[發(fā)明專利]一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310085624.3
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103839990B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喻巧群;朱陽軍;盧爍今;吳振興;田曉麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所;上海聯(lián)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;H01L21/26
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉麗君

本發(fā)明公開了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，該緩沖層包括至少兩層N型摻雜層，緩沖層在漂移區(qū)和P+集電區(qū)之間，制作該緩沖層的方法為：在N?型襯底的背面通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，第一摻雜層的摻雜濃度為5e14/cm³–5e16/cm³；在第一摻雜層通過掩膜板劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；通過質(zhì)子輻照或者離子注入的方法在透光區(qū)域形成第二摻雜層，第二摻雜層的摻雜濃度為1e15/cm³–5e17/cm³。本發(fā)明可以獲得更理想的緩沖層摻雜濃度分布，可以改善開關(guān)速度，同時抑制導(dǎo)通壓降的波動。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管IGBT是新型的大功率器件，它集MOSFET柵極電壓控制特性和雙極型晶體管低導(dǎo)通電阻特性于一身，改善了器件耐壓和導(dǎo)通電阻相互牽制的情況，具有高電壓、大電流、高頻率、功率集成密度高、輸入阻抗大、導(dǎo)通電阻小、開關(guān)損耗低等優(yōu)點。在變頻家電、工業(yè)控制、電動及混合動力汽車、新能源、智能電網(wǎng)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用空間。

參見圖1，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種穿通型IGBT的結(jié)構(gòu)，IGBT的參數(shù)優(yōu)化存在很多的折中關(guān)系，比如漂移區(qū)厚度增大，有利于器件耐壓的提高，但是同時增大了導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時間，比如增大背面P型集電極的摻雜濃度，會提高空穴注入效率，增強電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而有利于降低器件的導(dǎo)通壓降，但是由于漂移區(qū)存儲了更多的少子電荷，器件的關(guān)斷時間會延長。穿通型IGBT在漂移區(qū)和P+集電極層之間添加了N+緩沖層，很大程度上優(yōu)化了參數(shù)折中關(guān)系。一方面，N+緩沖層的濃度比漂移區(qū)大，使電場進入到N+緩沖層之后迅速截止，因此它能使器件保持相同耐壓的同時，減少N-漂移區(qū)的厚度，從而可以降低導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時間。另一方面，N+緩沖層可以阻擋一部分來自P+集電極層的空穴注入到N-漂移區(qū)，因此調(diào)整N+緩沖層的結(jié)構(gòu)還可以影響背面集電極的注入效率，從而影響IGBT的導(dǎo)通壓降、關(guān)斷時間等參數(shù)。通常來說，空穴注入效率高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強，導(dǎo)通壓降減小，但關(guān)斷時間會延長，開關(guān)速度變慢。

如圖1所示，在N-漂移區(qū)和P型集電極層之間有N+緩沖層的結(jié)構(gòu)，N+緩沖層通過一次或者多次質(zhì)子輻照的方法制備，在縱向形成不同摻雜濃度的分布。對于一次輻照，形成的縱向摻雜分布參見圖2。對于多次輻照，形成的緩沖層每一層具有不同的作用，通過不同層的摻雜濃度優(yōu)化來改善器件參數(shù)特性。

傳統(tǒng)的緩沖層制備工藝中外延制備方法缺點是成本高；離子注入的方法通常是對背面進行離子注入之后再進行退火激活，而此時正面工藝包括正面金屬淀積已經(jīng)完成，退火溫度不能太高，因此很難形成深度很深的緩沖層。

傳統(tǒng)的緩沖層結(jié)構(gòu)通過一次離子注入形成，通常形成的雜質(zhì)分布為高斯分布，摻雜分布形狀的自由度較低，緩沖層摻雜濃度分布控制不準確，不能夠獨立優(yōu)化導(dǎo)通壓降和開關(guān)時間。

現(xiàn)有技術(shù)還通過一次或者多次質(zhì)子輻照的方法制備緩沖層，優(yōu)化緩沖層縱向上的摻雜分布，都在一定程度上優(yōu)化了對導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗的折中。但此種方法對摻雜分布的精確控制要求非常高，工藝略微出現(xiàn)偏差就會導(dǎo)致參數(shù)上很大不同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中緩沖層摻雜濃度分布控制不準確和開關(guān)速度慢等技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)，所述緩沖層包括至少兩層N型摻雜層，所述緩沖層在漂移區(qū)和P+集電區(qū)之間。

進一步地，所述N型摻雜層為兩層。

一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟：

在N-型襯底的背面通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，所述第一摻雜層的摻雜濃度為5e14/cm³–5e16/cm³；