引入外延层场阑区的反向传导IGBT及其制备方法技术

本发明专利技术涉及引入外延层场阑区的反向传导IGBT及其制备方法。提供的一种反向传导的绝缘栅双极晶体管RC‑IGBT，包括一个具有基极区的半导体本体，半导体本体中引入一个场阑区，其中基极区和场阑区都利用外延工艺制成。另外，外延层场阑区由改良掺杂结构构成，实现了半导体器件改良的软切换性能。在可选实施例中，含有外延层场阑区的RC‑IGBT器件，仅使用正面处理的制备工艺即可实现，以制备背部接触区和正面器件区。制备方法利用正面处理制备RC‑IGBT器件，制备背部接触区，然后利用晶圆结合工艺，在载体晶圆上翻转半导体结构，以便再次通过正面处理，制备器件区。

【技术实现步骤摘要】
引入外延层场阑区的反向传导IGBT及其制备方法
本专利技术涉及IGBT器件，特别是涉及一种引入外延层场阑区的反向传导IGBT及其制备方法。
技术介绍
独立的二极管和独立的绝缘栅双极晶体管等半导体器件通常形成在半导体本体中，半导体本体包括一个轻掺杂的基极区，形成在重掺杂衬底上方，作为背部阴极/集电极。器件区，例如半导体器件的pn结，形成在半导体本体的顶面或正面。为了在这些半导体器件中实现软切换操作，尤其是当基极区的厚度必须保持很薄时，半导体本体通常引入一个远离器件区、靠近背部衬底的场阑区。场阑区是一个掺杂类型与基极区相同的区域，但是与基极区相比，其掺杂水平较高。场阑区具有阻止pn结的空间电荷区在轻掺杂基极区中传播得太远。确切地说，场阑区防止pn结的空间电荷区触及背部阴极/集电极。在这种情况下，基极区可以利用所需的低掺杂水平构成，带有所需的厚度，同时对所形成的半导体器件实现软切换。制备场阑区的传统方法通常包括使用高能背部掺杂注入。晶圆通过正面处理，形成器件区，然后将晶圆进行背部研磨，获得所需厚度。然后，为了形成场阑区，要进行一次或多次背部注入，在远离器件区的基极区域内引入掺杂物。例如，传统的方法通常从晶圆背面使用质子注入或多次氦或氢注入，以形成场阑区。然后，进行热退火，激活与氢相关的施主。图1复制的是美国专利7,538,412中的图1，表示一个IGBT，含有通过高能背部注入形成的场阑区26。图2复制的是美国专利7,538,412中的图2a，表示多次背部注入后，场阑区的掺杂结构的一个示例。在半导体本体中制备场阑区的传统方法，具有许多不足。首先，当使用高能背部注入时，很难形成延伸很深的场阑区，这需要注入非常高的能量，或者受到注入设备的限制而不可行，或者无法制备，或者与高昂的成本有关。其次，当使用高能背部注入时，制备所需场阑区掺杂结构的能力有限。在一些情况下，需要大量的注入，形成所需的掺杂结构。大量的注入不是必要的，而且非常昂贵。最后，由于在完成正面处理之后，要进行背部注入和退火，所以背部注入的退火温度不能太高。例如，由于金属层形成在正面，因此背部注入的退火温度不能超过500℃或550℃。适当的退火温度范围限制了背部注入可以使用的注入剂量和能量，其原因在于较高的注入剂量或较高的注入能量需要较长的加热过程，以便对注入损坏或缺陷进行退火。
技术实现思路
本专利技术提供一种引入外延层场阑区的反向传导IGBT及其制备方法，用以解决公知技术中所面临的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供一种反向传导的绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT)器件，其特征包含:一个半导体层，包括一个或多个第一导电类型的重掺杂区，以及一个或多个与第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂区；一个形成在半导体层上的第一导电类型的外延层，一个形成在半导体层附近的第一部分外延层中的场阑区，以及一个形成在第二部分外延层中的基极区，场阑区具有第一边在半导体层附近，第二边在基极区附近，基极区具有第一边在场阑区附近，第二边在第一边对面；一个第二导电类型的本体区，形成在基极区的第二边内；一个第一导电类型的源极区，形成在本体区中；一个栅极电介质层和一个导电栅极，形成在基极区第二边的外延层之上，其中形成在第一部分外延层中的场阑区具有一个掺杂结构，在场阑区中包括不稳定的、变化的掺杂水平，基极区具有稳定的掺杂水平。优选地，其中栅极电介质层和导电栅极包括一个沟槽栅极电介质层和一个沟槽栅极，沟槽栅极电介质层和沟槽栅极形成在沟槽中，沟槽形成在基极区第二边上的外延层中。