[发明专利]双极穿通半导体器件和用于制造这样的半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子器件的领域并且更具体地涉及根据权利要求1的用于制造双极穿通半导体器件的方法和根据权利要求10的双极穿通半导体器件。

背景技术

在EP 1 017 093 A1中描述用于制造具有第一主侧13（发射极侧）和第二主侧14（集电极侧）的IGBT的方法。在（n-）掺杂晶圆的集电极侧14上，n掺杂层通过扩散而形成。在发射极侧13上，然后形成p基极层4、n源区5和栅电极6。在该阶段中，晶圆必须具有至少400μm左右的厚度以便有效地使制造过程期间断裂的风险降低。之后施加发射极电极82。现在在集电极侧14上减少晶圆的厚度使得扩散的n掺杂层的末尾部分保留为缓冲层3。最后，施加p集电极层75和集电极电极92。

通过这样的方法，形成具有低掺杂缓冲层3的IGBT。这样的器件因此叫作软穿通器件。然而，需要多至几天的长的扩散时间来使掺杂剂足够深地扩散到晶圆内。即使具有这样长的时间，扩散限制在150μm左右的深度，使得其中需要薄的漂移层的低压器件无法通过该方法来制造，因为需要在具有至少400μm厚度的晶圆上工作。

这样的现有技术的方法用于具有多至2000V左右的阻断电压的器件，因为这样的器件是相对薄的。如果这样的器件直接在薄的晶圆上制造，这将是困难的，因为如果晶圆在低压IGBT中是薄的，则直接在薄晶圆上的工作需要相对复杂的工艺以用于形成正面层（包括发射极MOS单元和端接）和背面层（包括阳极和缓冲区）。然而，即使利用上文描述的方法的实施，这样的器件需要采用许多限制性工艺选项来针对提高的静态和动态性能进行优化。

在基于薄晶圆加工而设计快恢复二极管时遇到相似的挑战。另外，晶圆直径越大，薄晶圆加工遇到的困难越多。因此，现有技术的方法受到较小晶圆直径的限制。最后，硅衬底材料的质量和可用性对于使用例如深扩散方法的薄晶圆技术（尤其对于200mm以上的较大晶圆直径）也是个问题。

EP 0 889 509 A2描述了用于形成寿命控制层的晶圆到晶圆接合方法。在完成器件中形成漂移层的一个晶圆接合到形成缓冲层的另一个晶圆。在中间形成具有复合中心的接合层。这些复合中心通过不使两个晶圆的晶轴对齐或通过在接合以及之后应用加热步骤之前使重金属掺杂剂蒸发到一个晶圆表面上而形成。

发明内容

本发明的目的是提供用于制造双极穿通半导体器件的方法，该双极穿通半导体器件甚至能适用于低压器件和大的晶圆，与现有技术的方法相比其工艺的可靠性（例如关于断裂）更高。

该目的通过根据权利要求1的用于制造双极穿通半导体器件的方法以及根据权利要求10的双极穿通半导体器件来实现。

利用发明性方法制造双极穿通半导体器件，其根据半导体类型包括具有第一和第二导电类型的层的至少双层结构，该第二导电类型与该第一导电类型不同，其中这些层中的一个是第一导电类型的漂移层。

在发明性方法中，进行下面的制造步骤：

(a)提供第一高掺杂晶圆，其采用第一导电类型的第一微粒掺杂，该晶圆具有第一侧和与该第一侧相对的第二侧。

(b)提供第一导电类型的第二低掺杂晶圆，其具有第三侧和与该第三侧相对的第四侧。

(c)形成晶圆叠层，其通过使第一晶圆在其第一侧上与第二晶圆在其第四侧上接合在一起而具有晶圆叠层厚度。

(d)之后进行扩散步骤，由此形成扩散的间隙层，其包括第一晶圆的第一侧部分和第二晶圆的第四侧部分，所述部分邻近彼此而设置，该间隙层具有的掺杂浓度高于原始第二晶圆的掺杂浓度并且低于原始第一晶圆的掺杂浓度，其中在完成器件中具有未更改掺杂浓度的第二晶圆的该部分形成漂移层。

(e)之后在第三侧上形成第二导电类型的至少一个层。

(f)之后从第二侧减少晶圆叠层厚度使得形成缓冲层，其包括在具有比漂移层更高掺杂浓度的第二侧上的晶圆叠层的剩余部分。

制造方法可以有利地用于大的晶圆，例如6或甚至8英寸晶圆，并且用于形成低压器件，因为由于厚的高掺杂晶圆的使用以及将它接合到薄的低掺杂晶圆，晶圆叠层厚度可以独立于需要的层厚度而选择。通过发明性方法，即使在完成的半导体器件中需要的漂移层非常薄，在厚晶圆上的第三侧（正面）上形成层，这是可能的。当扩散从晶圆叠层内部的平面开始时，需要短得多的扩散时间并且甚至可以制造如在低压器件中使用的薄的漂移层。