專利名稱：半導(dǎo)體器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件；本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體高壓器件中，不論是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、快速恢復(fù)二極管(FRD)，還是M0SFET，在器件的柵極加正偏電壓時(shí)器件導(dǎo)通，此時(shí)都希望導(dǎo)通狀態(tài)下的功耗最小，也即希望器件的導(dǎo)通狀態(tài)壓降即通態(tài)壓降小，利用更薄的硅片能直接降低器件的通態(tài)壓降，但器件厚度的下降會(huì)降低器件在反向擊穿情況下的耐壓能力，兩者是一對(duì)矛盾。為了解決上述矛盾，場(chǎng)阻斷層被引用到半導(dǎo)體高壓器件中，形成半導(dǎo)體器件；以漂移區(qū)為N型摻雜的IGBT即N型IGBT為例，如圖1所示，為一種現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT和沒(méi)有場(chǎng)阻斷層的IGBT的區(qū)別是，在N型硅片I和P型發(fā)射極4間包括一 N型的場(chǎng)阻斷層3，所述場(chǎng)阻斷層3的載流子濃度大于所述硅片I的載流子濃度，在P阱7和所述場(chǎng)阻斷層3之間的所述硅片I組成器件的N型漂移區(qū)。現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT的其它結(jié)構(gòu)和其它非場(chǎng)阻斷型的IGBT的結(jié)構(gòu)相同，包括:在所述硅片I中形成有P阱7、在P阱7中形成有N+源8，柵氧5、多晶硅柵6，所述多晶硅6覆蓋部分所述P阱7、并在覆蓋處形成溝道區(qū)，溝道區(qū)連接所述N+源8和所述硅片I ;P+接觸注入11，和所述P阱7連接并用于引出所述P阱7，接觸孔10，以及表面金屬12和背面金屬14。如圖1所示,其中截面A到截面B之間的區(qū)域?yàn)樗鯬阱7的形成區(qū)域，截面A到截面B之間也包括部分由所述硅片I的N型摻雜區(qū)形成的漂移區(qū)，截面B到截面C之間的區(qū)域?yàn)榱硪徊糠钟伤龉杵琁的N型摻雜區(qū)形成的漂移區(qū)。截面C到截面D之間的區(qū)域?yàn)樗鰣?chǎng)阻斷層3。截面D到截面E之間的區(qū)域?yàn)镻型發(fā)射極4。如圖2所示，為現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT的從所述P阱7到所述P型發(fā)射極4間的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖3對(duì)應(yīng)于圖2中的器件工作在反向阻斷狀態(tài)下時(shí)電場(chǎng)分布示意圖。由圖2可知，截面C到截面D之間的場(chǎng)阻斷層的雜質(zhì)濃度大于截面B到截面C之間的N型漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，圖2中的P對(duì)應(yīng)的區(qū)域的雜質(zhì)為P型雜質(zhì)。由圖3可知，器件工作時(shí)電場(chǎng)穿透過(guò)所述N型漂移區(qū)時(shí)為一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)，該梯形的面積即為所述N型漂移區(qū)的耐壓能力；如果沒(méi)有所述場(chǎng)阻斷層3，器件工作時(shí)電場(chǎng)穿透過(guò)所述N型漂移區(qū)時(shí)會(huì)呈一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)，這時(shí)的耐壓能力為三角形BHD所對(duì)應(yīng)的面積；顯然有場(chǎng)阻斷層時(shí)器件的耐壓能力會(huì)得到提聞。現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型半導(dǎo)體器件制作方法是在器件正面工藝完成后在背面進(jìn)行N型雜質(zhì)如磷或砷的離子注入，之后通過(guò)退火來(lái)激活，該退火包括普通的高溫?zé)嵬嘶鸷图す馔嘶稹Ｓ捎谕嘶鹬捌骷嬉研纬捎蠥L等金屬材料，在采用普通的熱退火技術(shù)時(shí)退火溫度一般不能高于500攝氏度，注入的場(chǎng)阻斷層離子被激活的效率不高，同時(shí)還不能達(dá)到擴(kuò)散的效果。而采用激光退火能大大提高效率，激光退火所能達(dá)到的深度有限，而且工藝成本高，因此也不可能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的激活，也沒(méi)有能使雜質(zhì)進(jìn)行有效的擴(kuò)散，這樣得到的場(chǎng)阻斷層的離子分布都是比較劇變的。這種載流子濃度的劇變，在器件由導(dǎo)通狀態(tài)變化成關(guān)斷狀態(tài)的過(guò)程中，由于在場(chǎng)阻斷層中的內(nèi)建電場(chǎng)較大，加速了通態(tài)時(shí)在漂移區(qū)中的電子流經(jīng)N型場(chǎng)阻斷層的速度，造成電流的急劇下降從而使開關(guān)的柔軟性下降，在感性負(fù)載下易于產(chǎn)生一個(gè)高的峰值電壓使器件失效；另一方面，在短時(shí)間中在背面P+N阻斷層即P型發(fā)射極4和場(chǎng)阻斷層3的PN結(jié)中易于造成局部的電子和空穴的較大差異，在該結(jié)附近形成一個(gè)很高的電場(chǎng)，也易于使器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體器件，在具有較低的導(dǎo)通電阻的同時(shí)，能使器件在關(guān)斷時(shí)的電流下降速度得到有效控制，從而能提高器件的可靠性。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件包括:一形成于硅片的正面的第
