提供一种制造双极穿通半导体器件的方法，其中实施下列步骤：(a)提供具有第一和第二侧(15，17)的晶圆(1)，其中在第一侧(17)上设置具有恒定高掺杂浓度的第一导电类型的高掺杂层(34)，(b)在第一侧(15)上外延生长第一导电类型的低掺杂层(22)，(c)随后实施扩散步骤，通过该步骤在层(34，22)的间隔处形成扩散的间隔区域(32)，(d)随后在第一侧(15)上形成至少一个第二导电类型的层，(e)随后在第二侧(17)上的高掺杂层(34)内减少晶圆厚度从而形成缓冲层(3)，其包含间隔区域(32)和高掺杂层的剩余部分，其中缓冲层(3)的掺杂分布曲线从高掺杂区域(36)的掺杂浓度平稳降低至漂移层(2)的掺杂浓度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率电子器件领域，并且更具体地涉及一种根据权利要求1前序部分的双极穿通半导体器件的制造方法以及一种根据权利要求6前序部分的双极穿通半导体器件。
技术介绍
在EP1017093A1中描述了一种制造具有发射极侧14和集电极侧16的IGBT的方法。在晶圆的集电极侧16上通过扩散形成η掺杂层。随后在发射极侧14上，形成P基极层4、η源极区5和栅电极6。然后施加发射极电极82。在集电极侧16上减少晶圆的厚度以使η掺杂层的尾部作为缓冲层3保留。最后施加P集电极层75和集电极电极92。通过这种方法形成具有低掺杂缓冲层3的IGBT。因此，这种器件被称为软穿通器件。然而，由于用来制作缓冲层的η层必须在如图2中虚线所示的上升的掺杂分布曲线以内切割，因而准确地切割晶圆是困难的。在错误的深度处切割会导致一种器件，其中如果掺杂浓度太低，或者缓冲层可能被制作得比确保穿通性能在电气方面所需的厚度更厚，不能再保障IGBT的穿通性能。然而，更厚的缓冲层产生更高的损耗和双极增益的变化。此外，该器件具有非均匀电流。这种现有技术方法用于具有高达约2000V阻断电压的器件，因为这类器件比较薄。如果这类器件直接制造于薄晶圆上将会是困难的，因为，如果在低压IGBT中用于形成包含发射极MOS单元和终端的前侧层和包含阳极和缓冲区域的背侧层的晶圆是薄的，直接操作于薄晶圆需要相当复杂的工艺。然而，即使按照上述方法实施，这类器件需要优化以便采用许多限制性工艺选项来改进静态和动态性能。当基于薄晶圆加工来设计快恢复二极管时，会遇到类似的挑战。另外，晶圆直径越大，薄晶圆加工遇到的困难越多。最后，娃衬底材料的质量和可利用率对于使用例如深扩散方法尤其对于200mm以上的较大晶圆直径的薄晶圆技术也是一个问题。EP0749166A1展示了一种二极管，其是通过提供高掺杂品圆以及成功外延生长每个具有固定掺杂浓度但按序列渐减的掺杂浓度以形成中间缓冲层的层来形成的。因此缓冲层包含固定掺杂浓度的第一部分以及渐减的掺杂浓度的另一部分。漂移层也同样由渐减的掺杂浓度的多个层生长。P掺杂阳极层是扩散层。如EP0749166A1中制造二极管，同样在IGBT的设计中，在阴极(发射极)侧不需要复杂结构。由于生长多个外延层的必要性，EP0749166A1中实施的方法是复杂的，耗费时间且昂贵的，而且由于生长具有渐减掺杂浓度的顺序外延层，甚至更加复杂，而且由于制造中作为基础使用的厚的高掺杂晶圆，最后的器件具有厚缓冲层。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种制造双极穿通半导体器件的方法，其应用于低压器件并且通过该方法获得了制造方法本身更好的控制性以及因此获得了器件电学性能的更好控制性。通过按照权利要求1的制造双极穿通半导体器件的方法以及按照权利要求8的双极穿通半导体器件来实现该目的。通过该专利技术性方法，制造了具有半导体晶圆的双极穿通半导体器件，其至少包含取决于半导体类型的具有第一和第二导电类型的层的双层结构，其中第二导电类型不同于第一导电类型，其中这些层中的一个是第一导电类型的漂移层。在该专利技术方法中实施如下制造步骤:(a)提供具有晶圆厚度的晶圆，其具有第一侧和第二侧，其中在第一侧设置第一导电类型的高掺杂层，其具有固定的高掺杂浓度。