[发明专利]逆导型IGBT半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种逆导型IGBT半导体器件；本发明还涉及一种逆导型IGBT半导体器件的制造方法。

背景技术

在高压器件中，绝缘栅双极晶体管(IGBT)在600伏以上电压的器件中获得了越来越广泛的应用，最近更是往高电压、大电流密度的方向发展。在IGBT的使用中，通常要将IGBT与快恢复二极管(FAST RECOVERED DIODE，FRD)在模块封装中组合在一起，以降低开关功耗和提供反向电流的导通能力。最近，一些公司开始将FRD集成在IGBT芯片之中，以进一步提高器件的电流密度，特别是降低模块封装的难度，提高模块封装的可靠性并减小模块的体积。现有的做法是在硅片的背面的N型层之后，形成作为IGBT集电区的P+区域和作为FRD的n+区域，P+区域和n+区域之后形成背面金属化形成IGBT的集电极和FRD的阴极。

为了减少IGBT器件的导通电阻，现有工艺中，会在硅片的背面N-之后通过离子注入等工艺形成场阻断层，如利用在IGBT的飘移区的中间或靠近硅片背面处形成一个杂质浓度缓变的漂移层作为场阻断层，在保证器件导通电阻低的情况下，得到高可靠的开关特性。以漂移区为N型掺杂的IGBT即N型IGBT为例，如图1所示，为一种现有场阻断型IGBT的结构示意图，现有场阻断型IGBT和没有场阻断层的IGBT的区别是，在N型硅片1和P型集电区4间包括一N型的场阻断层3，所述场阻断层3的载流子浓度大于所述硅片1的载流子浓度，在P阱7和所述场阻断层3之间的所述硅片1组成器件的N型漂移区。现有场阻断型IGBT的其它结构和其它非场阻断型的IGBT的结构相同，包括：在所述硅片1中形成有P阱7、在P阱7中形成有N+源8，栅氧5、多晶硅栅6，所述多晶硅6覆盖部分所述P阱7、并在覆盖处形成沟道区，沟道区连接所述N+源8和所述硅片1；P+接触注入11，和所述P阱7连接并用于引出所述P阱7，接触孔10，以及表面金属12和背面金属14。如图1所示，其中截面A到截面B之间的区域为所述硅片，截面B到截面C之间的区域为所述场阻断层3。截面C以下为P型发射极4和背面金属14。

现有技术中的缓变漂移层组成的场阻断层的制作方法有：

一种方法是通过注入(正面或者背面注入)氦等质量很轻的离子之后通过退火来获得，它的注入深度可以达到数十微米，因此可以在离硅片背面较大的深度范围中形成场缓变层。

另一种方法是在器件正面工艺完成后在背面进行N型杂质如磷或砷的离子注入，之后通过退火来激活，该退火包括高温热退火和激光退火。由于此时器件正面已有AL等金属材料，在采用高温热退火技术时采用的温度一般不能高于500摄氏度，注入离子被激活的效率不高；采用激光退火能实现硅片背面局部的高温，从而在背面局部实现高温，得到高的激活率。但激光的激活深度有限，一般只有1微米～2微米，不能满足3微米～30微米场阻断层激活和扩散的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种逆导型IGBT半导体器件，能提高场阻断层的深度和激活效率，且能实现IGBT器件和快速恢复二极管的良好集成。本发明还提供一种逆导型IGBT半导体器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种逆导型IGBT半导体器件，逆导型IGBT半导体器件集成有IGBT器件和快速恢复二极管，所述逆导型IGBT半导体器件包括：一具有第一导电类型的场阻断层，形成于第一导电类型的硅基片的背面，所述场阻断层的载流子浓度大于所述硅基片的载流子浓度；所述场阻断层由垂直注入的第一离子注入区和倾斜注入的第二离子注入区组成，所述第一离子注入区和所述第二离子注入区都经过退火激活。沟槽，形成于所述硅基片的背面，所述沟槽的深度小于所述场阻断层的厚度；所述沟槽将所述场阻断层分割成位于各所述沟槽的底部的第一场阻断层、和位于各相邻所述沟槽间的第二场阻断层。所述IGBT器件的集电区由形成于所述第二场阻断层的顶部的第二导电类型的离子注入区组成。所述快速恢复二极管的第一电极区由填充于所述沟槽中的第一导电类型的多晶硅或外延层组成。一背面金属，分别和所述IGBT器件的集电区以及所述快速恢复二极管的第一电极区相连接并作为所述IGBT器件的集电区和所述快速恢复二极管的第一电极区的连接电极。

进一步的改进是，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；所述第一离子注入区的杂质为磷、砷、硒和硫四种杂质中一个或多个的组合，所述第二离子注入区的杂质为磷、砷、硒和硫四种杂质中一个或多个的组合。