【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體功率器件領域，特別是涉及一種場截止型(field?stop，fs)絕緣柵雙極型晶體管(insulated?gate?bipolar?transistor，igbt)器件；本專利技術還涉及一種fs-igbt器件及其制造方法。
技術介紹
1、igbt器件是由金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)與雙極型三極管(bjt)復合而成的一種電壓驅動型器件。mosfet輸入阻抗高、開關速度快，但載流子密度低，導通電阻高；bjt電流密度大、導通壓降低，但驅動電流大；igbt綜合了兩者的優點，既具有驅動損耗低、開關速度快的特點，也具有導通壓降低的優勢，因此廣泛應用于家電、光伏、工業控制、新能源汽車、軌道交通等中高壓領域。
2、fs-igbt器件具有場阻層即場截止層和透明陽極結構，場阻層可以適當減小漂移區的厚度，加快器件的開關速度，同時降低導通損耗；透明陽極結構調控了集電區的注入效率，使igbt器件的導通損耗和開關速度獲得了良好的折中。
3、fs-igbt器件的集電區側具有pn結二極管結構。在器件導通時，器件正面的溝道開啟，電子從發射區注入到漂移區；同時集電區側的pn結開啟，大量空穴從集電區注入到漂移區，于是在漂移區積累了大量的載流子，形成電導調制效應。這極大減小了igbt的導通電阻，并進而降低其導通損耗。
4、現有技術中，在si基器件中，igbt器件形成于硅襯底上，由于si的禁帶寬度約為1.12ev，硅基的pn結二極管的開啟電壓為0.7v，幾乎達到現有igbt導通壓降的一半。這意味著5
5、如圖1所示，是現有fs-igbt器件的結構示意圖；現有fs-igbt器件通常采用n型器件，以n型器件為例，現有fs-igbt器件包括：
6、漂移區103，由形成于硅襯底表面的n型輕摻雜區組成。
7、p型摻雜的阱區105，形成于所述漂移區103表面。
8、柵極結構，包括依次疊加的柵氧化層104和多晶硅柵106。圖1中，所述柵極結構為溝槽柵，所述柵氧化層104形成于柵極溝槽的內側表面，所述多晶硅柵106填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過所述阱區105，被所述柵極結構側面覆蓋的所述阱區105表面作為所述溝道區。所述柵極結構也能采用平面柵。
9、n型重摻雜的發射區107，形成于所述阱區105的表面且和所述柵極結構自對準。
10、在所述漂移區103的背面形成有n型摻雜的場截止層102，場截止層102通常采用背面注入形成，所述場截止層102的摻雜濃度大于所述漂移區103的摻雜濃度。
11、在場截止層102的背面形成有p型重摻雜的集電區101。
12、所述集電區101的頂部表面和所述場截止層102的底部表面相接觸并形成背面pn結。
13、背面pn結的開啟電壓主要由硅材料的禁帶寬度決定，硅的禁帶寬度約為1.12ev，所述背面pn結的開啟電壓約為0.7v。
14、正面金屬層109圖形化后形成柵極和發射極。圖1中僅顯示了發射極，由所述正面金屬層109組成的柵極并不在圖1的剖面中，故未顯示。所述柵極會和底部的所述多晶硅柵106連接，所述發射極則會和底部的所述發射區107連接。在所述阱區105的表面還形成有阱接觸區108，所述阱接觸區108為第二導電類型重摻雜，所述發射極也和所述阱接觸區108連接。
15、在所述集電區101的背面形成有由背面金屬層110組成的集電極。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種fs-igbt器件，能對集電區的材料進行改進，從而降低背面pn結的開啟電壓，并進而降低整個器件的導通壓降以及導通損耗。為此，本專利技術還提供一種fs-igbt器件的制造方法。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供的fs-igbt器件包括：
3、漂移區，由形成于半導體襯底表面的第一導電類型輕摻雜區組成。
4、第二導電類型摻雜的阱區，形成于所述漂移區表面。
5、柵極結構，包括依次疊加的柵介質層和柵極導電材料層。
6、第一導電類型重摻雜的發射區，形成于所述阱區的表面且和所述柵極結構自對準；位于所述發射區和所述漂移區之間的所述阱區表面作為溝道區且被所述柵極結構所覆蓋。
7、形成在所述漂移區的背面的第一導電類型摻雜的第一外延層，所述漂移區的背面的所述半導體襯底被減薄去除，所述第一外延層的頂部表面和所述漂移區的底部表面直接接觸，所述第一外延層的材料和所述半導體襯底的材料相同，所述第一外延層的摻雜濃度大于所述漂移區的摻雜濃度。
8、形成于所述第一外延層的背面的第二半導體材料層，所述第二半導體材料層的禁帶寬度低于所述半導體襯底的禁帶寬度。
9、第二導電類型重摻雜的集電區，所述集電區的頂部表面和所述第二半導體材料層的頂部表面相平或者位于所述第二半導體材料層的頂部表面之下；由所述集電區的頂部表面之上的所述第一外延層或者所述第一外延層加所述第二半導體材料層組成場截止層，所述場截止層的摻雜雜質由所述第一外延層的第一導電類型摻雜的雜質擴散形成。
10、所述集電區的頂部表面和所述場截止層的底部表面相接觸并形成背面pn結，所述背面pn結的界面位于所述第二半導體材料層內部或者所述背面pn結的內建空間電荷區的部分或全部位于所述第二半導體材料層內部，所述背面pn結的開啟電壓由所述第二半導體材料層確定并利用所述第二半導體材料層的禁帶寬度更低的特點來降低所述背面pn結的開啟電壓。
11、進一步的改進是，所述半導體襯底的材料包括si。
12、進一步的改進是，所述第二半導體材料層的材料包括ge，gesi。
13、進一步的改進是，所述第二半導體材料層采用形成于所述半導體襯底背面的沉積層。
14、或者，當所述半導體襯底的材料為si以及所述第二半導體材料層的材料為gesi時，所述第二半導體材料層采用通過背面ge注入到si中形成的gesi層。
15、進一步的改進是，所述第二半導體材料層經歷過退火處理，所述場截止層和所述集電區經歷過背面激光退火處理。
16、所述第二半導體材料層的退火采用爐管退火或者所述背面激光退火。
17、進一步的改進是，所述集電區的摻雜雜質為第二導電類型重摻雜的背面注入雜質或者所述第二半導體材料層在位摻雜雜質；
18、所述集電區的底部表面和所述第二半導體材料層的底部表面相平；
19、所述集電區的結深小于0.5μm；
20、所述第二半導體材料層的厚度大于所述集電區的結深且所述第二半導體材料層的厚度為0.3μm～1μm。