(b)通过在第一侧外延生长来形成第一导电类型的低掺杂层。(c)随后实施扩散步骤，通过该步骤形成扩散的间隔(inter-space)(界面)区域，其包含初始高掺杂层和低掺杂层的部分。这些部分设置为彼此相邻。该间隔区域具有高于该低掺杂层的掺杂浓度并且低于该高掺杂层的掺杂浓度的掺杂浓度，其中低掺杂层的剩余部分形成漂移层。(d)随后在该第一侧上形成至少一个第二导电类型的层。(e)随后在第二侧的高掺杂层内减少晶圆厚度以形成缓冲层，其包含该间隔区域以及高掺杂层的剩余部分(其形成高掺杂区域)。缓冲层的掺杂分布曲线从高掺杂区域的均匀(即恒定)的掺杂浓度平稳地减少至漂移层的均匀(即恒定)的掺杂浓度。该新的缓冲设计提供了与现有技术软穿通设计相似的最终厚度同时消除了许多与现有技术缓冲形成工艺相关的工艺问题。例如，实现了其中减薄高掺杂层以形成缓冲层的所在深度的最终厚度的更好控制，这是因为该减薄在高掺杂层的非分布曲线部分内、也就是恒定掺杂浓度的一部分内完成。这意味着没有研磨或者刻蚀实施于上升的掺杂浓度梯度内，否则会导致在不同条件下双极增益的变化以及非均匀电流。此外，如果使用同质掺杂的晶圆作为起始材料，由于外延工艺,漂移层具有高质量同时缓冲层可使用更低成本影响的较不苛刻的规范。该工艺和设计可容易地适用到较大晶圆直径加工。在现有技术方法中，对于较大晶圆，形成深扩散缓冲层是困难的，因为工艺期间的缓冲形成需要在很早的阶段操纵薄晶圆，从而需要晶圆承载工艺解决方案。按照本专利技术，更好的操纵是可能的，因为相比其它缓冲设计和工艺，该工艺仅在后端的阶段需要薄晶圆操纵，并且甚至对于大晶圆，可控工艺是可能的。该专利技术性的器件在器件性能方面提供更好的设计控制和工艺且同时具有更低的泄漏电流、改善的短路能力和更软关断表现。该创造性主题的进一步优选实施方式揭露于从属权利要求中。【附图说明】本专利技术的主题在下文中结合附图更详细地解释，其中:图1表示具有平面栅电极的现有技术IGBT的横截面图；图2表示按照图1的现有技术IGBT的掺杂分布曲线；图3表示具有平面栅电极的专利技术性的IGBT的横截面图；图4表示按照图3的专利技术性的IGBT的掺杂分布曲线；图5— 9表示制造专利技术性的半导体器件的制造步骤；图10表示制造专利技术性的二极管的制造步骤；图11表示专利技术性的二极管的横截面图；以及图12表示专利技术性的沟槽IGBT的横截面图。附图中使用的参考标记以及它们的含义总结于参考标记列表中。通常，相似的或者相似功能的部分被赋予相同的参考标记。所描述的实施方式意指作为示例并且不会限制本专利技术。【具体实施方式】如图3、11和12所示的按照本专利技术的双极穿通半导体器件包含:具有第一主侧14和相对第一主侧14设置的第二主侧16的半导体晶圆1，也称为半导体基底。第一电接触8设置于第一主侧14上，以及第二电接触9设置于第二主侧16上。该器件至少具有包含第一和第二导电类型的层的双层结构，其中第二导电类型不同于第一导电类型。所述层的一个是第一导电类型、即η型的低掺杂漂移层2。如图3所示的专利技术性的器件是绝缘栅双极晶体管(IGBT) 10，其中第一电接触形成为发射极电极82并且第二电接触9形成为集电极电极92。如业内熟知的，非穿通功率半导体器件是其中第一导电类型的漂移层接触集电极层，且二者之间不具有第一导电类型的高掺杂层(称作缓冲层)的器件。对于非穿通器件，阻断状态的电场是三角形的且在漂移层内停止。空间电荷区域不到达集电极层。包含这种缓冲层(该缓冲层具有比漂移层高的掺杂浓度)的器件称为穿通器件。在较高阻断电压下，漂移和缓冲层之间边界处的电场将不能达到O。在缓冲层中沿短距离，电场则由于高掺杂浓度而急剧下降至O。基极层4形式的P型层设置在第一主侧14 (发射极侧)。至少一个η型源极区5设置在发射极侧14并被基极层4围绕。该至少一个源极区5具有高于漂移层2的掺杂。第一电绝缘层62设置在发射极侧14上的位于漂移层2、基极层4和源极区5的顶上。第一电绝缘层62至少部本文档来自技高网...