一P型區(qū)。一形成于所述硅片的背面的第二 P型區(qū)，在所述第二 P型區(qū)的背面形成有背面電極。一 N型區(qū)，該N型區(qū)位于所述第一 P型區(qū)和所述第二 P型區(qū)之間，所述N型區(qū)為所述半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)；所述N型區(qū)包括第一 N型區(qū)和第二 N型區(qū)，所述第一 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度均勻，所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度為一緩變結(jié)構(gòu)；所述第二 N型區(qū)位于所述第一 N型區(qū)和所述第二 P型區(qū)之間，所述第一 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度，所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度在所述第一雜質(zhì)濃度的基礎(chǔ)上增加、且所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度至少包括一個(gè)峰值；在所述第一 N型區(qū)到所述第二 P型區(qū)的方向上的所述第二 N型區(qū)的各所述峰值區(qū)域的雜質(zhì)濃度增加的區(qū)域中，所述第二 N型區(qū)中的從雜質(zhì)濃度為所述第一雜質(zhì)濃度的位置到雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度隨位置的增加速率的最大值小于IOCl/微米，Cl表示所述第一雜質(zhì)濃度的值；所述第二 N型區(qū)中的從雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置到雜質(zhì)濃度為50倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度隨位置的增加速率的最大值小于300C1/微米。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述N型區(qū)的雜質(zhì)濃度的最大值為所述第一 P型區(qū)的雜質(zhì)濃度的2個(gè)數(shù)量級(jí)以下、且為所述第二 P型區(qū)的雜質(zhì)濃度的2個(gè)數(shù)量級(jí)以下。進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述第二 N型區(qū)的各所述峰值位置之間、或者在所述第二 N型區(qū)的靠近所述第二 P型區(qū)的所述峰值位置到所述第二 P型區(qū)之間，所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度保持為各所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度、或者從各所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度逐漸降低到所述第一雜質(zhì)濃度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的第一種半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄；所述第一 P型區(qū)的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)在減薄之前形成、或者所述第一 P型區(qū)在減薄之后形成。步驟二、從所述硅片的背面進(jìn)行第一N型雜質(zhì)離子注入；所述第一N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)，所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)。步驟三、對(duì)所述硅片進(jìn)行第一熱退火處理，所述第一熱退火的溫度為800°C 1250°C，時(shí)間為60分鐘 1200分鐘。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的第二種半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成所述半導(dǎo)體器件的正面工藝，所述正面工藝包括形成所述第一 P型區(qū)的工藝、正面金屬淀積和圖形化工藝。步驟二、從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄。步驟三、從所述硅片的背面進(jìn)行第二N型雜質(zhì)離子注入；所述第二N型雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入；所述第二 N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)，所述第
