[發(fā)明專利]一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010290339.1
• 申請(qǐng)日: 2010-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN101976683A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張斌;韓雁;張世峰;胡佳賢;朱大中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件及制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，以下簡稱IGBT)是一種集金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的柵電極電壓控制特性和雙極結(jié)型晶體管(BJT)的低導(dǎo)通電阻特性于一身的半導(dǎo)體功率器件，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、導(dǎo)通電阻小、開關(guān)損耗低及工作頻率高等特性，是比較理想的半導(dǎo)體功率開關(guān)器件，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

一般來說，可以把IGBT分為穿通型(PT-IGBT)和非穿通型(NPT-IGBT)兩種結(jié)構(gòu)。穿通型絕緣柵雙極型晶體管一般是在均勻摻雜的厚度為數(shù)百微米的P+襯底上外延生長N+緩沖層和N-基區(qū)，然后再于N-層上制作所需的通用正面結(jié)構(gòu)而形成。由于耐壓高的IGBT需要很厚的N-基區(qū)，如1000V以上耐壓的IGBT所需的N-基區(qū)厚度在100um以上，使用的厚層外延的技術(shù)難度很大，而且制造的成本很高。于是又出現(xiàn)了非穿通型的絕緣柵雙極型晶體管，它是在均勻摻雜的厚度為數(shù)百微米的N-單晶襯底上先制作正面結(jié)構(gòu)，然后再對(duì)襯底片背面采用研磨、腐蝕等方法減薄N-基區(qū)到耐壓所需的厚度，再用離子注入的方法形成背P+發(fā)射區(qū)。它不需要厚層外延，適合制造高耐壓的IGBT，但由于沒有N+緩沖層，因此達(dá)到相同的耐壓所需的N-基區(qū)要比PT-IGBT更厚，因而其通態(tài)壓降也比PT-IGBT要大。而且對(duì)于制造耐壓在1000～2000V左右的IGBT來說，其N-基區(qū)的厚度在100多微米，在這很薄的薄片上加工，其難度相當(dāng)大，且碎片比率非常高。

中國專利申請(qǐng)00135808.1公開了一種IGBT新的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中包括發(fā)射極10、背P+發(fā)射區(qū)11、N+緩沖層12、N-基區(qū)13、柵氧化層14、柵電極15、N+集電區(qū)16、集電極17以及P型基區(qū)18。其制造方法是先用高溫?cái)U(kuò)散在N-襯底片兩端進(jìn)行N+的深結(jié)擴(kuò)散，然后磨去一邊的擴(kuò)散層，在其上做正面結(jié)構(gòu)，之后再研磨背面，保留擴(kuò)散層到所需的厚度作為N+緩沖層，然后在這個(gè)殘留N+緩沖層上做離子注入形成背P+發(fā)射區(qū)。此種結(jié)構(gòu)的IGBT同時(shí)具有PT-IGBT通態(tài)壓降小的特點(diǎn)和NPT-IGBT開關(guān)時(shí)間短的特點(diǎn)。此發(fā)明對(duì)IGBT的背面結(jié)構(gòu)及其制作方法進(jìn)行了創(chuàng)新，與ABB公司提出的軟穿通IGBT(SPT-IGBT)是結(jié)構(gòu)相似，可以有效降低器件功耗，但是對(duì)于正面結(jié)構(gòu)依然以傳統(tǒng)方法制作進(jìn)行，并未提出新的結(jié)構(gòu)。

從IGBT的正面結(jié)構(gòu)來看，可以把絕緣柵雙極型晶體管分為平面柵型和溝槽柵型兩種結(jié)構(gòu)。在平面型結(jié)構(gòu)中，由于存在著寄生的JFET(JunctionField?Effect?Transistor：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，而產(chǎn)生JFET電阻，其導(dǎo)通狀態(tài)下的電壓降要比溝槽型要大，相應(yīng)的電流能力也比溝槽柵型低。為減輕JFET電阻對(duì)導(dǎo)通壓降的影響，通常的辦法是提高正面表面區(qū)域的摻雜濃度，電阻率下降，JFET電阻也相應(yīng)會(huì)下降，制造方法是在制作平面型IGBT的通用正面結(jié)構(gòu)之前在表面先做一次整體或局部的離子注入，再通過擴(kuò)散達(dá)到一定深度，使表面區(qū)域摻雜濃度上升，這樣在制作正面結(jié)構(gòu)的過程中就需要增加一次光刻工序，即光刻、刻蝕、注入和擴(kuò)散工藝需各做一次，對(duì)于一般只有4～6次光刻工序的通用正面結(jié)構(gòu)制造而言，增加一次光刻工序其生產(chǎn)成本必然會(huì)上升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄生JFET電阻而使得導(dǎo)通壓降升高的問題。

一種絕緣柵雙極型晶體管，包括N型基區(qū)、P型基區(qū)、背P+發(fā)射區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層、集電極、柵電極和發(fā)射極，所述的N型基區(qū)由依次層疊的N+擴(kuò)散殘留層、N-基區(qū)和N+緩沖層組成，所述的N+擴(kuò)散殘留層和N+緩沖層從與N-基區(qū)的邊界起始向外摻雜濃度逐漸增加。

所述的N-基區(qū)為摻雜濃度恒定區(qū)，其厚度和摻雜濃度由耐壓決定，耐壓與厚度正相關(guān)，與摻雜濃度負(fù)相關(guān)，如耐壓在1700V，厚度可以為180～200um，摻雜濃度可以為4×10¹³cm^-3～1×10¹⁴?cm^-3。