[发明专利]制造功率半导体器件的方法

说明书

本公开涉及制造功率半导体器件的方法，其包括：在基底上形成第一外延层和其上的第二外延层；在第二外延层上执行低浓度N型掺杂剂的掺杂扩散工艺以形成低浓度N型掺杂区域；在第二外延层上执行低浓度P型掺杂剂的掺杂扩散工艺以形成低浓度P型掺杂区域；在第二外延层上执行高浓度P型掺杂剂的选择性掺杂扩散工艺以形成高浓度P型掺杂区域；在第二外延层上执行高浓度N型掺杂剂的选择性掺杂扩散工艺以形成高浓度N型掺杂区域；在第二外延层中形成通过高浓度N型掺杂区域的沟槽；沿沟槽的表面形成栅极绝缘层；在沟槽内形成栅电极；在第二外延层上形成层间绝缘层；在第二外延层的表面上形成发射电极和通过研磨工艺完全去除基底以使第一外延层暴露。

本发明申请是申请日期为2013年7月25日、申请号为“201310317077.7”、发明名称为“功率半导体器件及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月13日在韩国知识产权局提交的第10-2012-0101712号韩国专利申请的权益，该申请的全部公开通过各种目的的引用包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种功率半导体器件及其制造方法，涉及例如一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和利用这种IGBT实现的具有改善的电阻率离差(resistivity dispersion)的功率半导体器件。

背景技术

近来，由于能源的短缺，已经在世界范围内对节省能源的机制和高效能的产品并且对替代能源的开发进行了积极地研究。随着该研究，人们对智能电网、电动车辆和光伏发电的关注与日倍增。因此，人们逐渐认识到作为该系统中的最重要的部件的功率转换设备的重要性。由于使用中的功率转换设备提高了它们的容量，因此现代的功率转换设备必须紧跟高电流运行和高电压运行的要求，同时为了效率仍然保持低的导通电阻和快的响应速度，而且在高频下运行以使整个器件的尺寸和重量最小化。

IGBT被认为是满足这些要求的合适的功率半导体器件。浅的低浓度漂移区域能够减少导通电阻的损失，能够通过P型集电极区域的浓度调整和少数载流子的移动时间控制实现切换速度的调整的高频产品，并且在模块应用方面实现高耐压力(例如，1200V以上)和高电流(例如，数百安培)。

图1示出了IGBT的示例的剖视图。

如图1中所示，IGBT可以包括基底100、P⁺型区域110、N⁺型区域120、栅电极130、发射电极140、场阻止层150和P⁺型集电极层160。

高浓度场阻止层150在电场到达P⁺型集电极层160之前将形成在低浓度N^-型基底100和P⁺型集电极层160之间的电场逐渐减少到0(零)。图1示出了电场沿IGBT的深度的改变。在使用场阻止层150之前的技术中，使用厚度为200μm的非常厚的基底以使电场在断开状态下为0(零)。此外，必须减小基底的掺杂浓度以增加电阻。在这种情况下，基底的掺杂浓度剧烈改变以增加电压过冲(overshoot)，切换损耗因基底厚而相对增加。因此，场阻止层150可以用来解决这些问题。当使用场阻止层150时，不需使用厚基底。基底可以具有大约120μm的相对薄的厚度。

例如，可以将为浮动区(FZ)晶片的N^-型漂移区域用作基底100。高浓度场阻止层150形成在FZ晶片的后侧上。即，场阻止层150形成在FZ晶片中，FZ晶片是通过将离子注入到本征晶片的边缘部分中并使注入的离子扩散制得的。因此，FZ晶片中掺杂的掺杂剂的浓度分布不均匀；FZ晶片的边缘部分处的浓度比朝着FZ晶片的中心的浓度高，并且浓度朝着FZ晶片的中心逐渐减小。由于掺杂剂浓度大体上根据FZ晶片内的位置而改变，因此IGBT中的电压过冲可能增加，并且集电极-发射极电压Vce,sat的摆动宽度可以实质上改变。