[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210307678.5
• 申請(qǐng)日: 2012-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103633129A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海平;秦博;肖秀光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于基本電氣元件領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件的制備，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)是一種由BJT(雙極型三極管)和MOSFET(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合型電壓控制的功率半導(dǎo)體器件，這種器件同時(shí)具有功率BJT和功率MOSFET的主要優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高，輸入驅(qū)動(dòng)功率小，導(dǎo)通電阻小，電流容量大，開(kāi)關(guān)速度快等。在這個(gè)高壓高頻電力電子器件時(shí)代，IGBT無(wú)疑成為電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的主流器件。IGBT發(fā)展到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了三代技術(shù)：PT-IGBT(穿通型IGBT)，NPT-IGBT(非穿通型IGBT)和FS-IGBT(電場(chǎng)終止型IGBT)。穿通與非穿通是指在擊穿電壓下，耗盡層是否穿通n-漂移區(qū)(耐壓層)。盡管NPT-IGBT和FS-IGBT技術(shù)越來(lái)越受到行內(nèi)青睞，然而對(duì)于低壓類IGBT(如600V?IGBT)，考慮到NPT-IGBT和FS-IGBT要求能夠處理薄片技術(shù)，工藝要求高的特點(diǎn)，普遍采用PT-IGBT結(jié)構(gòu)，從而降低加工難度，減少制造成本。

如圖1所示的PT-IGBT，P+型單晶硅為集電區(qū)109，n-耐壓層107和n+緩沖層108通過(guò)外延獲得。集電區(qū)109作為集電區(qū)(背發(fā)射區(qū))，具有厚度大、摻雜濃度高等特點(diǎn)。器件導(dǎo)通時(shí)，PNP晶體管的空穴發(fā)射率很高，n-耐壓層107積累了大量的電子空穴對(duì)，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)顯著。器件關(guān)斷時(shí)，電子很難從背面發(fā)射結(jié)流出，主要靠基區(qū)復(fù)合消失，因此開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)損耗大。為提高關(guān)斷速度，PT-IGBT采用電子輻照或者重金屬摻雜的方法在n-耐壓層107產(chǎn)生大量復(fù)合中心，大幅降低其中的載流子壽命，加快IGBT關(guān)斷時(shí)n-耐壓層107中電子、空穴的復(fù)合。

這種方法雖然能夠提高PT-IGBT的關(guān)斷速度，但是電子輻照與重金屬摻雜壽命控制的方法屬于全局壽命控制，難以做到局域壽命控制，如在圖1所示的PT-IGBT中，正面PN結(jié)J1和J2附近是不需要做壽命控制的，但是電子輻照和重金屬摻雜都不可避免會(huì)影響這里的載流子壽命。這種全局壽命控制有一個(gè)顯著的缺陷就是，整個(gè)器件體區(qū)的載流子壽命都會(huì)隨著溫度的升高而顯著增加，當(dāng)溫度升高時(shí)，整個(gè)n-耐壓層107存儲(chǔ)的載流子濃度顯著增加，通態(tài)壓降明顯降低，呈現(xiàn)顯著的負(fù)溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)使用，而且關(guān)斷損耗也明顯增大，影響了器件的長(zhǎng)期可靠使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT及其制造方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其包括：集電區(qū)，所述集電區(qū)為重?fù)诫s；在所述集電區(qū)之上形成有緩沖層，所述緩沖層為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述緩沖層之上形成有漂移區(qū)，所述漂移區(qū)為輕摻雜，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述集電區(qū)與所述漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，所述低壽命高復(fù)合層內(nèi)具有復(fù)合中心；在所述漂移區(qū)內(nèi)形成有阱區(qū)，在所述阱區(qū)內(nèi)形成有發(fā)射區(qū)，所述阱區(qū)的導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相同，所述發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述漂移區(qū)之上依次形成有柵介質(zhì)層、柵極和發(fā)射極；在所述集電區(qū)之下形成有集電極。

本發(fā)明在集電區(qū)與漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，該低壽命高復(fù)合層可以復(fù)合器件通態(tài)時(shí)產(chǎn)生的大量過(guò)剩載流子，提高復(fù)合電流，減小集電區(qū)空穴注入，從而降低關(guān)斷拖尾時(shí)間，達(dá)到降低開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗的目的，并提高器件抗閂鎖能力。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的制造方法，其包括如下步驟：

S11：提供第一基片和第二基片，所述第一基片為輕摻雜，所述第二基片為重?fù)诫s，所述第一基片的導(dǎo)電類型與所述第二基片的導(dǎo)電類型相反，所述第一基片用于形成漂移區(qū)，所述第二基片用于形成集電區(qū)；

S12：在所述第一基片背面形成緩沖層，所述緩沖層為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述第一基片的導(dǎo)電類型相同；

S13；將所述第一基片的緩沖層與所述第二基片鍵合，在所述緩沖層與所述第二基片之間形成低壽命高復(fù)合層，所述低壽命高復(fù)合層內(nèi)具有復(fù)合中心；

S14：在所述第一基片的正面形成阱區(qū)，在所述阱區(qū)內(nèi)形成發(fā)射區(qū)，所述阱區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第一基片的導(dǎo)電類型相反，所述發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述第一基片的導(dǎo)電類型相同；