[发明专利]一种在半导体器件中形成场截止层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体为一种在半导体器件中形成场截止层的方法。

背景技术

在二极管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等半导体器件中，为了提升器件的耐压和开关性能，同时降低损耗，需要从器件的背面对半导体基板进行较深位置的掺杂，形成载流子浓度高于基板的缓冲层。根据柏松方程，电场衰减梯度与电荷浓度成正比，因此较高浓度的缓冲层能够使电场迅速衰减并在该层截止，防止耗尽区扩展至器件的背表面而导致穿通，因此该缓冲层也被称为“场截止（Field Stop）层”。

由于场截止层距离半导体器件的背表面具有一定的深度，而且半导体器件在制造过程中通常先完成正面结构的工艺流程，再进行背面工艺，因此场截止层的形成既要达到载流子浓度和层深度的要求，同时也要避免对正面已经形成的结构产生影响。目前，在半导体器件中形成场截止层主要是通过离子注入工序和退火工序来实现的。一种方法是利用半导体工艺中常用的施主元素离子，如磷离子、砷离子，从半导体器件背表面进行离子注入，注入后再进行退火形成场截止层。然而，受限于原子质量及其在半导体中的扩散能力，对于常用的施主元素，如磷、砷，使其在半导体基板中形成一定深度的掺杂，通常需要在较高温度（500℃~1000℃）下进行扩散，这将会对器件正面已经形成的结构产生不利影响。即使在注入后采用激光退火的方法以避免在退火过程中对正面结构产生影响，也很难使场截止层达到距离背表面较深的深度，有可能导致器件的综合性能受到影响。另一种方法是采用氢离子即质子，进行注入工序，之后再通过退火工序形成场截止层。由于质子质量较轻，因此可以直接注入较深的深度，并且通过400℃左右的退火处理，就能形成施主掺杂。因为退火温度较低，所以避免了对正面结构造成影响。但是，由于注入设备和工艺技术的限制，相比于半导体工艺中常用的施主元素离子，如磷离子、砷离子，质子注入无法采用较高的注入剂量，这使得质子注入形成的场截止层可能在某些应用领域受到限制。

现有专利如专利申请号为CN201210315975.4，申请日为2012-08-31，名称为“一种FS-IGBT器件的制备方法”的发明专利，其技术方案如下：一种FS-IGBT器件的制备方法，属于功率半导体器件技术领域。本发明使用衬底上进行N型杂质注入形成场截止层，然后生长外延层，制作正面图形，然后背部减薄，背部P型集电区注入并退火，背部金属化的方法来制作场截止型晶体管，可以使场截止层杂质充分激活。

上述对比文件描述的是一种场截止型IGBT器件的制备方法，场截止层是采用注入N型杂质并高温推结形成的，而本发明描述的是一种在半导体器件中形成场截止层的方法，重点在于场截止层形成方法的发明创造，其中场截止层的形成方法和对比文件完全不同，主要区别是本发明不需要高温推结就能形成有效的场截止层；其次，就整个场截止型器件的制备而言，对比文件的制备方法是先通过传统的N型掺杂和高温推结形成场截止层，再通过外延制作正面图形，再背部减薄，然后制作集电区和背部金属，这样做的目的就是为了避免在场截止层的形成过程中，高温推结会对正面图形产生不利影响，因此没有按照传统半导体器件先正面再背面的工艺顺序，而是第一步先进行场截止层的制备。然而该制作方法已逐渐被淘汰。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种在半导体器件中形成场截止层的方法。

本发明的具体方案如下：

一种在半导体器件中形成场截止层的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A）选取一种半导体器件，包括第一导电类型半导体基板。

B）从A）中所述半导体器件的第一导电类型半导体基板的背面进行质子注入， 完成注入工序。

C）完成B）步骤的注入工序后，对上述半导体器件在退火装置中进行退火处理，从而形成比上述第一导电类型半导体基板浓度更高的第一半导体区域。

C）中形成的第一半导体区域，距离上述半导体器件背表面的深度为d₁。

C）中所述形成的第一半导体区域的厚度为h₁。

D）从A）中所述半导体器件的第一导电类型半导体基板的背面进行离子注入， 完成第二道注入工序。

E）完成D）步骤的第二道注入工序后，对上述半导体器件在退火装置中进行退火处理，从而形成比上述第一导电类型半导体基板浓度更高的第二半导体区域。

E）中所述形成的第二半导体区域，距离上述半导体器件背表面的深度为d₀。

E）中所述形成的第二半导体区域的厚度为h₀。