优选地，其中场阑区包括一个分级掺杂结构，在场阑区的第一边上具有第一掺杂水平，在场阑区的第二边上具有第二掺杂水平，掺杂水平在场阑区的第一边和第二边之间线性变化，从第一掺杂水平变化到第二掺杂水平。优选地，其中场阑区包括一个多步进平板顶区掺杂结构，具有第一掺杂水平作为背景掺杂水平，具有多平板顶区，其掺杂水平从第一掺杂水平开始步进增大，多平板顶区在场阑区内间隔开。优选地，其中场阑区包括一个多尖峰掺杂结构，具有第一掺杂水平，作为背景掺杂水平，具有多个尖峰掺杂区，从第一掺杂水平开始，在掺杂水平上有尖峰增大，多尖峰掺杂区在场阑区内间隔开。优选地，其中第一导电类型由N-型导电类型构成，第二导电类型由P-型导电类型构成。一种用于制备含有场阑区的反向传导的绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT)器件的制备方法，该方法包括：提供一个轻掺杂的第一半导体衬底；通过外延工艺，在第一个半导体衬底上制备一个第一导电类型的第一个外延层，第一个外延层具有稳定的掺杂水平，第一个外延层构成RC-IGBT器件的基极区；通过外延工艺，在第一个半导体衬底上制备一个第一导电类型的第二个外延层，第二个外延层具有包括不稳定的、变化的掺杂水平，第二个外延层构成RC-IGBT器件的场阑区；在第二外延层上制备一个缓冲层；通过离子注入，在缓冲层中制备第一导电类型的第一区域和与第一导电类型相反的第二导电类型的第二区域；在缓冲层上制备一个结合层；将载体晶圆贴到缓冲层上的结合层上，构成一个半导体结构，具有第一边是第一个半导体衬底，第二边是载体晶圆的背面；从第一边研磨半导体结构，除去第一半导体衬底以及至少一部分第一个外延层，使第一个外延层裸露出来，构成半导体结构的正面；从半导体结构的正面，形成第二导电类型的本体区，在本体区中形成第一导电类型的源极区；在半导体结构的正面，制备一个栅极电介质层和一个导电栅极；并且除去载体晶圆和结合层，使缓冲层中第一导电类型的第一区域以及第二导电类型的第二区域裸露出来。优选地，其中通过外延工艺，在第一个外延层上制备第一导电类型的第二个外延层，包括：制备具有分级掺杂结构的第二个外延层，第二个外延层具有靠近第一个外延层的第一边，以及靠近缓冲层的第二边，分级掺杂结构具有在第二个外延层的第一边上的第一掺杂水平，以及在第二个外延层的第二边上的第二掺杂水平，掺杂水平在第二个外延层的第一边和第二边之间线性变化，从第一掺杂水平到第二掺杂水平。优选地，其中第一掺杂水平低于第二掺杂水平。优选地，其中第一掺杂水平高于或等于第一个外延层稳定的掺杂水平。优选地，其中通过外延工艺，在第一个外延层上制备第一导电类型的第二个外延层，包括：制备具有多步进平板顶区掺杂结构的第二个外延层，具有第一掺杂水平作为背景掺杂水平，并且具有多平板顶区，掺杂水平从第一掺杂水平开始步进增大，多平板顶区在第二个外延层内间隔开。优选地，其中多个平板顶区具有相同的或不同的掺杂水平。优选地，其中多个平板顶区具有不断增大的掺杂水平，从第二个外延层的第一边附近的第一平板顶区开始，到第二个外延层的第二边附近的最后一个平板顶区。优选地，其中每一个平板顶区都具有厚度，多个平板顶区的厚度是相同的或不同的。优选地，其中多个平板顶区具有递减的厚度，从第二个外延层的第一边附近的第一个平板顶区开始，到第二个外延层第二边附近的最后一个平板顶区。优选地，其中背景掺杂水平高于或等于第一个外延层稳定的掺杂水平。优选地，其中通过外延工艺，在第一个外延层上制备第一导电类型的第二个外延层，包括：制备具有多尖峰掺杂结构的第二个外延层，具有第一掺杂水平，作为背景掺杂水平，具有多个尖峰掺杂区，在掺杂水平上有尖峰增大，从第一掺杂水平开始，多个尖峰掺杂区在第二个外延层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，包含：一个半导体层，包括一个或多个第一导电类型的重掺杂区，以及一个或多个与第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂区；一个形成在半导体层上的第一导电类型的外延层，一个形成在半导体层附近的第一部分外延层中的场阑区，以及一个形成在第二部分外延层中的基极区，场阑区具有第一边在半导体层附近，第二边在基极区附近，基极区具有第一边在场阑区附近，第二边在第一边对面；一个第二导电类型的本体区，形成在基极区的第二边内；一个第一导电类型的源极区，形成在本体区中；一个栅极电介质层和一个导电栅极，形成在基极区第二边的外延层之上，其中形成在第一部分外延层中的场阑区具有一个掺杂结构，在场阑区中包括不稳定的、变化的掺杂水平，基极区具有稳定的掺杂水平。

