[發明專利]一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法

無效

• 申請號: 200810203921.2
• 申請日: 2008-12-03
• 公開（公告）號: CN101752415A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 龔大衛;邵凱
• 申請（專利權）人: 上海芯能電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及半導體功率器件制造領域，尤其涉及一種絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Biplar?Transistor，IGBT)及其制造方法。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Biplar?Transistor，IGBT)是一種由MOSFET與雙極型晶體管構成的電壓控制型復合器件。它兼具兩種器件的優點，既有MOSFET易于驅動、開關速度快的特點，也有雙極型晶體管電壓較高、電流容量較大的特點。因此，絕緣柵雙極晶體管已逐步取代了高壓雙極晶體管和晶閘管，被廣泛應用于變頻空調、電力網絡以及機車牽引等大功率系統之中。

通常絕緣柵雙極晶體管利用場終止(fieldstop)技術降低導通電阻以提高其性能，現有的絕緣柵雙極晶體管的場終止技術是采用了緩變的n+-Si層來作為反向擊穿終止層達到降低導通電阻的目的，然而此種技術未能大幅提高開關速度，尤其是對影響開關特性的關斷時間改進效果較差。

發明內容

本發明提供一種能有效減小關斷時間的絕緣柵雙極晶體管。

還提供一種制造上述絕緣柵雙極晶體管的方法。

一種絕緣柵雙極晶體管，包括金屬層、P+區、場終止層、N-區、P區、N+區、柵氧層及硅柵層。該場終止層包含N型硅鍺合金。

一種制造絕緣柵雙極晶體管的方法，包括第一步，提供基材，在該基材上形成柵氧層和硅柵層；第二步，在該基材的正面形成P區及N+區，并在正面制作金屬電極；第三步，在該基材的背面注入鍺(germanium，Ge)離子和N型雜質；第四步，通過退火形成包含N型硅鍺合金的場終止層；第五步，注入硼離子并低溫退火激活形成P+區和陽極；及第六步，背面蒸發形成金屬層，制成絕緣柵雙極晶體管。

作為本發明的進一步改進，該場終止層還包括N型雜質。

作為本發明的進一步改進，該場終止層中鍺離子的濃度為1％-30％，注入能量為20KeV-1MeV。

作為本發明的進一步改進，該場終止層位于該P+區和該N-區之間。

作為本發明的進一步改進，該絕緣柵雙極晶體管是用硅晶片制成，P區和N+區位于硅晶片的正面，P+區和場終止層位于硅晶片的背面。

作為本發明的進一步改進，在第三步中，在該基材的背面還注入N型雜質。

作為本發明的進一步改進，在第四步中，用低溫固相外延結合激光形成GeSi晶體層，并激活注入的N型雜質。

因本發明所提供的絕緣柵雙極晶體管，利用包含N型硅鍺合金的場終止層作為反向擊穿終止層，進一步增強過剩少子空穴復合幾率，從而減少了絕緣柵雙極晶體管的關斷時間并提高了關斷速度，進而提高了電路效率。

附圖說明

圖1為本發明絕緣柵雙極晶體管的結構示意圖。

圖2為本發明絕緣柵雙極晶體管制造方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述：

請參閱圖1，所示為本發明實施方式的絕緣柵雙極晶體管100(InsulatedGate?Biplar?Transistor，IGBT)的結構示意圖。

在本實施方式中，絕緣柵雙極晶體管100是由硅晶片制成，其包括金屬層10、P+區20、場終止層30、N-區40、P區50、N+區60、柵氧層70及硅柵層80，其中N-區40為區熔硅襯底，P+區20為背面硼注入后形成的P+層。P區50和N+區60位于硅晶片的正面，P+區20和場終止層30位于硅晶片的背面。場終止層30位于P+區20和N-區40之間，包括低鍺含量的硅鍺合金和N型雜質。

在本實施方式中，柵氧層70為二氧化硅(SiO₂)層，厚度為50-300納米。該柵氧層70也可為其它硅化合物，如氮氧化硅等。

在本實施方式中，P區50和N+區60為絕緣柵雙極晶體管100的MOS管P型阱區和源區。P區50進一步包括P-體區和P+擴散區。該P+擴散區用于連接P-體區和陰極，同時用于連接N+區60和地。