[发明专利]引入外延层场阑区的半导体器件

说明书

一种半导体器件包括一个具有基极区的半导体本体，半导体本体中引入一个场阑区，其中基极区和场阑区都利用外延工艺制成。另外，外延层场阑区由改良掺杂结构构成，实现了半导体器件改良的软切换性能。在一些实施例中，形成在场阑区中的改良掺杂结构包括变化的、不稳定的掺杂水平。在一些实施例中，改良掺杂结构包括延长分级掺杂结构、多步进平板掺杂结构或多尖峰掺杂结构中的一个。本发明所述的外延层场阑区允许使用复杂的场阑区掺杂结构，以获得半导体器件所需的软切换性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种引入外延层场阑区的半导体器件。

背景技术

独立的二极管和独立的绝缘栅双极晶体管等半导体器件通常形成在半导体本体中，半导体本体包括一个轻掺杂的基极区，形成在重掺杂衬底上方，作为背部阴极/集电极。器件区，例如半导体器件的pn结，形成在半导体本体的顶面或正面。为了在这些半导体器件中实现软切换操作，尤其是当基极区的厚度必须保持很薄时，半导体本体通常引入一个远离器件区、靠近背部衬底的场阑区。场阑区是一个掺杂类型与基极区相同的区域，但是与基极区相比，其掺杂水平较高。场阑区具有阻止pn结的空间电荷区在轻掺杂基极区中传播得太远。确切地说，场阑区防止pn结的空间电荷区触及背部阴极/集电极。在这种情况下，基极区可以利用所需的低掺杂水平构成，带有所需的厚度，同时对所形成的半导体器件实现软切换。

制备场阑区的传统方法通常包括使用高能背部掺杂注入。晶圆通过正面处理，形成器件区，然后将晶圆进行背部研磨，获得所需厚度。然后，为了形成场阑区，要进行一次或多次背部注入，在远离器件区的基极区域内引入掺杂物。例如，传统的方法通常从晶圆背面使用质子注入或多次氦或氢注入，以形成场阑区。然后，进行热退火，激活与氢相关的施主。图1复制的是美国专利7,538,412中的图1，表示一个IGBT，含有通过高能背部注入形成的场阑区26。图2复制的是美国专利7,538,412中的图2a，表示多次背部注入后，场阑区的掺杂结构的一个示例。

在半导体本体中制备场阑区的传统方法，有许多不足。首先，当使用高能背部注入时，很难形成延伸很深的场阑区，这需要注入非常高的能量，或者受到注入设备的限制而不可行，或者无法制备，或者与高昂的成本有关。

其次，当使用高能背部注入时，制备所需场阑区掺杂结构的能力有限。在一些情况下，需要大量的注入，形成所需的掺杂结构。大量的注入不是必要的，而且非常昂贵。

最后，由于在完成正面处理之后，要进行背部注入和退火，所以背部注入的退火温度不能太高。例如，由于金属层形成在正面，因此背部注入的退火温度不能超过500℃或550℃。适当的退火温度范围限制了背部注入可以使用的注入剂量和能量，其原因在于较高的注入剂量或较高的注入能量需要较长的加热过程，以便对注入损坏或缺陷进行退火。

发明内容

本发明的目的地提供一种引入外延层场阑区的半导体器件。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种半导体器件，包括：一个重掺杂的半导体层；一个形成在半导体层上的第一导电类型的外延层，一个形成在半导体层附近的第一部分外延层中的场阑区，以及一个形成在第二部分外延层中的基极区，场阑区具有第一边在半导体层附近，第二边在基极区附近，基极区具有第一边在场阑区附近，第二边在第一边对面；以及一个形成在基极区第二边上的器件区，器件区包括至少一个PN结，其中形成在第一部分外延层中的场阑区具有一个掺杂结构，在场阑区中包括不稳定的、变化的掺杂水平，基极区具有稳定的掺杂水平。

优选地，其中场阑区包括一个分级掺杂结构，在场阑区的第一边上具有第一掺杂水平，在场阑区的第二边上具有第二掺杂水平，掺杂水平在场阑区的第一边和第二边之间线性变化，从第一掺杂水平变化到第二掺杂水平。

优选地，其中第一掺杂水平高于第二掺杂水平。

优选地，其中第二掺杂水平高于或与基极区稳定的掺杂水平相同。