种。8.根据权利要求6所述的方法，其中，在第二离子注入中采用的掺杂剂为B+。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻永祥，顾悦吉，葛俊山，孙文良，陈果，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33