[發明專利]一種帶有雙面擴散殘留層的溝槽柵型IGBT及其制造方法

有效

• 申請號: 201310096965.0
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103219371A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 張斌;韓雁;張世峰;朱大中
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及半導體功率器件及制造領域，尤其是涉及一種帶有雙面擴散殘留層的溝槽柵型IGBT結構及其制造方法。

背景技術

IGBT即絕緣柵雙極型晶體管（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，簡稱IGBT）是一種集金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）的柵電極電壓控制特性和雙極結型晶體管（BJT）的低導通電阻特性于一身的半導體功率器件。具有電壓控制、輸入阻抗大、驅動功率小、導通電阻小、開關損耗低及工作頻率高等特性，是比較理想的半導體功率開關器件，有著廣闊的發展和應用前景。

根據IGBT背面結構中在漂移區與集電極（術語集電極與陽極經常交換使用）之間是否存在與漂移區相同濃度類型的高濃度緩沖層，可以把IGBT分為穿通型（PT-IGBT）和非穿通型（NPT-IGBT）兩種結構。PT-IGBT型具有緩沖層結構，而NPT-IGBT則沒有緩沖層結構。一般的PT-IGBT指通過外延沉積在相同濃度類型的高濃度緩沖層的頂部形成低濃度均勻摻雜外延作為漂移區，而外延是沉積在相反濃度類型的硅襯底上外。IGBT的正向阻斷電壓（也可簡稱為耐壓）由漂移區的摻雜濃度與厚度所決定，正向阻斷電壓高的IGBT需要很厚的漂移區，如正向阻斷電壓在1000V以上所需的漂移區厚度一般在100um以上，使用厚層外延的沉積技術難度很大，而且制造的成本很高，難以實現。而NPT-IGBT是在均勻摻雜的厚度為數百微米的低濃度摻雜的單晶襯底上先制作正面結構，然后再對襯底片背面采用研磨、腐蝕等方法減薄使得漂移區能滿足正向阻斷電壓所需的厚度，再用離子注入及激活的方法形成背面相反濃度類型的集電極。它不需要沉積很厚的外延層，因此適合制造高正向阻斷電壓的IGBT，但由于沒有緩沖層，在承受正向阻斷電壓時，反偏電壓形成的耗盡層需要在漂移區中止，否則就會形成穿通擊穿，降低正向阻斷電壓，而使用緩沖層可使耗盡層在緩沖層中止，因此達到相同的正向阻斷電壓所需的漂移區，NPT-IGBT需要比PT-IGBT更厚的漂移區，其正向導通壓降也比達到相同正向阻斷電壓下的PT-IGBT要更大，因而電流能力也相對要差一些。而且對于制造正向阻斷電壓在1000～2000V左右的IGBT來說，其漂移區的厚度大多在一二百微米左右，在這么薄的薄硅片上加工器件，其制造難度相當大，目前用于大批量生產的設備若不做昂貴的設備改進就會產生很高的碎片比率。

公告號為CN1138307C的中國專利公開了一種IGBT新的結構。其制造方法是先用高溫擴散在N-襯底片兩面進行N+的深結擴散，然后磨去一邊的擴散層，在其上做正面結構，之后再研磨背面，保留背面的擴散層到所需的厚度作為N+緩沖層，然后在這個N+緩沖層上做離子注入形成背P+陽極區。此種結構的IGBT同時具有PT-IGBT通態壓降小的特點和NPT-IGBT開關時間短的特點。此發明對IGBT的背面結構及其制作方法進行了創新，與ABB公司提出的軟穿通IGBT（SPT-IGBT）結構和三菱電機公司提出的輕穿通IGBT（LPT-IGBT）結構有相似之處，可以有效降低器件功耗，但是對于正面結構依然以傳統方法制作完成，并未創新。