集成续流二极管的功率半导体器件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种集成续流二极管的功率半导体器件，该器件包括：具有第一掺杂类型的半导体衬底，具有相对的正面和背面，作为IGBT器件的场截止区；位于半导体衬底正面上的外延层，外延层的背面与半导体衬底的正面贴合，外延层具有第一掺杂类型，外延层作为IGBT器件的漂移区；IGBT器件的基区、发射区、栅介质层和栅极，形成于外延层的正面，基区具有第二掺杂类型，发射区具有第一掺杂类型，第一掺杂类型和第二掺杂类型相反；具有第二掺杂类型的集电区，位于场截止区的背面；具有第一掺杂类型的二极管接触区，位于场截止区的背面。本实用新型专利技术的功率半导体器件具有开关安全工作区宽、鲁棒性强以及制造成本低等优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种集成续流二极管的功率半导体器件，该器件包括：具有第一掺杂类型的半导体衬底，具有相对的正面和背面，作为IGBT器件的场截止区；位于半导体衬底正面上的外延层，外延层的背面与半导体衬底的正面贴合，外延层具有第一掺杂类型，外延层作为IGBT器件的漂移区；IGBT器件的基区、发射区、栅介质层和栅极，形成于外延层的正面，基区具有第二掺杂类型，发射区具有第一掺杂类型，第一掺杂类型和第二掺杂类型相反；具有第二掺杂类型的集电区，位于场截止区的背面；具有第一掺杂类型的二极管接触区，位于场截止区的背面。本技术的功率半导体器件具有开关安全工作区宽、鲁棒性强以及制造成本低等优点。【专利说明】集成续流二极管的功率半导体器件
本技术涉及IGBT器件及其制造工艺，尤其涉及一种集成续流二极管的功率半导体器件。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT，InsulatedGate Bipolar Transistor)是近年来最令人注目及发展最快的一种新型电力电子器件。IGBT具有栅极高输入阻抗、开通和关断时具有较宽的安全工作区等特点，因此IGBT在电机驱动、电焊机、电磁炉，UPS电源等方面有很广泛的应用。从器件结构上来看，IGBT可以看作是MOSFET器件和PNP双极型晶体管的复合元件，是在功率MOSFET工艺基础上进一步优化的产物。但与MOSFET器件不同的是，常规的IGBT器件不具有可用于续流功能的寄生体二极管结构。通常，IGBT器件制造商会在器件封装时同时将一颗续流二极管或快恢复二极管与IGBT器件封装一起，以便客户使用，但这无形之中增加IGBT器件厂商的生产成本。现有技术虽然存在集成续流二极管的IGBT器件，但技术方案依然存在工艺复杂、制造成本高昂、器件应用范围狭窄等问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种集成续流二极管的功率半导体器件，形成的集成续流二极管的功率半导体器件具有开关安全工作区宽、鲁棒性强以及制造成本低等优点。为解决上述技术问题，本技术提供了一种集成续流二极管的功率半导体器件，包括:具有第一掺杂类型的半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的正面和背面，所述半导体衬底作为IGBT器件的场截止区；位于所述半导体衬底正面上的外延层，所述外延层的背面与所述半导体衬底的正面贴合，所述外延层具有第一掺杂类型，所述外延层作为IGBT器件的漂移区；IGBT器件的基区、发射区、栅介质层和栅极，形成于所述外延层的正面，所述基区具有第二掺杂类型，所述发射区具有第一掺杂类型，所述第一掺杂类型和第二掺杂类型相反；具有第二掺杂类型的集电区，位于所述场截止区的背面；具有第一掺杂类型的二极管接触区，位于所述场截止区的背面。根据本技术的一个实施例，所述场截止区是纵向掺杂均匀的，所述场截止区的厚度为5 μ m至50 μ m。根据本技术的一个实施例，所述半导体衬底的晶向为〈100>。根据本技术的一个实施例，所述外延层的厚度为40 μ m至120 μ m。根据本技术的一个实施例，所述二极管接触区与集电区之间具有间隔。根据本技术的一个实施例，所述二极管接触区与集电区之间的间隔为5μ--至 50 μ m。与现有技术相比，本技术具有以下优点:本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件具有场截止区，该场截止区优选为纵向掺杂均匀，而且该场截止区的厚度可以较传统的IGBT器件的场截止区更厚，如此，不仅使得IGBT器件在工作时以及在复杂工作状态下的外加电场能够较大程度地施加在场截止区上，从而降低了 IGBT器件正面基区底部的电场强度，而且同时还可以有效减小集成在IGBT器件体内的续流二极管的正向电流压降以提高集成在IGBT器件体内的续流二极管的抗雪崩击穿能力。本技术实施例的功率半导体器件的场截止区的掺杂杂质总量以及厚度可以通过减薄半导体衬底的厚度的方式进行调节，因而场截止区的浓度和厚度可以精确控制和调节，使得形成的功率半导体器件具有更强的鲁棒性。