[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: 200910050227.6
• 申請日: 2009-04-29
• 公開（公告）號: CN101877359A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 商海涵
• 申請（專利權）人: 商海涵
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331;H01L21/265
• 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)是一種兼有BJT(雙極型三極管)和MOSFET(絕緣柵型場效應管)優點的電壓驅動式電力電子器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降兩方面的優點。BJT飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大。MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為1500V的高壓變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

IGBT的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，消除基極電流，使IGBT關斷。IGBT的驅動方法和MOSFET基本相同，具有高輸入阻抗特性。導通時，IGBT更象是一個PNP晶體管，使得IGBT具有相對MOSFET而言較低的通態壓降。但是，如何進一步減低IGBT的通態壓降，從而減小IGBT自身消耗的功率，也是一個亟需解決的問題。

發明內容

本發明提供一種能有效降低通態壓降的絕緣柵雙極晶體管。

本發明還需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，由硅晶片制成。絕緣柵雙極晶體管包括P+區、N-區、P區及N+區。P區和N+區位于硅晶片的正面，P+區位于硅晶片的背面。P+區包括多個縱向摻雜分布的P型雜質區。

一種制造絕緣柵雙極晶體管的方法，包括第一步，提供基材，在所述基材的正面形成P區及N+區，在所述基材的背面利用光刻工藝定義發射極及其雜質區；第二步，利用光刻膠作為掩膜，通過離子注入的方式對雜質區注入P型雜質；第三步，激活注入的P型雜質；及第四步，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，所述雜質區等間距或不等間距分布。

作為本發明的進一步改進，所述離子注入的劑量范圍為1E13/cm^2到4E13/cm^2。

作為本發明的進一步改進，所述離子注入的能量范圍為20KeV到200KeV。

作為本發明的進一步改進，在第一步中，在光刻工藝前，對基材的背面減薄。

因P+區包括多個P型雜質區，增加了發射極的有效面積，使得注入的P型雜質增多，從而注入到N-區的空穴少子增多，增強了對N-區的電導調制效應，減小了絕緣柵雙極晶體管的通態壓降，進而降低了絕緣柵雙極晶體管自身功率的損耗。

附圖說明

圖1為本發明的光刻工藝定義發射極的示意圖。

圖2為本發明的離子注入示意圖。

圖3為本發明的雜質激活示意圖。

圖4為本發明的絕緣柵雙極晶體管的結構示意圖。

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：

圖1為本發明絕緣柵雙極晶體管制造方法的第一步驟，提供基材40并在基材40的正面形成高濃度的P區50和N+區60，同時對基材40背面減薄后利用光刻工藝定義基材背面發射極及雜質區的大小。且從基材40向外引出柵極(Gate)，從N+區60向外引出發射結(emitter)，從發射極向外引出集電結(Collector)。光刻工藝利用光敏的抗蝕涂層30(光刻膠)發生光化學反應，結合刻蝕的方法把掩膜版圖形復制到光刻膠上。在本實施方式中，基材為低濃度N型硅晶片，背面的光刻圖形不需與正面的光刻圖形對準。

圖2為本發明絕緣柵雙極晶體管100制造方法的第二步驟，利用第一步產生的光刻膠30作為掩膜沿圖2中箭頭所示方向對雜質區注入P型離子，從而產生多個具有縱向摻雜分布的P型雜質區22。于此步驟中，預先設定離子注入的能量(離子獲得的撞擊注入表面的初始速度)與劑量，以此設定離子注入的深度與濃度，離子注入的深度一般只與初始速度有關，因此，一旦能量確定，在注入方向上的注入深度即確定了。在本實施方式中，離子注入雜質是硼(boron)，劑量范圍為1E13/cm^2到4E13/cm^2，能量范圍為20KeV到200KeV。在本實施方式中，所述雜質區22為相互平行的矩形并具有相同的寬度和深度及相同的離子濃度，且所述雜質區22等間距分布。

在其它實施方式中，雜質區22可以為平行四邊形、三角形、蜂窩狀的孔陣列或其它形狀，也可以不等間距分布，同時雜質區22的寬度可以不相同。