【技术特征摘要】
2017.06.29 US 15/637,3611.一种反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，包含：一个半导体层，包括一个或多个第一导电类型的重掺杂区，以及一个或多个与第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂区；一个形成在半导体层上的第一导电类型的外延层，一个形成在半导体层附近的第一部分外延层中的场阑区，以及一个形成在第二部分外延层中的基极区，场阑区具有第一边在半导体层附近，第二边在基极区附近，基极区具有第一边在场阑区附近，第二边在第一边对面；一个第二导电类型的本体区，形成在基极区的第二边内；一个第一导电类型的源极区，形成在本体区中；一个栅极电介质层和一个导电栅极，形成在基极区第二边的外延层之上，其中形成在第一部分外延层中的场阑区具有一个掺杂结构，在场阑区中包括不稳定的、变化的掺杂水平，基极区具有稳定的掺杂水平。2.如权利要求1所述的反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，其中栅极电介质层和导电栅极包括一个沟槽栅极电介质层和一个沟槽栅极，沟槽栅极电介质层和沟槽栅极形成在沟槽中，沟槽形成在基极区第二边上的外延层中。3.如权利要求1所述的反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，其中场阑区包括一个分级掺杂结构，在场阑区的第一边上具有第一掺杂水平，在场阑区的第二边上具有第二掺杂水平，掺杂水平在场阑区的第一边和第二边之间线性变化，从第一掺杂水平变化到第二掺杂水平。4.如权利要求1所述的反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，其中场阑区包括一个多步进平板顶区掺杂结构，具有第一掺杂水平作为背景掺杂水平，具有多平板顶区，其掺杂水平从第一掺杂水平开始步进增大，多平板顶区在场阑区内间隔开。5.如权利要求1所述的反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，其中场阑区包括一个多尖峰掺杂结构，具有第一掺杂水平，作为背景掺杂水平，具有多个尖峰掺杂区，从第一掺杂水平开始，在掺杂水平上有尖峰增大，多尖峰掺杂区在场阑区内间隔开。6.如权利要求1所述的反向传导的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于，其中第一导电类型由N-型导电类型构成，第二导电类型由P-型导电类型构成。7.一种用于制备含有场阑区的反向传导的绝缘栅双极晶体管器件的制备方法，其特征在于，该方法包括：提供一个轻掺杂的第一半导体衬底；通过外延工艺，在第一个半导体衬底上制备一个第一导电类型的第一个外延层，第一个外延层具有稳定的掺杂水平，第一个外延层构成RC-IGBT器件的基极区；通过外延工艺，在第一个半导体衬底上制备一个第一导电类型的第二个外延层，第二个外延层具有包括不稳定的、变化的掺杂水平，第二个外延层构成RC-IGBT器件的场阑区；在第二外延层上制备一个缓冲层；通过离子注入，在缓冲层中制备第一导电类型的第一区域和与第一导电类型相反的第二导电类型的第二区域；在缓冲层上制备一个结合层；将载体晶圆贴到缓冲层上的结合层上，构成一个半导体结构，具有第一边是第一个半导体衬底，第二边是载体晶圆的背面；从第一边研磨半导体结构，除去第一半导体衬底以及至少一部分第一个外延层，使第一个外延层裸露出来，构成半导体结构的正面；从半导体结构的正面，形成第二导电类型的本体区，在本体区中形成第一导电类型的源极区；在半导体结构的正面，制备一个栅极电介质层和一个导电栅极；并且除去载体晶圆和结合层，使缓冲层中第一导电类型的第一区域以及第二导电类型的第二区域裸露出来。8.如权利要求7所述的用于制备含有场阑区的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛宏勇，张磊，布莱恩·肖尔，克里斯托弗·威比，李文军，
申请(专利权)人：万国半导体开曼股份有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY