半导体器件及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种半导体器件；本发明还涉及一种半导体器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]在半导体高压器件中，不论是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、快速恢复二极管(FRD)，还是M0SFET，在器件的栅极加正偏电压时器件导通，此时都希望导通状态下的功耗最小，也即希望器件的导通状态压降即通态压降小，利用更薄的硅片能直接降低器件的通态压降，但器件厚度的下降会降低器件在反向击穿情况下的耐压能力，两者是一对矛盾。为了解决上述矛盾，场阻断层被引用到半导体高压器件中，形成半导体器件；以漂移区为N型掺杂的IGBT即N型IGBT为例，如图1所示，为一种现有场阻断型IGBT的结构示意图，图1中仅示意出了现有场阻断型IGBT的单元结构所形成的区域即电荷流动区，现有场阻断型IGBT和没有场阻断层的IGBT的区别是，在N型硅片I和P型发射极4间包括一 N型的场阻断层3，所述场阻断层3的载流子浓度大于所述硅片I的载流子浓度，在P阱7和所述场阻断层3之间的所述硅片I组成器件的N型漂移区。现有场阻断型IGBT的其它结构和其它非场阻断型的IGBT的结构相同，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，栅氧5、多晶硅栅6，所述多晶硅6覆盖部分所述P阱7、并在覆盖处形成沟道区，沟道区连接所述N+源8和所述硅片I ;P+接触注入11，和所述P阱7连接并用于引出所述P阱7，接触孔10，以及表面金属12和背面金属14。如图1所示，其中截面A到截面B之间的区域为所述P阱7的形成区域，截面A到截面B之间也包括部分由所述硅片I的N型掺杂区形成的漂移区，截面B到截面C之间的区域为另一部分由所述硅片I的N型掺杂区形成的漂移区。截面C到截面D之间的区域为所述场阻断层3。截面D到截面E之间的区域为P型发射极4。
[0003]如图2所示，为现有场阻断型IGBT的从所述P阱7到所述P型发射极4间的杂质浓度的分布示意图；图3对应于图2中的器件工作在反向阻断状态下时电场分布示意图。由图2可知，截面C到截面D之间的场阻断层的杂质浓度大于截面B到截面C之间的N型漂移区的杂质浓度，图2中的P对应的区域的杂质为P型杂质。由图3可知，器件工作时电场穿透过所述N型漂移区时为一个梯形结构，该梯形的面积即为所述N型漂移区的耐压能力；如果没有所述场阻断层3，器件工作时电场穿透过所述N型漂移区时会呈一个三角形结构，这时的耐压能力为三角形BHD所对应的面积；显然有场阻断层时器件的耐压能力会得到提闻。
[0004]现有场阻断型半导体器件制作方法是在器件正面工艺完成后在背面进行N型杂质如磷或砷的离子注入，之后通过退火来激活，该退火包括普通的高温热退火和激光退火。由于退火之前器件正面已形成有AL等金属材料，在采用普通的热退火技术时退火温度一般不能高于500摄氏度，注入的场阻断层离子被激活的效率不高，同时还不能达到扩散的效果。而采用激光退火能大大提高效率，激光退火所能达到的深度有限，而且工艺成本高，因此也不可能进行长时间的激活，也没有能使杂质进行有效的扩散，这样得到的场阻断层的离子分布都是比较剧变的。这种载流子浓度的剧变，在器件由导通状态变化成关断状态的过程中，由于在场阻断层中的内建电场较大，加速了通态时在漂移区中的电子流经N型场阻断层的速度，造成电流的急剧下降从而使开关的柔软性下降，在感性负载下易于产生一个高的峰值电压使器件失效；另一方面，在短时间中在背面P+N阻断层即P型发射极4和场阻断层3的PN结中易于造成局部的电子和空穴的较大差异，在该结附近形成一个很高的电场，也易于使器件失效。