二N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二N型區(qū)組成所述N型區(qū)。步驟四、從所述硅片的背面對(duì)所述硅片進(jìn)行激光退火處理，激光退火時(shí)所述硅片被處理區(qū)域的溫度高于800°C。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的第三種半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成所述半導(dǎo)體器件的正面工藝，所述正面工藝包括形成所述第一 P型區(qū)的工藝、正面金屬淀積和圖形化工藝。步驟二、從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄。步驟三、從所述硅片的背面進(jìn)行第一氫雜質(zhì)離子注入；所述第一氫雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入；所述第一氫雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)，所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)。步驟四、對(duì)所述硅片進(jìn)行第二熱退火處理，所述第二熱退火的溫度為200°C 420°C，時(shí)間為20分鐘 200分鐘。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的第四種半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄；所述第一 P型區(qū)的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)在減薄之前形成、或者所述第一 P型區(qū)在減薄之后形成。步驟二、從所述硅片的背面進(jìn)行N型外延層生長(zhǎng)形成所述第二 N型區(qū)，所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的第五種半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄；所述第一 P型區(qū)的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)在減薄之前形成、或者所述第一 P型區(qū)在減薄之后形成。步驟二、從所述硅片的背面進(jìn)行第三N型雜質(zhì)離子注入；所述第三N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)的第一部分。步驟三、對(duì)所述硅片進(jìn)行第三熱退火處理，所述第三熱退火的溫度高于700°C，時(shí)間大于5小時(shí)。步驟四、在所述硅片的正面完成所述半導(dǎo)體器件的正面工藝，所述正面工藝包括形成所述第一 P型區(qū)的工藝、正面金屬淀積和圖形化工藝。步驟五、從所述硅片的背面進(jìn)行第二氫雜質(zhì)離子注入；所述第二氫雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入；所述第二氫雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)的第二部分，由所述第一部分和所述第二部分組成所述第二 N型區(qū)；所述第二部分的雜質(zhì)濃度的峰值位置和所述硅片的背面表面之間的距離大于所述第一部分的雜質(zhì)濃度的最低值的位置和所述硅片的背面表面之間的距離；所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)。步驟五、對(duì)所述硅片進(jìn)行第四熱退火處理，所述第四熱退火的溫度為200°C 420°C，時(shí)間為20分鐘 200分鐘。本發(fā)明器件通過(guò)在漂移區(qū)中增加一摻雜濃度為緩慢增加的緩變區(qū)，緩變區(qū)位于硅片的背面一側(cè)且緩變區(qū)的摻雜濃度大于均勻區(qū)的摻雜濃度，高摻雜的緩變區(qū)能保證器件得到較低的導(dǎo)通電阻，使導(dǎo)通電阻的大小和現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻一致。同時(shí)，緩變區(qū)的摻雜濃度的增加速率得到了良好的控制，為一種緩變的結(jié)構(gòu)，這樣本發(fā)明器件能消除現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型半導(dǎo)體器件中存在的場(chǎng)阻斷層中的內(nèi)建電場(chǎng)較大的缺陷，從而能使器件在關(guān)斷時(shí)的電流下降速度得到有效控制，使該關(guān)斷電流不再是一種急劇下降的電流，而是一種緩慢下降的軟性電流，這樣就能提高器件的可靠性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:圖1是現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型IGBT的從P阱到P型發(fā)射極間的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖3是對(duì)應(yīng)于圖2中的器件工作在反向阻斷狀態(tài)下時(shí)電場(chǎng)分布示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5A是本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的制造方法形成的器件的漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖5B是本發(fā)明實(shí)施例二半導(dǎo)體器件的制造方法形成的器件的漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖5C是本發(fā)明實(shí)施例三半導(dǎo)體器件的制造方法形成的器件的漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖是本發(fā)明實(shí)施例四半導(dǎo)體器件的制造方法形成的器件的漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度的分布示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例五半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖4所示，是本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明實(shí)施一半導(dǎo)體器件是以反向擊穿電壓為3300V、且漂移區(qū)為N型的IGBT器件為例進(jìn)行說(shuō)明，所述硅片I的N型雜質(zhì)的摻雜濃度為第一雜質(zhì)濃度Cl = 1E13CM—3、電阻率為180歐姆.