功率器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了功率器件及其制造方法，所述功率器件具有基于半导体衬底的处于集电极区与漂移区之间的以FS‑IGBT结构形式的场阻止(FS)层，其中所述FS层的厚度以及所述集电极区的杂质密度易于调整，且FS层具有改进的功能。

Power devices and manufacturing methods

【技术实现步骤摘要】
功率器件及其制造方法相关申请交叉引用本申请是2013年4月24日提交的、申请号为“201310146711.5”的标题为“功率器件及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。本申请要求于2012年4月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0042717以及2013年4月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2013-0043817的权益，这两个申请的披露内容整体通过引证方式结合于此。
本申请涉及功率器件，更具体地，涉及使用半导体衬底作为场阻止层并且通过使所述半导体衬底的外延层生长而在所述半导体衬底中形成漂移区的功率器件，并且本申请还涉及该功率器件的制造方法。
技术介绍
近来，绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为具有高功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高速切换特性以及双极结型晶体管(BJT)的高功率特性的功率半导体器件而受到关注。在各种类型的IGBT结构中，场阻止(FS)型IGBT可以理解成是软穿通型(softpunch-throughtype)或浅穿通型(shallowpunch-throughtype)IGBT。这种FS-IGBT可以理解为是非穿通(NPT)型IGBT技术和PT型IGBT技术的组合，并因此可以理解为具有低饱和集电极-发射极电压Vce(sat)、简易的平行操作、以及如这些技术中那样的耐用性。
技术实现思路
本专利技术构思提供了一种功率器件以及该功率器件的制造方法，所述功率器件具有基于半导体衬底的处于集电极区与漂移区之间的以FS-IGBT结构形式的场阻止(FS)层，其中所述FS层的厚度以及所述集电极区的杂质密度易于调整，且FS层具有改进的功能。根据本专利技术的一个方面，提供了一种功率器件，包括：第一传导类型的半导体衬底；FS层，所述FS层通过第一传导类型离子植入形成在所述半导体衬底上，并且具有密度高于所述半导体衬底的区段；漂移区，所述漂移区通过生长第一传导类型外延层形成在所述FS层上，并且具有低于所述半导体衬底的密度；第二传导类型基极区，形成在所述漂移区上；第一传导类型发射极区，形成在所述第二传导类型基极区的表面上；栅电极，通过在漂移区、第二传导类型基极区、以及第一传导类型发射极区上设置栅绝缘层而形成；以及第二传导类型集电极区，形成在所述半导体衬底下方。FS层可以在第一区段处具有最大杂质密度，其中杂质密度从所述半导体衬底向所述第一区段增大并从所述第一区段向所述漂移区减小。FS层可以包括以不同杂质或不同掺杂能量形成的至少两个层。所述至少两个层中的邻近所述半导体衬底的一层可以具有比其他层更高的杂质密度。所述半导体衬底和所述漂移层中的每个沿着深度方向可以具有恒定的密度分布，所述半导体衬底可以具有比所述漂移层更高的密度，且所述FS层可以消除所述半导体衬底与所述漂移层之间的密度差，并且具有比所述半导体衬底更高的密度。根据本专利技术构思的另一方面，提供了一种制造功率器件的方法，所述方法包括：制备第一传导类型的半导体衬底；通过在所述第一传导类型的半导体衬底的上表面上植入第一传导类型杂质来形成第二FS层；通过在所述第二FS层上生长第一传导类型外延层来形成漂移区，所述第一传导类型外延层具有比所述第一传导类型的半导体衬底更低的密度；在所述漂移区的表面的预定区段上形成第二传导类型基极区；在所述第二传导类型基极区的表面的预定区段上形成第一传导类型发射极区；通过在漂移区、第二传导类型基极区、以及第一传导类型发射极区上设置栅绝缘层而形成栅电极；在所述第二传导类型基极区和所述第一传导类型发射极区上形成射电极；通过研磨所述第一传导类型的半导体衬底的下表面形成第一FS层；以及在所述第一FS层下方形成第二传导类型集电极区。形成所述第二FS层可以包括在植入杂质离子之后通过热处理来扩散杂质离子。所述第二传导类型基极区和所述第一传导类型发射极区中的每个均可以通过在预定部分中选择性地植入相应离子并通过热处理扩散所植入的离子而形成，并且所述第二传导类型集电极区可以通过在研磨的半导体衬底的下表面中植入相应离子并通过热处理扩散所植入的离子而形成。根据本专利技术的另一方面，提供了一种功率器件，包括：第一FS层，所述第一FS层基于第一传导类型的半导体衬底而形成并且沿着深度方向具有恒定的杂质密度；第二FS层，所述第二FS层通过第一传导类型离子植入而形成在所述第一FS层上，所述第二FS层沿着深度方向具有可变的杂质密度，并且所述第二FS层具有比所述第一FS层的杂质密度更高的峰值区域；以及漂移区，通过生长第一传导类型外延层而形成在第二FS层上。附图说明从以下结合附图的详细描述中能够更加清楚地理解本专利技术构思的示例性实施方式，附图中：图1A和图1B为根据本专利技术构思的实施方式的功率器件的截面图；图2A和图2B分别为示出图1A和图1B中的功率器件的密度分布的示图；图3为示出在以不同杂质离子形成植入物场阻止(FS)层时根据杂质离子的密度分布曲线的示图；图4至图11为示出根据本专利技术构思的实施方式的制造图1A中的功率器件的方法的截面图；以及图12为根据本专利技术构思的实施方式的功率器件的截面图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术构思的示例性实施方式。在下面的描述中，当描述某个部件位于另一部件上方时，则该某个部件可直接位于该另一部件的上方，或者可在二者之间插入有第三部件。在附图中，部件的厚度或大小被放大，以用于描述的方便和清楚，并且省略了对于该描述无关的部分。在附图中，相同的附图标号表示相同的元件。本文使用的术语仅用于描述本专利技术构思的目的，并且不旨在对由所附权利要求书所限定的本专利技术构思的含义或范围造成限制。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何组合及所有组合。图1A和1B是根据本专利技术构思的实施方式的功率器件1000和1000a的截面图。参照图1A，功率器件1000可包括场阻止(FS)层110、植入物FS层120、漂移区130、基极区140、发射极区150和集电极区160。FS层110可基于半导体衬底形成。例如，FS层110可使用掺杂有N型杂质的N0半导体衬底形成。在这种情况下，半导体衬底可掺杂有这样的N型杂质，该N型杂质具有足够的密度以场阻止-绝缘栅双极晶体管(FS-IGBT)的方式形成FS层110，即，该N型杂质具有足够的密度来防止耗尽区扩展到P型的集电极区160，集电极区形成在半导体衬底的与形成有漂移区130的表面相对的表面上。用于形成FS层110的N0半导体衬底的杂质密度可以为例如约1E14cm-3至约1E16cm-3。因此，基于N0半导体衬底的FS层110沿深度方向可具有几乎恒定的密度分布。也就是说，FS层110可完全具有均匀的杂质密度。这可从图2A或2B看出。可替换地，FS层110可不使用没有任何变化的初始半导体衬底，并且相反地，在半导体衬底的上表面上形成植入物FS层120、研磨半导体衬底的下表面、并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件，包括：/n第一传导类型的半导体衬底；/n第一传导类型场阻止(FS)层，设置在所述半导体衬底上，所述FS层具有杂质密度比所述半导体衬底的杂质密度更高的区段；/n第一传导类型外延层的漂移区，设置在所述FS层上且具有的杂质密度低于所述半导体衬底的杂质密度；/n第二传导类型基极区，设置在所述漂移区的上部中；/n第一传导类型发射极区，设置在所述第二传导类型基极区的上部中；/n栅电极，位于栅绝缘层上，其中所述栅绝缘层在所述漂移区、所述第二传导类型基极区、以及所述第一传导类型发射极区的上方；以及/n第二传导类型集电极区，设置在所述半导体衬底下方。/n

