[发明专利]集成续流二极管的功率半导体器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及IGBT器件及其制造工艺，尤其涉及一种集成续流二极管的功率半导体器件及其形成方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor）是近年来最令人注目及发展最快的一种新型电力电子器件。IGBT具有栅极高输入阻抗、开通和关断时具有较宽的安全工作区等特点，因此IGBT在电机驱动、电焊机、电磁炉，UPS电源等方面有很广泛的应用。

从器件结构上来看，IGBT可以看作是MOSFET器件和PNP双极型晶体管的复合元件，是在功率MOSFET工艺基础上进一步优化的产物。但与MOSFET器件不同的是，常规的IGBT器件不具有可用于续流功能的寄生体二极管结构。通常，IGBT器件制造商会在器件封装时同时将一颗续流二极管或快恢复二极管与IGBT器件封装一起，以便客户使用，但这无形之中增加IGBT器件厂商的生产成本。

现有技术虽然存在集成续流二极管的IGBT器件，但技术方案依然存在工艺复杂、制造成本高昂、器件应用范围狭窄等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种集成续流二极管的功率半导体器件及其形成方法，形成的集成续流二极管的功率半导体器件具有开关安全工作区宽、鲁棒性强以及制造成本低等优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种集成续流二极管的功率半导体器件，包括：

具有第一掺杂类型的半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的正面和背面，所述半导体衬底作为IGBT器件的场截止区；

位于所述半导体衬底正面上的外延层，所述外延层的背面与所述半导体衬底的正面贴合，所述外延层具有第一掺杂类型，所述外延层作为IGBT器件的漂移区；

IGBT器件的基区、发射区、栅介质层和栅极，形成于所述外延层的正面，所述基区具有第二掺杂类型，所述发射区具有第一掺杂类型，所述第一掺杂类型和第二掺杂类型相反；

具有第二掺杂类型的集电区，位于所述场截止区的背面；

具有第一掺杂类型的二极管接触区，位于所述场截止区的背面。

根据本发明的一个实施例，所述场截止区是纵向掺杂均匀的，所述场截止区的厚度为5μm至50μm。

根据本发明的一个实施例，所述半导体衬底的掺杂浓度为5E14cm^-3至1E16cm^-3。

根据本发明的一个实施例，所述半导体衬底的晶向为<100>。

根据本发明的一个实施例，所述外延层的厚度为40μm至120μm，所述外延层的掺杂浓度为5E13cm^-3至1E15cm^-3。

根据本发明的一个实施例，所述二极管接触区与集电区之间具有间隔。

根据本发明的一个实施例，所述二极管接触区与集电区之间的间隔为5μm至50μm。

本发明还提供了一种集成续流二极管的功率半导体器件的形成方法，包括：

提供第一掺杂类型的半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的正面和背面；

在所述半导体衬底的正面生长具有第一掺杂类型的外延层，所述外延层作为IGBT器件的漂移区；

在所述外延层上形成IGBT器件的基区、发射区、栅介质层和栅极，所述基区具有第二掺杂类型，所述发射区具有第一掺杂类型，所述第一掺杂类型和第二掺杂类型相反；

从背面对所述半导体衬底进行减薄，保留的半导体衬底作为所述IGBT器件的场截止区；

在所述场截止区的背面分别形成第二掺杂类型的集电区和第一掺杂类型的二极管接触区。

根据本发明的一个实施例，所述场截止区是纵向掺杂均匀的，所述场截止区的厚度为5μm至50μm。

根据本发明的一个实施例，所述半导体衬底的掺杂浓度为5E14cm^-3至1E16cm^-3。

根据本发明的一个实施例，所述半导体衬底的晶向为<100>。

根据本发明的一个实施例，所述外延层的厚度为40μm至120μm，所述外延层的掺杂浓度为5E13cm^-3至1E15cm^-3。

根据本发明的一个实施例，所述二极管接触区与集电区之间具有间隔。

根据本发明的一个实施例，所述二极管接触区与集电区之间的间隔为5μm至50μm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：