此外，本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件中，二极管接触区和集电区之间可以具有间隔，也就是利用场截止区将二极管接触区和集电区隔离开，可以有效降低二极管接触区和集电区之间的电场峰值，从而可以减小离化电流，改善IGBT器件在关断时造成的电流震荡对集成的续流二极管的冲击，提高IGBT器件的安全工作范围。再者，本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件中，集电区的面积占整个场截止区背面的面积比例可以通过光刻版图结构进行精确控制与调节，从而可以兼顾IGBT器件饱和压降以及集成的续流二极管的正向导通压降。另外，本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的形成方法可以利用常规类型的半导体衬底作为工艺衬片，在半导体衬底上生长外延层，并进一步在外延层上形成IGBT器件的正面结构，将该工艺`衬片通过减薄工艺部分移除之后，可以在保留的半导体衬底的背面形成IGBT器件的背面结构。采用该形成方法，减少了传统工艺中在器件正面结构形成后，再通过掩膜工艺以及离子注入、退火等工艺来形成场截止区的工艺步骤，降低了工艺难度，减少了制备过程中的碎片率。并且能通过外延工艺较为准确地控制场截止区的厚度以及掺杂浓度，改善集成的续流二极管的正向导通压降以及抗雪崩击穿能力。【专利附图】【附图说明】图1是本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的剖面结构示意图；图2是本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的剖面结构示意图及其横向和纵向电场强度分布图；图3是本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件中集电区占的面积比例对器件性能的影响示意图；图4是本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的形成方法的流程示意图；图5至图9是本技术实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图；图10是本技术另一实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的剖面结构示意图；图11至图15是本技术另一实施例的集成续流二极管的功率半导体器件的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图。【具体实施方式】下面结合具体实施例和附图对本技术作进一步说明，但不应以此限制本技术的保护范围。参考图1，本实施例的集成续流二极管的功率半导体器件可以包括:半导体衬底214，其具有第一掺杂类型，例如N型掺杂，该半导体衬底214作为IGBT器件的场截止区；位于半导体衬底214正面的外延层202，该外延层202的背面和半导体衬底214的正面贴合，外延层202的掺杂类型和半导体衬底214的掺杂类型相同，例如都为N型掺杂，该外延层202作为IGBT器件的漂移区；栅介质层203，位于外延层202的正面；栅极204，位于栅介质层203上；基区206，位于外延层202的正面、栅介质层203的一侧，基区206具有第二掺杂类型，例如P型掺杂；发射区207，位于基区206内，发射区207具有第一掺杂类型，例如N型掺杂；集电区211，位于半导体衬底214的背面，集电区211具有第二掺杂类型，例如P型掺杂；二极管接触区210，位于半导体衬底214的背面，二极管接触区210具有第一掺杂类型，例如N型掺杂。此外，该功率半导体器件还可以包括:介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成续流二极管的功率半导体器件，其特征在于，包括：?具有第一掺杂类型的半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的正面和背面，所述半导体衬底作为IGBT器件的场截止区；?位于所述半导体衬底正面上的外延层，所述外延层的背面与所述半导体衬底的正面贴合，所述外延层具有第一掺杂类型，所述外延层作为IGBT器件的漂移区；?IGBT器件的基区、发射区、栅介质层和栅极，形成于所述外延层的正面，所述基区具有第二掺杂类型，所述发射区具有第一掺杂类型，所述第一掺杂类型和第二掺杂类型相反；?具有第二掺杂类型的集电区，位于所述场截止区的背面；?具有第一掺杂类型的二极管接触区，位于所述场截止区的背面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾悦吉，闻永祥，刘琛，刘慧勇，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：实用新型
国别省市：