21、進一步的改進是，所述柵極結構為溝槽柵，所述柵介質層形成于柵極溝槽的內側表面，所述柵極本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種FS-IGBT器件，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述半導體襯底的材料包括Si。
3.如權利要求2所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述第二半導體材料層的材料包括Ge，GeSi。
4.如權利要求3所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述第二半導體材料層采用形成于所述半導體襯底背面的沉積層；
5.如權利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述背面PN結的開啟電壓由所述第二半導體材料層確定并利用所述第二半導體材料層的禁帶寬度更低的特點來降低所述背面PN結的開啟電壓。
6.如權利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述集電區的摻雜雜質為第二導電類型重摻雜的背面注入雜質或者所述第二半導體材料層在位摻雜雜質；
7.如權利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述柵極結構為溝槽柵，所述柵介質層形成于柵極溝槽的內側表面，所述柵極導電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過所述阱區，被所述柵極結構側面覆蓋的所述阱區表面作為所述溝道區；p>
8.如權利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述第一外延層的厚度為5μm～15μm，摻雜濃度為1E15cm-3～1E17cm-3。
9.一種FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.如權利要求9所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述半導體襯底的材料包括Si。
11.如權利要求10所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述第二半導體材料層的材料包括Ge，GeSi。
12.如權利要求11所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：步驟三中，采用沉積工藝在減薄后的所述半導體襯底的背面形成所述第二半導體材料層；
13.如權利要求12所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述第二半導體材料層經歷過退火處理，所述場截止層和所述集電區經歷過背面激光退火處理；
14.如權利要求13所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：當所述第二半導體材料層的退火中包括所述爐管退火時，所述第二半導體材料層的爐管退火放置在步驟三之后以及步驟四和步驟五之前進行；
15.如權利要求11所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：步驟五中，采用第二導電類型重摻雜的背面離子注入形成所述集電區；
16.如權利要求9所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述柵極結構為溝槽柵，所述柵介質層形成于柵極溝槽的內側表面，所述柵極導電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過所述阱區，被所述柵極結構側面覆蓋的所述阱區表面作為所述溝道區；
17.如權利要求9所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述第一外延層的厚度為5μm～15μm，摻雜濃度為1E15cm-3～1E17cm-3。
...【技術特征摘要】
1.一種fs-igbt器件，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述半導體襯底的材料包括si。
3.如權利要求2所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述第二半導體材料層的材料包括ge，gesi。
4.如權利要求3所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述第二半導體材料層采用形成于所述半導體襯底背面的沉積層；
5.如權利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述背面pn結的開啟電壓由所述第二半導體材料層確定并利用所述第二半導體材料層的禁帶寬度更低的特點來降低所述背面pn結的開啟電壓。
6.如權利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述集電區的摻雜雜質為第二導電類型重摻雜的背面注入雜質或者所述第二半導體材料層在位摻雜雜質；
7.如權利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述柵極結構為溝槽柵，所述柵介質層形成于柵極溝槽的內側表面，所述柵極導電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過所述阱區，被所述柵極結構側面覆蓋的所述阱區表面作為所述溝道區；
8.如權利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述第一外延層的厚度為5μm～15μm，摻雜濃度為1e15cm-3～1e17cm-3。
9.一種fs-igbt器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.如權利要求9所述的fs-igbt器件的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳為真，曾大杰，郭茂文，
申請(專利權)人：上海鼎陽通半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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