本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙面終端結(jié)構(gòu)、逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件是一種新型半導(dǎo)體器件，其將全控型電力電子器件與二極管的元胞結(jié)構(gòu)集成在同一個芯片上，具有小尺寸、高功率密度、低成本、高可靠性等優(yōu)點。例如，可以將絕緣柵雙極型晶體管(Insulate Gate Bipolar Transistor，IGBT)的元胞結(jié)構(gòu)以及快速恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode，F(xiàn)RD)的元胞結(jié)構(gòu)集成在同一個芯片上構(gòu)成逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管(Reverse Conducting IGBT，RC-IGBT)。
半導(dǎo)體器件發(fā)生反偏時其內(nèi)部的pn結(jié)擴展延伸致表面，使表面的峰值電場高于體內(nèi)導(dǎo)致?lián)舸┌l(fā)生在表面。同時，當(dāng)碰撞電離在表面發(fā)生時電離過程產(chǎn)生的熱載流子易進入其鈍化層，在鈍化層內(nèi)部形成固定電荷改變電場分布，降低逆導(dǎo)型絕緣柵雙極型晶體管的可靠性。
目前主要采用終端技術(shù)降低表面電場、提高終端耐壓。其中，對于作為垂直型結(jié)構(gòu)的逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件的終端設(shè)計主要集中在其正面，而背面整體僅為同電位的陽極。然而終端的耐壓主要指陽極和陰極之間的電位差，由于垂直型半導(dǎo)體器件的邊緣通常不完全耗盡，其正表面的邊緣與底部陽極同電位。隨著耐壓等級的提高終端的尺寸逐漸增大，在垂直型半導(dǎo)體器件總面積一定的情況下其通流區(qū)的面積隨之減小。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種雙面終端結(jié)構(gòu)、逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件及其制備方法。
第一方面，本發(fā)明中一種雙面終端結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案是：
襯底；
正面終端區(qū)，其設(shè)置在所述襯底的上表面；
背面終端區(qū)，其設(shè)置在所述襯底的下表面，該背面終端區(qū)包括多個間斷的第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述背面終端區(qū)與所述襯底的元胞區(qū)電隔離。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)的數(shù)量至少為3。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
若所述襯底為N型襯底，則所述第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)為P型離子摻雜區(qū)；
若所述襯底為P型襯底，則所述第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)為N型離子摻雜區(qū)。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述雙面終端結(jié)構(gòu)還包括正面終端結(jié)構(gòu)和背面終端結(jié)構(gòu)。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述正面終端結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述正面終端區(qū)，包括場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層；
所述背面終端結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述背面終端區(qū)，包括場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層。
第二方面，本發(fā)明中一種逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件的技術(shù)方案是：
所述逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件包括如權(quán)利要求1-6任一項所述的雙面終端結(jié)構(gòu)。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：所述逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件為平面柵雙極型晶體管IGBT或溝槽柵雙極型晶體管IGBT。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：所述逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件為硅基逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件或基于碳化硅的逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：所述襯底的上表面還包括有源區(qū)，所述襯底的下表面還包括元胞區(qū)，所述有源區(qū)和元胞區(qū)上均淀積有金屬層形成金屬電極。
第三方面，本發(fā)明中一種逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件的制備方法的技術(shù)方案是：
所述制備方法包括：
在襯底的上表面形成有源區(qū)和正面終端區(qū)，在其下表面形成元胞區(qū)和背面終端區(qū)；
分別在所述有源區(qū)和元胞區(qū)上淀積金屬層，形成金屬電極。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述在襯底的上表面形成有源區(qū)和正面終端區(qū)包括：
順次對所述襯底的上表面涂覆光刻膠、曝光和顯影形成有源區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和正面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口；通過所述有源區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和正面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口同時向所述襯底注入或擴散第一導(dǎo)電離子，并去除光刻膠；
所述在襯底的下表面形成元胞區(qū)和背面終端區(qū)包括：