【技术特征摘要】
20120424 KR 10-2012-0042717;20130419 KR 10-2013-001.一种功率器件，包括：
第一传导类型的半导体衬底；
第一传导类型场阻止(FS)层，设置在所述半导体衬底上，所述FS层具有杂质密度比所述半导体衬底的杂质密度更高的区段；
第一传导类型外延层的漂移区，设置在所述FS层上且具有的杂质密度低于所述半导体衬底的杂质密度；
第二传导类型基极区，设置在所述漂移区的上部中；
第一传导类型发射极区，设置在所述第二传导类型基极区的上部中；
栅电极，位于栅绝缘层上，其中所述栅绝缘层在所述漂移区、所述第二传导类型基极区、以及所述第一传导类型发射极区的上方；以及
第二传导类型集电极区，设置在所述半导体衬底下方。


2.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述FS层在第一区段处具有最大杂质密度，所述FS层的杂质密度从所述半导体衬底向所述第一区段增大并且从所述第一区段向所述漂移区减小。


3.根据权利要求1所述的功率器件，其中，所述FS层包括具有不同杂质的至少两个层。


4.一种制造功率器件的方法，所述方法包括：
制备第一传导类型的半导体衬底；
通过在所述第一传导类型的半导体衬底的上表面中植入第一传导类型杂质离子来形成第二场阻止(FS)层；
通过在所述第二FS层上生长第一传导类型外延层来形成漂移区，所述第一传导类型外延层具有的杂质密度低于所述第一传导类型的半导体衬底的杂质密度；
在所述漂移区的表面的一区段中形成第二传导类型基极区；
在所述第二传导类型基极区的表面的一区段中形成第一传导类型发射极区；
在所述漂移区、所述第二传导类型基极区、以及所述第一传导类型发射极区上方形成栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成栅电极；
在所述第二传导类型基极区上并且在所述第一传导类型发射极区上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奎炫，李世炅，尹斗锡，姜秀贤，崔嵘澈，
申请(专利权)人：快捷韩国半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR