[发明专利]半导体器件及相关芯片和制备方法

说明书

本申请实施例公开了一种半导体器件及相关芯片、制备方法，包括：N型漂移层以及与N型漂移层相邻的N型场截止层。其中，N型场截止层自由电子的浓度高于N型漂移层自由电子的浓度。N型场截止层包括第一杂质粒子和与第一杂质粒子相互掺杂的第二杂质粒子，第二杂质粒子的半径大于第一杂质粒子的半径。在N型场截止层中，邻近N型漂移层的区域的第一杂质粒子的注入浓度高于其他任意区域的第一杂质粒子的注入浓度。上述结构，可以有效改善在大电感负载电路中，半导体器件在关断过程中产生过高尖峰电压的情况。

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及相关芯片和制备方法。

背景技术

绝缘栅双极型场效应管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)是由双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)和绝缘栅型场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。BJT饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT集MOSFET和BJT的优点于一体，具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好，且驱动电路简单，驱动电流小，又具有饱和压降低，耐压高及承受电流大的优点。因此，IGBT适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

相对于非穿通型IGBT(即NPT-IGBT)，具有场截止层的IGBT(即FS-IGBT)，其背面增加一层N型场截止层(也称为N型缓冲层)，N型场截止层的掺杂浓度略高于FS-IGBT的衬底，可以迅速降低电场强度，使整体电场呈梯形，从而截止电场，使所需的N型漂移区厚度大大减小。此外，N型场截止层还可以调整发射极的发射效率，从而可以改善IGBT关断时的拖尾电流及损耗。

现有技术中，采用质子(H+)注入等形成场截止层可以增加场截止层的宽度，然而，其对应的IGBT在大电感负载电路中会产生高频、幅值很高而宽度很窄的尖峰电压，很有可能造成自身或电路中其它元器件因过电压被击穿损坏。

发明内容

本申请实施例提供了一种半导体器件及相关芯片、制备方法，改善质子(H+)注入形成场截止层的半导体器件在大电感负载电路中产生过高尖峰电压的情况。

本申请实施例的第一方面提供一种半导体器件，该半导体器件包括N型漂移层和与N型漂移层相邻的N型场截止层。

在IGBT中，场截止层的自由电子的浓度高于N型漂移层自由电子的浓度，这样可以迅速降低电场强度，使得整个电场呈梯形从而达到快速截止电场的效果。其中，场截止区可以由两种杂质粒子掺杂形成，第一杂质粒子的半径小于第二杂质粒子的半径，并且邻近N型漂移层的区域的第一杂质粒子的注入浓度要高于其他任意区域的第一杂质粒子的注入浓度。

上述半导体中，场截止层由第一杂质粒子和第二杂质粒子掺杂形成，由于第一杂质粒子的尺寸小，所需要的注入能量低，所以容易形成厚度更大的场截止层，而第二杂质粒子半径大，所需注入深度较浅，不需要很高的退火温度，因此可以避免高温退火导致的N型衬底的正面的MOSFET结构的破坏，同时，邻近N型漂移层表面的区域的第一杂质粒子的注入浓度最高，可以有效降低器件在关断过程中的尖峰电压，大大提高IGBT的性能。

在一个可选的实施方式中，第一杂质粒子可以是氢离子或氦离子，第二掺杂粒子可以为磷原子或砷原子。应理解，氢离子或氦离子可以以较小的注入能量注入到N型衬底的深处，大大增加场截止层的厚度，而磷原子或砷原子的注入深度较浅，无需很高的退火温度，可以避免高温退火而造成IGBT结构破坏的现象发生。