[0005]现有场阻断型IGBT的电荷流动区周围还包括围绕所述终端区和接界区，所述终端区用于对所述电荷流动区的单元结构进行保护，接界区为所述电荷流动区和所述终端区之间的过渡区，现有场阻断型IGBT中所述电荷流动区、所述终端区和所述接界区的漂移区是连通的且都是由所述硅片I本体组成，从所述P型发射极4进入到所述终端区和所述接界区的漂移区中的空穴也参与导电，在现有场阻断型IGBT关断时，进入到所述终端区和所述接界区的漂移区中的空穴将从接界区的接触孔集中抽出，使该区域的电流密度高于器件中间电荷流动区的电流密度，从而使器件的失效发生在该区域。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体器件，在具有较低的导通电阻的同时，能使器件在关断时的电流下降速度得到有效控制，能降低器件终端区的空穴发射效率，减少器件接界区的电流密度，从而能提高器件的可靠性。本发明还提供一种半导体器件的制造方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供的半导体器件包括:
[0008]具有第一杂质浓度且为N型掺杂的硅片。
[0009]形成于所述硅片的正面的第一 P型区。
[0010]形成于所述硅片的背面的第二 P型区，在所述第二 P型区的背面形成有背面电极。
[0011]由位于所述第一 P型区和所述第二 P型区之间的N型掺杂的所述硅片组成所述半导体器件的漂移区。
[0012]在所述漂移区的靠近所述第二 P型区的位置处形成有一个以上缓变漂移区，所述缓变漂移区的掺杂杂质由所述硅片本身所带有的N型掺杂加上从所述硅片背面注入的N型离子注入杂质组成，所述缓变漂移区的N型杂质浓度包括一第一峰值，所述第一峰值小于所述第二 P型区的P型掺杂浓度值。
[0013]从所述硅片的正面到背面的方向上，所述缓变漂移区的杂质浓度包括从所述第一杂质浓度缓慢上升到所述第一峰值的缓慢上升区域、从所述第一峰值下降到大于等于所述第一杂质浓度的下降区域；所述缓慢上升区域的宽度大于等于I微米，且所述缓慢上升区域的N型杂质浓度的上升速率变化控制在2个数量级每微米以内；所述下降区域和所述第二 P型区直接接触或者相隔一段距离。
[0014]在所述半导体器件工作在关断状态时，位于所述第一 P型区和所述缓慢上升区域之间的所述漂移区部分用于承受电压，所述缓变漂移区用于对承受电压部分的所述漂移区的电场强度进行阻断；在所述半导体器件由导通状态切换为关断状态时，所述缓变漂移区的所述缓慢上升区域用于实现电流下降速度的控制。
[0015]进一步的改进是，在所述漂移区中的所述缓变漂移区和所述第二 P型区之间形成有N型掺杂的场阻断层，所述场阻断层的掺杂浓度包括一第二峰值，所述第二峰值小于所述第二 P型区的P型掺杂浓度值、且所述第二峰值大于所述第一杂质浓度，从所述硅片的正面到背面的方向上，所述场阻断层的一侧接触所述缓变漂移区的所述下降区域、所述场阻断层的另一侧接触所述第二 P型区。
[0016]所述场阻断层用于在所述半导体器件导通时降低由所述第二 P型区发射空穴到所述漂移区中的发射效率。所述场阻断层还能在所述半导体器件由导通状态切换为关断状态时进一步提高器件的抗电压过冲能力，即在工作电压没有过冲时，器件关断时所述漂移区中的电场是在所述缓变漂移区中关断到O ;当工作电压过冲时，器件关断时所述漂移区中的电场不能在所述缓变漂移区中完全关断到0，这时所述场阻断层能够进一步对剩余的电场进行关断直至电场为0，所以所述场阻断层还能进一步提高器件的抗电压过冲能力。
[0017]进一步的改进是，在俯视面上，所述半导体器件包括电荷流动区、接界区和终端区，在所述半导体器件的单元结构形成于所述电荷流动区中，所述终端区围绕在所述电荷流动区的周侧并用于对所述电荷流动区中的单元结构进行保护，所述接界区位于所述电荷流动区和所述终端区之间并用于实现所述电荷流动区和所述终端区的过渡连接。
[0018]在所述电荷流动区、所述接界区和所述终端区中都形成有掺杂浓度相同的所述场阻断层。
