[发明专利]双极穿通半导体器件和制造这种半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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n掺杂层。随后在发射极侧14上，形成p基极层4、n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n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n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，硅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。

发明内容

本发明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。

通过该发明性方法，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。

在该发明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。