厘米。本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件包括:一形成于硅片的正面的第一 P型區(qū)7。本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的正面工藝還包括:位于所述硅片I上端的柵氧5和多晶硅電極6 ;包覆所述多晶硅電極6的層間介質(zhì)膜9 ;形成于所述第一 P型區(qū)7中的N+源8 ;接觸孔10，用于引出所述N+源8 ；P+接觸注入層11，形成于所述接觸孔10并進(jìn)入到所述第一 P型區(qū)7中，用于將所述第一 P型區(qū)7引出；正面金屬12，用于引出器件的源極。所述第一 P型區(qū)7位于截面A和截面B之間并作為IGBT器件的體區(qū)，被所述多晶硅電極6覆蓋位置處所述第一 P型區(qū)7形成溝道區(qū)；位于截面A和截面B之間并和所述第一 P型區(qū)7橫向鄰近的所述硅片I的未形成所述第一 P型區(qū)7的部分形成器件的漏端的漂移區(qū)的一部分。—形成于所述硅片I的背面的第二 P型區(qū)4，在所述第二 P型區(qū)4的背面形成有背面電極14。在本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件中，所述第二 P型區(qū)4作為器件的P型發(fā)射極。一 N型區(qū)，該N型區(qū)位于所述第一 P型區(qū)7和所述第二 P型區(qū)4之間，所述N型區(qū)為所述半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)。所述N型區(qū)包括第一 N型區(qū)Ia和第二 N型區(qū)lb，所述第一N型區(qū)Ia的雜質(zhì)濃度均勻，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度為一緩變結(jié)構(gòu)；所述第二 N型區(qū)Ib位于所述第一 N型區(qū)Ia和所述第二 P型區(qū)4之間，所述第一 N型區(qū)Ia的雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度在所述第一雜質(zhì)濃度的基礎(chǔ)上增加、且所述第
二N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度至少包括一個(gè)峰值。在所述第一 N型區(qū)Ia到所述第二 P型區(qū)4的方向上的所述第二 N型區(qū)Ib的各所述峰值區(qū)域的雜質(zhì)濃度增加的區(qū)域中，所述第二 N型區(qū)Ib中的從雜質(zhì)濃度為所述第一雜質(zhì)濃度的位置到雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度隨位置的增加速率的最大值小于IOCl/微米，Cl表示所述第一雜質(zhì)濃度的值；所述第二 N型區(qū)Ib中的從雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置到雜質(zhì)濃度為50倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度隨位置的增加速率的最大值小于300C1/微米。所述N型區(qū)的雜質(zhì)濃度的最大值為所述第一 P型區(qū)7的雜質(zhì)濃度的2個(gè)數(shù)量級(jí)以下、且為所述第二 P型區(qū)4的雜質(zhì)濃度的2個(gè)數(shù)量級(jí)以下。在所述第二 N型區(qū)Ib的各所述峰值位置之間、或者在所述第二 N型區(qū)Ib的靠近所述第二 P型區(qū)4的所述峰值位置到所述第二 P型區(qū)4之間，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度保持為各所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度、或者從各所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度逐漸降低到所述第一雜質(zhì)濃度。本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的制造方法器件結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖4，本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、首先提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度Cl = 1E13CM3、電阻率為180歐姆.厘米的N型硅片1，所述硅片I的厚度700微米以上。在所述硅片I的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片I進(jìn)行減薄到需要的厚度500微米 550微米。第一 P型區(qū)7的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)7在減薄之前形成、或者所述第一P型區(qū)7在減薄之后形成。本發(fā)明實(shí)施例一中的正面工藝都放置到所述硅片I減薄之后，且是放置到后續(xù)步驟三的第一熱處理之后。減薄工藝包括步驟:在所述硅片I的正面即截面A上成長(zhǎng)5000埃 20000埃的氧化膜，將所述硅片I的正面保護(hù)好；從背面對(duì)所述硅片I進(jìn)行減薄；將所述硅片I的背面進(jìn)行拋光處理，將背面的缺陷或劃痕除去；進(jìn)行所述硅片I的背面工藝的前處理，如利用DHF即稀釋的HF等將所述硅片I背面的自然氧化膜除去掉。