[0019]或者，在所述接界区和所述终端区中都形成有掺杂浓度相同的所述场阻断层，在所述电荷流动区没有形成所述场阻断层。
[0020]或者，在所述电荷流动区形成场阻断层一，在所述接界区和所述终端区中都形成有掺杂浓度相同的场阻断层二，由所述场阻断层一和所述场阻断层二连接形成所述场阻断层，所述场阻断层一的掺杂浓度小于所述场阻断层二的掺杂浓度，所述场阻断层一的掺杂浓度峰值小于所述场阻断层二的掺杂浓度峰值。
[0021]进一步的改进是，所述半导体器件为IGBT器件，所述IGBT器件的单元结构包括:
[0022]栅极结构，所述栅极结构包括栅沟槽，所述栅沟槽穿过所述第一 P型区并进入到所述漂移区中，在所述栅沟槽的侧面和底面都形成有氧化层，由形成于所述栅沟槽的侧面的所述氧化层组成栅氧化层，由填充于所述栅沟槽中的多晶硅层组成多晶硅栅。
[0023]源区，由形成于所述第一 P型区表面的N+掺杂区组成，所述栅极结构从侧面覆盖所述源区和所述第一 P型区，且被所述栅极结构的侧面所覆盖的所述第一 P型区的表面用于形成沟道连接所述源区和所述漂移区。
[0024]P+掺杂区，形成于所述第一 P型区部分区域表面并用于引出所述第一 P型区，所述P+掺杂区和所述源区都通过同一接触孔和源极金属相连。
[0025]所述背面电极作为所述IGBT器件的单元结构的漏极。
[0026]在所述终端区中形成有间隔排列的多个P型保护环注入区，各所述P型保护环注入区形成于所述硅片中、各所述P型保护环注入区之间为N型掺杂的所述硅片，所述终端区中的各所述P型保护环注入区分别通过接触孔和正面金属层连接；在所述终端区的最外侧的所述硅片中形成有N+截止区，该N+截止区通过接触孔和正面金属层连接。
[0027]在所述接界区中形成一个所述P型保护环注入区，所述接界区的所述P型保护环注入区的一侧和最外侧的所述栅极结构的侧面接触、另一侧和所述终端区中的最内侧的所述P型保护环注入区相隔一段距离；所述接界区的所述P型保护环注入区部分区域中形成有一个所述P+掺杂区，该P+掺杂区通过接触孔连接到所述源极金属层；在靠近所述接界区一侧，所述接界区的所述P型保护环注入区直接通过接触孔和正面金属层连接。
[0028]为解决上述技术问题，本发明提供的制造半导体器件的方法包括如下步骤:
[0029]步骤一、提供一杂质浓度为第一杂质浓度的N型掺杂的所述硅片，在所述硅片的正面完成所述半导体器件的正面工艺，形成于所述硅片的正面的所述第一 P型区在所述正面工艺中形成。
[0030]步骤二、将所述硅片的正面保护好，之后对所述硅片进行减薄。
[0031]步骤三、从所述硅片的背面进行全面的第一次磷离子注入形成所述缓变漂移区；所述第一次磷离子注入的注入能量大于700KEV，注入剂量为lel2cm_2?lel4cm_2。
[0032]步骤四、从所述硅片的背面进行P型离子注入形成所述第二 P型区。
[0033]步骤五、对所述硅片背面进行激光退火处理，所述激光退火对所述缓变漂移区和所述第二 P型区进行激活。
[0034]步骤六、在所述硅片背面淀积背面金属形成所述背面电极。
[0035]为解决上述技术问题，本发明提供的制造半导体器件的方法包括如下步骤:
[0036]步骤一、提供一杂质浓度为第一杂质浓度的N型掺杂的所述硅片，在所述硅片的正面完成所述半导体器件的正面工艺，形成于所述硅片的正面的所述第一 P型区在所述正面工艺中形成。
[0037]步骤二、将所述硅片的正面保护好，之后对所述硅片进行减薄。
[0038]步骤三、从所述硅片的背面进行全面的第一次磷离子注入形成所述缓变漂移区；所述第一次磷离子注入的注入能量大于700KEV，注入剂量为lel2cm_2?lel4cm_2。
[0039]步骤四、从所述硅片的背面进行全面的第二次磷离子注入形成所述场阻断层；所述第二次磷离子注入的注入能量为100KEV?500KEV。
[0040]步骤五、从所述硅片的背面进行P型离子注入形成所述第二 P型区。
[0041]步骤六、对所述硅片