垂直导电功率器件及其制作方法技术

一种垂直导电功率器件及其制作方法。其中，对于功率器件，将单一性质的缓冲层改为具有不同性质的第一区与第二区，当功率器件打开时，第一区与第二区相比，集电区的载流子更适于通过两者中的一个进入漂移区，当功率器件截止时，第一区与第二区相比，电场更适于终止在两者中的另一个中。上述方案的好处在于：例如第一区相对第二区，功率器件导通时，集电区中的载流子更多在前者通过，这能降低整个功率器件的导通压降；第二区与第一区相比，功率器件截止时，电场更多终止在前者中，这能提高整个功率器件的击穿电压及减小关断时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种垂直导电功率器件及其制作方法。
技术介绍
不同于水平导电的传统MOS管，功率器件一般为垂直导电。现有的功率器件中，一般设置一层缓冲层(bufferlayer)，通过调整其厚度及掺杂类型、浓度以终止电场、调节器件动静态特性等功能，该缓冲层对功率器件的特性具有至关重要的作用。贯通型(Pounch-Through，PT)的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)就是一种采用上述缓冲层的功率器件。图1所示为一种传统的PT型IGBT，其包括：P型重掺杂集电区11，位于该P型重掺杂集电区11上的N型重掺杂缓冲层12，位于N型重掺杂缓冲层12上的N型轻掺杂漂移区13；该漂移区13内具有两对称的P型阱区14，每一P型阱区14内形成有N型重掺杂源区15，两N型重掺杂源区15之间的漂移区13上具有栅极结构16，栅极结构16上具有发射极17，其中发射极17将P型阱区14与N型重掺杂源区15电连接，发射极17与栅极结构16之间具有绝缘层(未标示)。其工作原理为：IGBT导通时，集电区11由于掺杂浓度较高，其内的空穴载流子通过缓冲层12进入漂移区13。由于PN结空穴注入效率很高，因而上述空穴流较大，使得漂移区13存储了大量的过剩载流子。这些过剩载流子的存储，使漂移区13内的电导率显著上升，器件的导通压降(on-statevoltagedrop)显著降低。IGBT截止(或称关断)时，漂移区13内的过剩载流子要消失，器件才能完全截止。大量过剩载流子导致关断时间很长，功率损耗很高。因而，对于IGBT器件而言，小的导通压降与短的关断时间两者是一个矛盾。此外，IGBT承受截止电压时，电场主要产生于漂移区13内，漂移区13掺杂浓度越大，电场斜率越大，反之亦然。图2所示为传统PT型IGBT承受截止电压时，器件内各层的电场强度分布示意图。从图2可以看出，靠近P型阱区14处的电场最强，在缓冲层13内逐渐减小，直至在缓冲层12内截止。根据半导体理论，该电场强度分布曲线与横坐标所包围的面积为PT-IGBT的击穿电压(BreakdownVoltage，BV)。大的击穿电压也是IGBT追求的一个性能。有鉴于此，本专利技术提供一种垂直导电功率器件，击穿电压大、关断时间短、导通压降小，综合性能好。
技术实现思路
本专利技术实现的目的是提供一种垂直导电功率器件，击穿电压大、关断时间短、导通压降小，综合性能好。为实现上述目的，本专利技术的一方面提供一种垂直导电功率器件，包括：第一类型重掺杂集电区；位于所述第一类型重掺杂集电区上的第二类型重掺杂缓冲层，所述第二类型与第一类型相反；位于所述第二类型重掺杂缓冲层上的第二类型轻掺杂漂移区；位于所述第二类型轻掺杂漂移区内的两第一类型阱区、位于每一第一类型阱区内的源区、位于相邻源区之间的漂移区上的栅极结构以及电连接源区、第一类型阱区的发射极；其中，所述缓冲层包括第一区与第二区，所述功率器件打开时，第一区与第二区相比，集电区的载流子更适于通过两者中的一个进入漂移区，所述功率器件截止时，第一区与第二区相比，电场更适于终止在两者中的另一个中。可选地，所述第一区与第二区通过离子注入形成，其中，第一区的离子注入深度与第二区的离子注入深度不同。可选地，所述第二区是第一区注入深度的2～5倍。可选地，所述第一区与第二区的离子注入浓度相同。可选地，所述第一区与第二区连接。可选地，所述第一区的宽度与第二区的宽度相同。可选地，所述垂直导电功率器件为双极型功率器件。可选地，所述第一类型为P型，第二类型为N型。本专利技术的另一方面还提供了一种垂直导电功率器件的制作方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底适于形成集电区；在所述半导体衬底正面形成外延层，所述外延层为第二类型轻掺杂，用于形成漂移区，所述外延层靠近半导体衬底的区域为第二类型重掺杂缓冲层，所述缓冲层包括第一区与第二区，所述功率器件打开时，第一区与第二区相比，集电区的载流子更适于通过两者中的一个进入漂移区，所述功率器件截止时，第一区与第二区相比，电场更适于终止在两者中的另一个中；自半导体衬底背面，对所述半导体衬底进行重掺杂第一类型离子注入，以形成集电区，所述第一类型与第二类型相反；在所述第二类型轻掺杂漂移区内形成两第一类型阱区，形成横跨两第一类型阱区及两阱区之间的漂移区的栅极结构，以所述栅极结构为掩膜，在每一第一类型阱区内形成一源区，形成电连接源区、第一类型阱区的发射极。可选地，第二类型重掺杂缓冲层的形成方法为：自半导体衬底背面，分别对所述漂移区靠近半导体衬底的不同区域进行不同深度的重掺杂离子注入，对应形成第一区与第二区，所述第一区与第二区形成缓冲层，所述重掺杂注入的离子为第二类型。可选地，所述第一区与第二区的离子注入浓度相同。可选地，形成第一类型阱区、源区、栅极结构以及发射极后，再进行缓冲层的制作。可选地，缓冲层制作完毕后，再进行集电区的制作。可选地，分别对所述漂移区靠近半导体衬底的不同区域进行不同深度的重掺杂离子注入采用图形化的光刻胶层为掩膜进行。