順次對所述襯底的下表面涂覆光刻膠、曝光和顯影形成多個元胞區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和多個背面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口；通過所述元胞區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和背面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口向所述襯底注入第一導(dǎo)電離子，并去除光刻膠。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
若所述襯底為N型襯底，則所述第一導(dǎo)電離子為P型導(dǎo)電離子；
若所述襯底為P型襯底，則所述第一導(dǎo)電離子為N型導(dǎo)電離子。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述在襯底的上表面形成正面終端區(qū)之后包括：
在所述正面終端區(qū)上淀積場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層。
進一步地，本發(fā)明提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：
所述在襯底的下表面形成背面終端區(qū)之后包括：
在所述背面終端區(qū)上淀積場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層。
與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明提供的一種雙面終端結(jié)構(gòu)，其為由正面終端區(qū)和背面終端區(qū)構(gòu)成的雙面終端結(jié)構(gòu)，使得半導(dǎo)體器件在面積一定的情況下提高了終端結(jié)構(gòu)的耐壓能力，提高終端結(jié)構(gòu)的效率；
2、本發(fā)明提供的一種逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件，該逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件采用前述的雙面終端結(jié)構(gòu)，使其形成具備雙面終端結(jié)構(gòu)的逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件，其背面終端結(jié)構(gòu)與背面元胞區(qū)的摻雜具有一定的工藝兼容性。
3、本發(fā)明提供的一種逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件制備方法，可以在襯底的上下表面分別形成正面終端區(qū)和背面終端區(qū)，使得逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件具備雙面終端結(jié)構(gòu)。
附圖說明
圖1：本發(fā)明實施例中一種逆導(dǎo)型雙極型晶體管IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，101：發(fā)射極；102：柵極；103：集電極；104：正面終端結(jié)構(gòu)；105：N型襯底；106：有源區(qū)P阱；107：P+阱；108：N+阱；109：P+阱。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
下面對本發(fā)明實施例提供的一種雙面終端結(jié)構(gòu)進行說明。
本實施例中雙面終端結(jié)構(gòu)為逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件的終端結(jié)構(gòu)，包括襯底、正面終端區(qū)和背面終端區(qū)。其中，
正面終端區(qū)，其設(shè)置在襯底的上表面。
背面終端區(qū)，其設(shè)置在襯底的下表面，該背面終端區(qū)包括多個間斷的第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)。
本實施例中雙面終端結(jié)構(gòu)為由正面終端區(qū)和背面終端區(qū)構(gòu)成的雙面終端結(jié)構(gòu)，使得半導(dǎo)體器件的陽極和陰極之間的電位差保持穩(wěn)定。
進一步地，本實施例中背面終端區(qū)可以采用下述結(jié)構(gòu)。
本實施例中背面終端區(qū)與襯底的元胞區(qū)電隔離，即半導(dǎo)體器件的金屬電極只覆蓋在元胞區(qū)上。同時，背面終端區(qū)包括至少3個第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)。其中：
若襯底為N型襯底，則第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)為P型離子摻雜區(qū)。
若襯底為P型襯底，則第一導(dǎo)電離子摻雜區(qū)為N型離子摻雜區(qū)。
進一步地，本實施例中雙面終端結(jié)構(gòu)還包括下述結(jié)構(gòu)。
本實施例中雙面終端結(jié)構(gòu)可以包括正面終端結(jié)構(gòu)和背面終端結(jié)構(gòu)，其中：
正面終端結(jié)構(gòu)設(shè)置在正面終端區(qū)上，可以包括場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層。
背面終端結(jié)構(gòu)設(shè)置在背面終端區(qū)上，可以包括場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層。
基于上述雙面終端結(jié)構(gòu)類型，本發(fā)明還提供了兩個終端結(jié)構(gòu)的實施例，具體為：
實施例1
本實施例中終端結(jié)構(gòu)正面終端區(qū)和背面終端區(qū)，其中正面終端區(qū)上設(shè)置正面終端結(jié)構(gòu)，該正面終端結(jié)構(gòu)可以采用平面終端結(jié)結(jié)構(gòu)、帶浮空場環(huán)的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、帶場板的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、帶場板與場環(huán)的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)或半絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)。
實施例2
