[發明專利]功率器件-MPT-TI-IGBT的結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201310085533.X
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103839987A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 朱陽軍;盧爍今;張文亮;張杰;田曉麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所;上海聯星電子有限公司;江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及半導體器件，特別涉及一種功率器件-MPT-TI-IGBT的結構及其制備方法。

背景技術

VDMOS器件的背面是N型半導體，屬于單極器件，開關速度快，但是隨著耐壓的增加，器件的導通壓降迅速增大。IGBT器件的背面是P型半導體，在導通時P型集電極會注入大量的空穴，從而發生電導調制效應，降低了導通壓降。但另一方面由于注入了大量少子，器件關斷時需要將過剩的少子復合掉，這導致器件關斷較慢。傳統的技術是以比較厚的硅片為基礎的，在關斷期間整個襯底中電場強度線性下降，最后到零。這種電場分布對應的雜質濃度分布是一種很差的分布，意味著導通狀態下導通電阻相當大，器件的飽和壓降V_CE較高，通態損耗大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種關斷速度快、功耗小的功率器件-MPT-TI-IGBT的結構及其制備方法

為解決上述技術問題，本發明提供了一種功率器件-MPT-TI-IGBT的結構，正面結構包括漂移區、柵極、柵氧、發射區、包圍在發射區下部將發射區與漂移區隔開的基區、及重摻雜區，所述發射區和重摻雜區分別與發射極連接，所述發射區和漂移區分別與柵極連接，所述柵極通過柵氧與半導體區域絕緣；背面結構包括集電區、短路區、及位于漂移區下方的微穿通區，所述集電區和短路區相間分布的結構與集電極金屬相連引出集電極。

本發明還提供了一種功率器件-MPT-TI-IGBT的制備方法：在完成器件的正面結構后，先在漂移區下面制備微穿通區，然后通過兩次光刻，注入P型摻雜或N型摻雜，制作集電區和短路區，最后背面金屬化形成集電極金屬。

所述制備微穿通區包括：在P型襯底上外延一層微穿通區。

所述制備微穿通區包括：先取N型襯底半導體做為漂移區，然后減薄后從背面注入第一導電類型的雜質，并擴散形成微穿通區。

所述制備微穿通區包括：先完成器件的正面工藝，將硅片從背面減薄后，從背面注入第一導電類型的雜質，并擴散形成微穿通區。

制備功率器件-MPT-TI-IGBT的另一種方法：在完成器件的正面結構后，在漂移區下面制備微穿通區后先整體注入P型摻雜或N型摻雜，然后掩膜，光刻掉部分區域的Si至雜質射程外的深度后，再注入N型摻雜或P型摻雜后退火形成短路區或集電區，最后背面金屬化形成集電極金屬。

所述制備微穿通區包括：在P型襯底上外延一層微穿通區。

所述制備微穿通區包括：先取N型襯底半導體做為漂移區，然后減薄后從背面注入N型摻雜并擴散形成微穿通區。

所述制備微穿通區包括：先完成器件的正面工藝，將硅片從背面減薄后，從背面注入第一導電類型的雜質，并擴散形成微穿通區。

本發明提供的功率器件-MPT-TI-IGBT，在功率器件TI-IGBT的基礎上，采用了MPT技術，即在集電極與漂移區之間加入第一導電類型的微穿通區，可以使功率器件TI-IGBT的電壓阻斷能力與襯底厚度不再有關系，基區可以明顯減薄，這就使得IGBT具有更低的導通電阻、飽和壓降、以及更低的通態損耗。而且又能降低該發射結的注入系數，以抑制“晶閘管效應”，同時，在硬開關應用時，微穿通區還具有另一個優越性，即它能比傳統IGBT關斷更快，基本沒有電流拖尾，這就減少了功率損耗，因為電流拖尾造成的功耗在總開關損耗中占有不少比例。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的功率器件MPT-TI-IGBT的平面型結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的功率器件MPT-TI-IGBT的溝槽型結構示意圖。

圖3為本發明實施例一提供的制備功率器件MPT-TI-IGBT步驟中用掩膜定義光刻膠形狀后注入N型摻雜（或P型摻雜）的示意圖。

圖4為本發明實施例一提供的制備功率器件MPT-TI-IGBT步驟中去膠退火后形成第一（或第二）導電類型的短路區（或集電區）的示意圖。

圖5為本發明實施例一提供的制備功率器件MPT-TI-IGBT步驟中用掩膜定義光刻膠形狀后注入P型摻雜（或N型摻雜）的示意圖。

圖6為本發明實施例一提供的制備功率器件MPT-TI-IGBT步驟中去膠退火后形成第二（或第一）導電類型的集電區（或短路區）的示意圖。

圖7為本發明實施例一提供的制備功率器件MPT-TI-IGBT步驟中背面金屬化示意圖。

圖8為本發明實施例二提供的制備功率器件MPT-TI-IGBT步驟中整個硅片背面注入P型摻雜（或N型摻雜）的示意圖。