步驟二、從所述硅片I的背面進(jìn)行第一N型雜質(zhì)離子注入；所述第一N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)lb，所述第二 N型區(qū)Ib到所述第一 P型區(qū)7之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)Ia ;所述第一 N型區(qū)Ia和所述第二 N型區(qū)Ib組成所述N型區(qū)。第一 N型雜質(zhì)離子注入采用一次注入、或采用不同能量的多次注入，注入能量范圍為5KEV 5M EV,注入劑量為EllCif2 E13CM'步驟三、對(duì)所述硅片I進(jìn)行第一熱退火處理，所述第一熱退火的溫度為800°C 1250°C，時(shí)間為60分鐘 1200分鐘。較佳為，所述第一熱退火處理的溫度為1100攝氏度 1250攝氏度，退火時(shí)間為10小時(shí) 20小時(shí)，所述第一熱退火處理后形成的所述第二 N型區(qū)Ib的厚度范圍為大于20微米。如圖5A所示，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度包括一個(gè)峰值，所述第二 N型區(qū)Ib的峰值到所述第二 P型區(qū)4之間，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度保持為所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度。在所述第一 N型區(qū)Ia到所述第二 P型區(qū)4的方向上的所述第二 N型區(qū)Ib的所述峰值區(qū)域的雜質(zhì)濃度增加的區(qū)域中，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度的變化為:所述第二N型區(qū)Ib中的從雜質(zhì)濃度為所述第一雜質(zhì)濃度的位置b0到雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置bl之間位置差大于5微米。所述第二 N型區(qū)Ib中的從雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置b I到雜質(zhì)濃度為50倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的位置差大于5微米。步驟四、所述第一熱退火處理工藝完成之后，接著形成本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的正面工藝，由于本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件為一 IGBT器件，故其正面工藝能利用類似于VDMOS的已熟知的工藝流程完成，如圖4所示，包括:位于所述硅片I上端的柵氧5和多晶硅電極6的形成，P阱7即所述第一 P型區(qū)7、N+源8的形成，包覆所述多晶硅電極6的層間介質(zhì)膜9、接觸孔10的形成，P+接觸注入層11的形成；正面金屬淀積，采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述正面金屬進(jìn)行圖形化，形成源金屬電極12和所述多晶硅電極6的金屬電極(未圖示)O步驟五、上述正面工藝完成之后，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的背面工藝，包括:在所述硅片I的背面形成第二 P型區(qū)4，在所述第二 P型區(qū)4的背面形成有背面電極14。本發(fā)明實(shí)施例二半導(dǎo)體器件的制造方法器件結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖4，本發(fā)明實(shí)施例二半導(dǎo)體器件的制造方法采用如下步驟形成所述N型區(qū):步驟一、首先提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度Cl = 1E13C3、電阻率為180歐姆.厘米的N型硅片1，所述硅片I的厚度700微米以上。接著形成本發(fā)明實(shí)施例二半導(dǎo)體器件的正面工藝，本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件為二 IGBT器件，故其正面工藝能利用類似于VDMOS的已熟知的工藝流程完成，如圖4所示，包括:位于所述硅片I上端的柵氧5和多晶硅電極6的形成，P阱7即所述第一 P型區(qū)7、N+源8的形成，包覆所述多晶硅電極6的層間介質(zhì)膜9、接觸孔10的形成，P+接觸注入層11的形成；正面金屬淀積，采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述正面金屬進(jìn)行圖形化，形成源金屬電極12和所述多晶硅電極6的金屬電極(未圖示)。
步驟二、將形成了正面工藝之后的所述硅片I的正面保護(hù)好，從背面對(duì)所述硅片I進(jìn)行減薄到需要的厚度500微米 550微米。步驟三、從所述硅片I的背面進(jìn)行第一氫雜質(zhì)離子注入；所述第一氫雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入，注入能量范圍為3MEV 5MEV ;—個(gè)較佳的實(shí)施方式包括三次注入，三次注入的注入能量分別為:4MEV、4.2MEV和4.5MEV，三次注入的注入劑量分別為