可选地，分别对所述漂移区靠近半导体衬底的不同区域进行不同深度的重掺杂离子注入包括：在半导体衬底背面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露预定形成第二区的半导体衬底，所述第二区的注入深度大于第一区的注入深度；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，从半导体衬底背面对所述漂移区进行深离子注入；去除图形化光刻胶层的残留物；从半导体衬底背面对整个所述漂移区进行浅离子注入。可选地，所述图形化的光刻胶层的宽度占漂移区宽度的一半。可选地，所述第二区是第一区注入深度的2～5倍。可选地，所述第一类型为P型，第二类型为N型。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：1)将单一性质的缓冲层改为具有不同性质的第一区与第二区，当功率器件打开时，集电区的载流子主要通过第一区与第二区其中一个进入漂移区，当功率器件截止时，电场主要终止在第一区与第二区中的另一个中。如此，例如第一区相对第二区，功率器件导通时，集电区中的载流子更多在前者中通过，这能降低整个功率器件的导通压降；功率器件关断时，电场更多终止在第二区中，这能提高整个功率器件的击穿电压及减小关断时间。2)可选方案中，该第一区与第二区可以通过同一注入浓度、但不同注入能量，即不同深度的离子注入实现。其它方案中，也可以采用干法刻蚀或外延生长不同厚度的两区实现，两区的掺杂浓度相同或差异较小。附图说明图1是现有技术中一种传统的PT型IGBT的结构示意图；图2是图1中的IGBT在承受关断电压时，各层的电场强度分布示意图；图3是本专利技术一实施例中的IGBT的结构示意图；图4至图8是图3中的IGBT在不同制作阶段的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图3是本专利技术一实施例中的IGBT的结构示意图。参照图3所示，该IGBT包括：P型重掺杂集电区21；位于P型重掺杂集电区21上的N型重掺杂缓冲层22；位于N型重掺杂缓冲层22上的N轻掺杂漂移区23；位于N轻掺杂漂移区23内的两P型阱区24、位于每一P型阱区内24的源区25、位于相邻源区25之间的漂移区23上的栅极结构26以及电连接源区25、P型阱区24的发射极27；其中，缓冲层22包括第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直导电功率器件，包括：第一类型重掺杂集电区；位于所述第一类型重掺杂集电区上的第二类型重掺杂缓冲层，所述第二类型与第一类型相反；位于所述第二类型重掺杂缓冲层上的第二类型轻掺杂漂移区；位于所述第二类型轻掺杂漂移区内的两第一类型阱区、位于每一第一类型阱区内的源区、位于相邻源区之间的漂移区上的栅极结构以及电连接源区、第一类型阱区的发射极；其特征在于，所述缓冲层包括第一区与第二区，所述功率器件打开时，第一区与第二区相比，集电区的载流子更适于通过两者中的一个进入漂移区，所述功率器件截止时，第一区与第二区相比，电场更适于终止在两者中的另一个中。

【技术特征摘要】
1.一种垂直导电功率器件，包括：第一类型重掺杂集电区；位于所述第一类型重掺杂集电区上的第二类型重掺杂缓冲层，所述第二类型与第一类型相反；位于所述第二类型重掺杂缓冲层上的第二类型轻掺杂漂移区；位于所述第二类型轻掺杂漂移区内的两第一类型阱区、位于每一第一类型阱区内的源区、位于相邻源区之间的漂移区上的栅极结构以及电连接源区、第一类型阱区的发射极；其特征在于，所述缓冲层包括第一区与第二区，所述功率器件打开时，第一区与第二区相比，集电区的载流子更适于通过两者中的一个进入漂移区，所述功率器件截止时，第一区与第二区相比，电场更适于终止在两者中的另一个中。2.根据权利要求1所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述第一区与第二区通过离子注入形成，其中，第一区的离子注入深度与第二区的离子注入深度不同。3.根据权利要求2所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述第二区是第一区注入深度的2～5倍。4.根据权利要求2或3所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述第一区与第二区的离子注入浓度相同。5.根据权利要求1所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述第一区与第二区连接。6.根据权利要求1所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述第一区的宽度与第二区的宽度相同。7.根据权利要求1所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述垂直导电功率器件为双极型功率器件。8.根据权利要求1所述的垂直导电功率器件，其特征在于，所述第一类型为P型，第二类型为N型。9.一种垂直导电功率器件的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底适于形成集电区；在所述半导体衬底正面形成外延层，所述外延层为第二类型轻掺杂，用于形成漂移区，所述外延层靠近半导体衬底的区域为第二类型重掺杂缓冲层，所述缓冲层包括第一区与第二区，所述功率器件打开时，第一区与第二区相比，集电区的载流子更适于通过两者中的一个进入漂移区，所述功率器件截止时，第一区与第二区相比，电场更适于终止在两者中的另一个中；自半导体衬底背面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑大燮，刘博，司徒道海，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31