【技术保护点】
制造双极穿通半导体器件的方法，所述双极穿通半导体器件至少具有包含第一和第二导电类型的层的双层结构，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型，其中为了形成该半导体器件，实施下列步骤：(a)提供晶圆(1)，其具有第一侧(15)和第二侧(17)以及晶圆厚度，其中在第一侧(17)上设置第一导电类型的高掺杂层(34)，其具有恒定高掺杂浓度，(b)通过外延生长在第一侧(15)上形成第一导电类型的低掺杂层(22)，(c)随后实施扩散步骤从而形成扩散的间隔区域(32)，其包含低掺杂层(22)和高掺杂层(34)的部分，这些部分设置为彼此相邻，该间隔区域(32)具有高于低掺杂层的掺杂浓度且低于高掺杂层的掺杂浓度的掺杂浓度，其中低掺杂层的剩余部分形成漂移层(2)，(d)随后在第一侧(15)上形成至少一个第二导电类型的层，(e)随后在第二侧(17)上的高掺杂层(34)内减少晶圆厚度，从而形成缓冲层(3)，其包含间隔区域(32)和形成高掺杂区域(36)的高掺杂层的剩余部分，其中缓冲层(3)的掺杂分布曲线从高掺杂区域(36)的掺杂浓度平稳降低至漂移层(2)的掺杂浓度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.06 EP 11161304.81.制造双极穿通半导体器件的方法，所述双极穿通半导体器件至少具有包含第一和第二导电类型的层的双层结构，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型，其中为了形成该半导体器件，实施下列步骤: (a)提供晶圆(1)，其具有第一侧(15)和第二侧(17)以及晶圆厚度，其中在第一侧(17)上设置第一导电类型的高掺杂层(34)，其具有恒定高掺杂浓度， (b)通过外延生长在第一侧(15)上形成第一导电类型的低掺杂层(22)， (c)随后实施扩散步骤从而形成扩散的间隔区域(32)，其包含低掺杂层(22)和高掺杂层(34)的部分，这些部分设置为彼此相邻，该间隔区域(32)具有高于低掺杂层的掺杂浓度且低于高掺杂层的掺杂浓度的掺杂浓度，其中低掺杂层的剩余部分形成漂移层(2)， (d)随后在第一侧(15)上形成至少一个第二导电类型的层， (e)随后在第二侧(17)上的高掺杂层(34)内减少晶圆厚度，从而形成缓冲层(3)，其包含间隔区域(32)和形成高掺杂区域(36)的高掺杂层的剩余部分，其中缓冲层(3)的掺杂分布曲线从高掺杂区域(36)的掺杂浓度平稳降低至漂移层(2)的掺杂浓度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，晶圆(I)完全由第一导电类型制成且恒定地以高掺杂浓度掺杂。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中的晶圆(I)包含在第二侧(17)上的在步骤(e)中被完全移除的安装层(18)。4.如权利要求1一3任一所述的方法，其特征在于，实现以下至少其中之一: -在步骤(e)中减...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·拉希莫，A·科普塔，T·克劳森，M·安登纳，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：
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