1.5E11CM_2、1.2E11CM—2和IEl 1CM—2。所述第一氫雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)lb，所述第二 N型區(qū)Ib到所述第一 P型區(qū)7之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)Ia ;所述第一 N型區(qū)Ia和所述第二 N型區(qū)Ib組成所述N型區(qū)。步驟四、對(duì)所述硅片I進(jìn)行第二熱退火處理，所述第二熱退火的溫度為200°C 420°C，時(shí)間為20分鐘 200分鐘。所述第二熱退火處理后形成的所述第二 N型區(qū)Ib的摻雜濃度的緩變曲線如圖5B所示。如圖5B所示，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度包括一個(gè)峰值，所述第二 N型區(qū)Ib的峰值到所述第二 P型區(qū)4之間，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度從所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度逐漸降低到所述第一雜質(zhì)濃度。步驟五、上述工藝完成之后，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的背面工藝，包括:在所述硅片I的背面形成第二 P型區(qū)4，在所述第二 P型區(qū)4的背面形成有背面電極14。本發(fā)明實(shí)施例三半導(dǎo)體器件的制造方法器件結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖4，本發(fā)明實(shí)施例三半導(dǎo)體器件的制造方法和本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的制造方法的區(qū)別在于，本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的制造方法中的步驟二的所述第一 N型雜質(zhì)離子注入加上步驟三的所述第一熱退火形成所述第二N型區(qū)Ib的工藝在本發(fā)明實(shí)施例三方法中替換為:從所述硅片I的背面進(jìn)行N型外延層生長(zhǎng)形成所述第二 N型區(qū)lb，所述第二 N型區(qū)Ib到所述第一 P型區(qū)7之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)Ia;所述第一 N型區(qū)Ia和所述第二 N型區(qū)Ib組成所述N型區(qū)。N型外延層生長(zhǎng)時(shí)的摻雜濃度也是緩變的，最后形成所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度的變化為請(qǐng)參考圖5C所示。如圖5C所示，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度從第一雜質(zhì)濃度處線性增加，一直增加到和所述第二 P型區(qū)4相接觸的位置處，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度的峰值位置位于和所述第二 P型區(qū)4相接觸的位置處。本發(fā)明實(shí)施例四半導(dǎo)體器件的制造方法器件結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖4，本發(fā)明實(shí)施例四半導(dǎo)體器件的制造方法和本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件的制造方法的區(qū)別為，本發(fā)明實(shí)施例四方法的步驟一至步驟四采用本發(fā)明實(shí)施例一方法的步驟一至步驟四，步驟二和步驟三形成所述第二 N型區(qū)Ib的第一部分；在步驟四的正面工藝之后，本發(fā)明實(shí)施例四方法還包括如下步驟:步驟五、從所述硅片I的背面進(jìn)行第二氫雜質(zhì)離子注入；所述第二氫雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入，注入能量范圍為3MEV 5MEV ;—個(gè)較佳的實(shí)施方式包括三次注入，三次注入的注入能量分別為:4MEV、4.2MEV和4.5MEV，三次注入的注入劑量分別為1.5E11CM_2、1.2E11CM—2和1E11CM—2。所述第二氫雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)Ib的第二部分，由所述第一部分和所述第二部分組成所述第二 N型區(qū)Ib ;所述第二部分的雜質(zhì)濃度的峰值位置和所述硅片I的背面表面之間的距離大于所述第一部分的雜質(zhì)濃度的最低值的位置和所述硅片I的背面表面之間的距離。所述第二 N型區(qū)Ib到所述第一 P型區(qū)7之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)Ia ;所述第一 N型區(qū)Ia和所述第二 N型區(qū)Ib組成所述N型區(qū)。
步驟六、對(duì)所述硅片I進(jìn)行第四熱退火處理，所述第四熱退火的溫度為200°C 420°C，時(shí)間為20分鐘 200分鐘。所述第四熱退火處理使所述第二 N型區(qū)Ib的第二部分進(jìn)行激活和擴(kuò)散。如圖所示，為包括有所述第一部分和所述第二部分的所述第二N型區(qū)Ib的摻雜濃度的緩變曲線，可以看出漂移區(qū)中存在兩個(gè)雜質(zhì)濃度的緩變區(qū)。所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度包括兩個(gè)峰值，所述第二 N型區(qū)Ib的兩個(gè)峰值之間的雜質(zhì)濃度從各峰值處逐漸降低到第一雜質(zhì)濃度；在所述第二 N型區(qū)Ib的靠近所述第二 P型區(qū)4的第二個(gè)所述峰值位置到所述第二 P型區(qū)4之間，所述第二 N型區(qū)Ib的雜質(zhì)濃度保持為第二個(gè)所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度。