本實施例中終端結(jié)構(gòu)正面終端區(qū)和背面終端區(qū)，其中正面終端區(qū)上設(shè)置正面終端結(jié)構(gòu)，背面終端區(qū)上設(shè)置背面終端結(jié)構(gòu)。其中正面終端結(jié)構(gòu)可以采用平面終端結(jié)結(jié)構(gòu)、帶浮空場環(huán)的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、帶場板的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、帶場板與場環(huán)的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)或半絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)，背面終端結(jié)構(gòu)也可以采用平面終端結(jié)結(jié)構(gòu)、帶浮空場環(huán)的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、帶場板的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、帶場板與場環(huán)的平面結(jié)結(jié)構(gòu)、結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)或半絕緣多晶硅結(jié)構(gòu)。
下面對本發(fā)明實施例提供的一種逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件進行說明：本實施例中逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件包括上述的雙面終端結(jié)構(gòu)，使其形成具備雙面終端結(jié)構(gòu)的逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件，提高了工作可靠性。其中，襯底的上表面還包括有源區(qū)，襯底的下表面還包括元胞區(qū)，有源區(qū)和元胞區(qū)上均淀積有金屬層形成金屬電極。本實施例中逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件可以采用硅基逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件，也可以采用基于碳化硅的逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件。
圖1為本發(fā)明實施例中一種逆導(dǎo)型雙極型晶體管IGBT結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實施例中：
逆導(dǎo)型IGBT的有源區(qū)包括有源區(qū)P阱106、P+阱107和N+阱108，元胞區(qū)包括多個間斷的P+阱109。其中，發(fā)射極101和柵極102淀積在有源區(qū)上，集電極103淀積在元胞區(qū)上。
逆導(dǎo)型雙極型晶體管IBGT的終端區(qū)包括正面終端區(qū)和背面終端區(qū)。其中，正面終端區(qū)上設(shè)置有正面終端結(jié)構(gòu)104，背面終端區(qū)包括多個間斷的P+阱109。
同時，本實施例中逆導(dǎo)型雙極型晶體管IGBT可以為平面柵雙極型晶體管IGBT，也可以為溝槽柵雙極型晶體管IGBT。
下面對本發(fā)明實施例提供的一種逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件的制備方法進行說明。
本實施例中可以按照下述步驟制備逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件，具體為：
1、在襯底的上表面形成有源區(qū)和正面終端區(qū)。
2、在襯底的下表面形成元胞區(qū)和背面終端區(qū)。
3、分別在有源區(qū)和元胞區(qū)上淀積金屬層，形成金屬電極。
進一步地，本實施例中步驟1可以按照下述步驟實施。
(1)順次對襯底的上表面涂覆光刻膠、曝光和顯影形成有源區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和正面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口。
(2)通過有源區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和正面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口向襯底注入第一導(dǎo)電離子，并去除光刻膠，形成有源區(qū)和正面終端區(qū)。本實施例中若襯底為N型襯底，則第一導(dǎo)電離子為P型導(dǎo)電離子；若襯底為P型襯底，則第一導(dǎo)電離子為N型導(dǎo)電離子。
進一步地，本實施例中步驟2可以按照下述步驟實施。
(1)順次對襯底的下表面涂覆光刻膠、曝光和顯影形成多個元胞區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和多個背面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口。
(2)通過元胞區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和背面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口向襯底同時注入或擴散第一導(dǎo)電離子，并去除光刻膠，形成元胞區(qū)和背面終端區(qū)，即元胞區(qū)和背面終端區(qū)的摻雜工藝可以兼容經(jīng)過同一工藝步驟實現(xiàn)。本實施例中若襯底為N型襯底，則第一導(dǎo)電離子為P型導(dǎo)電離子；若襯底為P型襯底，則第一導(dǎo)電離子為N型導(dǎo)電離子。
本實施例中可以通過元胞區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口和背面終端區(qū)導(dǎo)電離子注入窗口同時向襯底注入或擴散第一導(dǎo)電離子，從而增加制備方法的可行性和可靠性。
進一步地，本實施例中步驟3可以按照下述步驟所述。
(1)在襯底的上表面正面淀積硼磷硅玻璃薄膜層BPSG，并對硼磷硅玻璃薄膜層BPSG進行光刻和刻蝕形成引線孔。
(2)在硼磷硅玻璃薄膜層BPSG及其所在平面上淀積第一金屬層，該第一金屬層向下填入引線孔且與有源區(qū)接觸。
(3)對第一金屬層進行光刻和刻蝕形成焊接窗口，并形成金屬電極。
(4)在元胞區(qū)淀積第二金屬層形成金屬電極。
進一步地，本實施例中制備逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件還可以包括下述步驟。
(1)在襯底的上表面形成正面終端區(qū)之后，可以在正面終端區(qū)上淀積場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層，形成正面終端結(jié)構(gòu)。
(2)在襯底的下表面形成背面終端區(qū)之后，可以在背面終端區(qū)上淀積場板和/或場限環(huán)和/或半絕緣多晶硅薄膜層，形成背面終端結(jié)構(gòu)。
本實施例中在制備逆導(dǎo)型半導(dǎo)體器件的元胞區(qū)和背面終端區(qū)時可以通過對襯底摻雜同時形成元胞區(qū)和背面終端區(qū)，提高制備效率和可靠性。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。