[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是申请号为200980116546.0、申请日为2009年5月13日、发明名称为“半导体器件及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，比如用于功率转换器件等的逆向阻断IGBT（绝缘栅极双极晶体管），还涉及这种半导体器件的制造方法。

背景技术

下面将描述用于制造逆向阻断IGBT的常规方法。第一现有技术是一种在形成用于构成逆向阻断IGBT的栅极/发射极结构之前预先涂敷掺杂剂源并从晶片（硅）上的切割区域的表面执行热扩散的方法，正如图26所示那样，其中，形成了很深的p型隔离层，对晶片进行薄化处理，使得在形成了栅极/发射极结构之后该p型隔离层露出来，并且，通过在经薄化处理的晶片的背面执行离子注入和退火，形成了将要与p型隔离层连接的p型集电极层（例如，参见下文列出的专利文献1）。

根据第二现有技术，如图27所示，在IGBT前表面处理过程中形成了MOS结构，研磨晶片的背面，并且MOS结构一侧是与玻璃基板结合起来的。然后，将正面和背面翻过来，在背面（现在该背面是在上面）之上形成掩模图案，并且，通过使用碱性溶液进行各向异性湿法蚀刻来形成V沟槽。在晶片的正面靠近切割区域处形成了p型扩散层，以便形成栅极/发射极结构（MOS结构）。然后，除去上述掩模，并且在V沟槽的侧壁上以及晶片的背面同时执行硼离子注入和激光退火，以形成p型隔离层和p型集电极层，其上形成了将要成为集电极的金属电极膜（例如Au层），并且，通过拾取，形成了逆向阻断IGBT（例如，参见下文列出的专利文献2、专利文献3和非专利文献1）。图28是通过第二现有技术形成的逆向阻断IGBT的外围区域的关键部分的横截面图。通过V沟槽的侧壁上所形成的p型隔离层，使晶片正面一侧的p型扩散层与晶片背面一侧的p型集电极层连接起来。

随着激光振荡器在尺寸和价格方面不断减小并且在寿命和性能方面不断增大，激光照射处理正越来越广泛地用于硅晶片。一个示例是上述激光退火处理，用于激活通过离子注入过程而注入的掺杂剂。用于激活通过离子注入过程而注入的掺杂剂的另一种可用的方法是炉内退火处理，但在这种情况下，处理温度受限于晶片正面已形成的金属电极膜和保护膜的耐热温度，因此，高温处理是不可能的，并且掺杂剂激活比例是很低的。使用脉冲激光进行激光退火处理的情况可以瞬时地且局部地只加热晶片背面的表面层区域，所以，没有对晶片正面一侧已形成的金属电极膜和保护膜造成热破坏。因此，可以按很高的激活比例来激活背面一侧的掺杂剂，而不用管晶片正面一侧的结构的耐热温度。

专利文献1：日本专利申请特开2004-363328

专利文献2：日本专利申请特开2006-303410

专利文献3：日本专利申请特开2006-278382

非专利文献1：Kazuo Shimoyama和其他两人：“New Isolation Technique for High Breakdown Voltage Reverse Blocking IGBT”、“[Electronic Device/Semiconductor Power Conversion],General Power Device and Semiconductor Power Conversion”，日本电气工程师学院技术协会，EDD-06-52，SPC-06-124。

在根据第一现有技术仅通过热扩散从半导体基板的正面到其背面的集电极层表面形成p型隔离层的情况下，必须形成非常厚的热氧化膜，使得用于形成p型隔离层的硼不会穿透用于遮住活性部分的氧化膜。为了形成这种很厚的热氧化膜，必须在高温下长时间地执行热氧化处理，这使制造成本增大了。

掺杂剂的扩散要求在高温下进行长时间地处理，所以，吞吐量急剧地下降，并且，掺杂剂不可避免地在横向上扩散，因为掺杂剂各向同性地从掩模开口部分扩散到硅体，这引起了减小器件节距和芯片尺寸方面的问题。

用于防止这种情况的一种可用的方法是上述第二现有技术，其中，在上述正面形成上述器件结构（比如栅极/发射极结构）之后执行晶片的薄化处理，正如上文所提到的那样，并且，在晶片与玻璃支撑基板结合起来从而面对着该器件的正面之后，通过湿法蚀刻，使锥形的V沟槽从晶片背面穿透至晶片正面，并且，通过离子注入和激光退火在这些沟槽的侧壁上形成p型隔离层。此处，“锥形沟槽”是指一种其侧壁按一定角度倾斜的沟槽，其中，沟槽宽度从底部向开口处逐渐展宽。