步驟七、上述工藝完成之后，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的背面工藝，包括:在所述硅片I的背面形成第二 P型區(qū)4，在所述第二 P型區(qū)4的背面形成有背面電極14。以上各實(shí)施例只是IGBT器件為例進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)改變正面工藝，本發(fā)明方法也同樣適用于利用P/N薄層來(lái)承受反向電壓的其他器件，至少包括IGBT、二極管、MOSFET等器件之中。如圖6所示，是本發(fā)明實(shí)施例五半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例五半導(dǎo)體器件的硅襯底I中就采用了一和圖4相同的緩變漂移區(qū)，即第一 N型區(qū)Ia和第二 N型區(qū)lb。所述硅襯底I背面的和所述第二 N型區(qū)Ib的為一 N+區(qū)15，N+區(qū)通過(guò)背面電極14引出。所述硅襯底I正面的和所述第一 N型區(qū)Ia的為第一 P型區(qū)7。以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，半導(dǎo)體器件包括: 一形成于硅片的正面的第一 P型區(qū)； 一形成于所述硅片的背面的第二 P型區(qū)，在所述第二 P型區(qū)的背面形成有背面電極； 一N型區(qū)，該N型區(qū)位于所述第一 P型區(qū)和所述第二 P型區(qū)之間，所述N型區(qū)為所述半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)；所述N型區(qū)包括第一 N型區(qū)和第二 N型區(qū)，所述第一 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度均勻，所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度為一緩變結(jié)構(gòu)；所述第二 N型區(qū)位于所述第一 N型區(qū)和所述第二 P型區(qū)之間，所述第一 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度，所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度在所述第一雜質(zhì)濃度的基礎(chǔ)上增加、且所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度至少包括一個(gè)峰值；在所述第一 N型區(qū)到所述第二 P型區(qū)的方向上的所述第二 N型區(qū)的各所述峰值區(qū)域的雜質(zhì)濃度增加的區(qū)域中，從雜質(zhì)濃度為所述第一雜質(zhì)濃度的位置到雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的所述第二N型區(qū)的雜質(zhì)濃度隨位置的增加速率的最大值小于IOCl/微米，Cl表示所述第一雜質(zhì)濃度的值；所述第二 N型區(qū)中的從雜質(zhì)濃度為10倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置到雜質(zhì)濃度為50倍的所述第一雜質(zhì)濃度的位置之間的所述第二N型區(qū)的雜質(zhì)濃度隨位置的增加速率的最大值小于300C1/微米。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于:所述N型區(qū)的雜質(zhì)濃度的最大值為所述第一 P型區(qū)的雜質(zhì)濃度的2個(gè)數(shù)量級(jí)以下、且為所述第二 P型區(qū)的雜質(zhì)濃度的2個(gè)數(shù)量級(jí)以下。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于:在所述第二N型區(qū)的各所述峰值位置之間、或者在所述第二 N型區(qū)的靠近所述第二 P型區(qū)的所述峰值位置到所述第二 P型區(qū)之間，所述第二 N型區(qū)的雜質(zhì)濃度保持為各所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度、或者從各所述峰值位置處的雜質(zhì)濃度逐漸降低到所述第一雜質(zhì)濃度。
4.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，采用如下步驟形成所述N型區(qū): 步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄；所述第一 P型區(qū)的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)在減薄之前形成、或者所述第一 P型區(qū)在減薄之后形成； 步驟二、從所述硅片的背面進(jìn)行第一 N型雜質(zhì)離子注入；所述第一 N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)，所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)； 步驟三、對(duì)所述硅片進(jìn)行第一熱退火處理，所述第一熱退火的溫度為800°C 1250°C，時(shí)間為60分鐘 1200分鐘。
