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。

Power semiconductor device

The power semiconductor device is disclosed in this application. The device includes: a front structure located on a first surface of a semiconductor substrate, the front structure including a well region and an emission region located in the well region; a buffer region and a collector region located on the second surface of the semiconductor substrate, the collector region extending from the second surface to adjacent to the buffer region. Wherein the semiconductor substrate forms a drift region of the power semiconductor device, the drift region, the emission region and the buffer region being the first doping type, the well region and the collector region being the second doping type, the first doping type being opposite to the second doping type, and the semiconductor substrate having The second surface is laser treated to reduce the roughness of the second surface of the semiconductor substrate and the oxygen content in the buffer.

【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。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，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，目前采用区熔晶片，以及提高热处理温度和时间，致使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，本技术的目的是提供功率半导体器件，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。根据本技术，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后的表面粗糙度为小于或等于0.01微米。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。根据本技术实施例的功率半导体器件，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。这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，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，N型缓冲层采用选自H+、He2+、S中任一种的掺杂剂形成，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，N型缓冲层采用H+掺杂剂形成，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技术实施例的描述，本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分别示出根据本技术实施例的功率半导体器件各个制作阶段的截面示意图。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示出功率半导体器件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技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本技术。本技术可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。图1至6分别示出根据本技术实施例的功率半导体器件各个制作阶段的截面示意图。如图1所示，在半导体衬底101上已经形成功率半导体器件的正面结构。该正面结构例如包括位于半导体衬底101中的阱区102、位于阱区102中的发射区103、位于阱区102上方的栅介质层104和栅极导体105、位于栅极导体105上方的层间介质层106、以及经由层间介质层106中的通孔与发射区103电连接的第一接触107。栅介质层104和栅极导体105形成栅极叠层。半导体衬底101可以是任意适当类型的半导体衬底，例如硅衬底、锗硅衬底等。在该实施例，半导体衬底101例如为掺杂N型的<100>晶向的硅晶片。该半导体衬底101可以是区熔法(FZ)、直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)制作的硅晶片，厚度例如为625微米至675微米。正如技术人员已知的那样，采用不同方法制作的硅晶片适用于不同电阻率的器件。进一步地，根据功率半导体器件的标称耐压选择半导体衬底的电阻率。例如，标称耐压600V的功率半导体器件采用的半导体衬底101的电阻率为18ohm·cm至27ohm·cm，标称耐压1200V的功率半导体器件采用的半导体衬底101的电阻率为45ohm·cm至55ohm·cm。半导体衬底101包括彼此相对的第一表面和第二表面。在半导体衬底101的第一表面上采用多个步骤形成正面结构。优选地，在形成正面结构之前，还可以形成隔离结构以限定功率半导体器件的有源区。进一步地，采用依次执行的离子注入，在N型半导体衬底101的第一表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件，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，其特征在于，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后的表面粗糙度为小于或等于0.01微米。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，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，其特征在于，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...

【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：新型
国别省市：浙江,33