5.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，采用如下步驟形成所述N型區(qū): 步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成所述半導(dǎo)體器件的正面工藝，所述正面工藝包括形成所述第一 P型區(qū)的工藝、正面金屬淀積和圖形化工藝； 步驟二、從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄； 步驟三、從所述硅片的背面進(jìn)行第二N型雜質(zhì)離子注入；所述第二 N型雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入；所述第二 N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)，所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)； 步驟四、從所述硅片的背面對(duì)所述硅片進(jìn)行激光退火處理，激光退火時(shí)所述硅片被處理區(qū)域的溫度高于800°C。
6.一種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，采用如下步驟形成所述N型區(qū): 步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成所述半導(dǎo)體器件的正面工藝，所述正面工藝包括形成所述第一 P型區(qū)的工藝、正面金屬淀積和圖形化工藝； 步驟二、從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄； 步驟三、從所述硅片的背面進(jìn)行第一氫雜質(zhì)離子注入；所述第一氫雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入；所述第一氫雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二N型區(qū)，所述第二N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)； 步驟四、對(duì)所述硅片進(jìn) 行第二熱退火處理，所述第二熱退火的溫度為200°C 420°C，時(shí)間為20分鐘 200分鐘。
7.—種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，采用如下步驟形成所述N型區(qū): 步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄；所述第一 P型區(qū)的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)在減薄之前形成、或者所述第一 P型區(qū)在減薄之后形成； 步驟二、從所述硅片的背面進(jìn)行N型外延層生長(zhǎng)形成所述第二 N型區(qū)，所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一 N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)。
8.—種如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，采用如下步驟形成所述N型區(qū): 步驟一、提供一雜質(zhì)濃度為第一雜質(zhì)濃度的N型摻雜的硅片，在所述硅片的正面完成正面金屬淀積之前，從背面對(duì)所述硅片進(jìn)行減薄；所述第一 P型區(qū)的形成工藝屬于正面工藝，所述第一 P型區(qū)在減薄之前形成、或者所述第一 P型區(qū)在減薄之后形成； 步驟二、從所述硅片的背面進(jìn)行第三N型雜質(zhì)離子注入；所述第三N型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)的第一部分； 步驟三、對(duì)所述硅片進(jìn)行第三熱退火處理，所述第三熱退火的溫度高于700°C，時(shí)間大于5小時(shí)； 步驟四、在所述硅片的正面完成所述半導(dǎo)體器件的正面工藝，所述正面工藝包括形成所述第一 P型區(qū)的工藝、正面金屬淀積和圖形化工藝； 步驟五、從所述硅片的背面進(jìn)行第二氫雜質(zhì)離子注入；所述第二氫雜質(zhì)離子注入包括多次不同能量的注入；所述第二氫雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成所述第二 N型區(qū)的第二部分，由所述第一部分和所述第二部分組成所述第二 N型區(qū)；所述第二部分的雜質(zhì)濃度的峰值位置和所述硅片的背面表面之間的距離大于所述第一部分的雜質(zhì)濃度的最低值的位置和所述硅片的背面表面之間的距離；所述第二 N型區(qū)到所述第一 P型區(qū)之間的區(qū)域形成所述第一N型區(qū)；所述第一 N型區(qū)和所述第二 N型區(qū)組成所述N型區(qū)； 步驟五、對(duì)所述硅片進(jìn)行第四熱退火處理，所述第四熱退火的溫度為200°C 420°C，時(shí)間為20分鐘 200 分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件，器件的漂移區(qū)中包括一摻雜濃度為緩慢增加的緩變區(qū)，緩變區(qū)位于硅片的背面一側(cè)且緩變區(qū)的摻雜濃度大于均勻區(qū)的摻雜濃度。較高摻雜的緩變區(qū)能保證器件得到較低的導(dǎo)通電阻，同時(shí)，緩變區(qū)的摻雜濃度的增加速率得到了良好的控制，能消除現(xiàn)有場(chǎng)阻斷型半導(dǎo)體器件中存在的場(chǎng)阻斷層中的內(nèi)建電場(chǎng)較大的缺陷，從而能使器件在關(guān)斷時(shí)的電流下降速度得到有效控制，能提高器件的可靠性。本發(fā)明還公開了一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
文檔編號(hào)H01L29/06GK103199107SQ20121000410
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者肖勝安, 錢文生, 朱東園 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司