[發(fā)明專利]制造場截止型絕緣柵雙極晶體管的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201310295844.9
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN104299900A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王萬禮;王根毅;芮強;黃璇
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄧云鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種場截止型絕緣柵雙極晶體管的制備方法。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT)是一種復(fù)合了功率場效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合器件，它同時具有MOSFET的高速開關(guān)及電壓驅(qū)動特性和雙極晶體管的低飽和電壓特性及易實現(xiàn)較大電流的能力，既具有輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點，又具有通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大的優(yōu)點，這使得IGBT成為近年來電力電子領(lǐng)域中尤為矚目的電力電子驅(qū)動器件，并且得到越來越廣泛的應(yīng)用。

IGBT的發(fā)展主要經(jīng)歷了穿通型（PT）、非穿通型（NPT）和場截止型（FS）三種類型。

PT-IGBT以數(shù)百微米厚的重摻雜P型單晶為襯底，之后外延生長重摻雜的N型外延層形成緩沖層和外延生長輕摻雜的N型外延層形成耐壓層，在耐壓層上制造正面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的IGBT，器件高溫穩(wěn)定性差，不利于并聯(lián)工作。

1980年代末出現(xiàn)了NPT-IGBT。NPT-IGBT采用輕摻雜的N型單晶為襯底，在單晶襯底上直接制造正面結(jié)構(gòu)，正面結(jié)構(gòu)完成后從襯底背面采用研磨、腐蝕的方法減薄到耐壓所需的厚度，之后通過離子注入形成P集電區(qū)。這種結(jié)構(gòu)的IGBT，由于漂移區(qū)過長，有正向?qū)▔航递^大的缺點。

這種傳統(tǒng)NPT-IGBT中存在的問題，通過在它的漂移區(qū)和集電區(qū)之間加入一個附加層得到了改善。這個附加層被稱為場截止（Field?Stop，F(xiàn)S）層，它是N型摻雜的。這一層的摻雜總劑量設(shè)計為能使電場強度在這一層中基本降低為零。這就是說在該層以下襯底中電場強度的降低可以忽略，因而，IGBT的電壓阻斷能力與襯底厚度不再有關(guān)系，因此襯底可以研磨得更薄。這就使IGBT具有很低的飽和電壓，因而有很低的通態(tài)損耗。這就是具有場截止層的FS-IGBT。

目前通常采用先做正面結(jié)構(gòu)，背面減薄后進行背面離子注入，然后激光退火的方式來制造場截止層。由于要保護正面結(jié)構(gòu)，退火溫度不能過高，此時雜質(zhì)激活率很低，影響器件性能。而且背面離子注入方式無法使雜質(zhì)深層推進，只能在背部獲得一層較薄FS層，較薄的FS層會對器件性能造成影響。也有通過長時間擴散和推阱形成場截止層然后再外延生長耐壓層的方法，但是此種方法生產(chǎn)周期較長，濃度分布不理想，濃度梯度較大，控制減薄厚度也存在難度。而且上述的背面離子注入和激光退火工藝還需要較為昂貴的高能離子注入設(shè)備和激光退火設(shè)備，開發(fā)成本較大。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種使用常規(guī)設(shè)備即可方便制造具有理想場截止層的場截止型絕緣柵雙極晶體管的方法。

一種制造場截止型絕緣柵雙極晶體管的方法，包括下列步驟：

提供襯底；

在所述襯底正面外延生長形成重摻雜的N型外延層，作為場截止層；

在所述場截止層注入N型雜質(zhì)；

在所述場截止層上外延生長形成輕摻雜的N型外延層，作為耐壓層；

在所述耐壓層上制造所述場截止型絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)；

將所述襯底自背面開始進行減薄處理；

自所述減薄后的襯底背面進行P型離子注入并退火；

對所述襯底背面進行背面金屬化。

在其中一個實施例中，所述在場截止層注入N型雜質(zhì)的步驟中，采用離子注入方法或擴散方法。

在其中一個實施例中，所述在場截止層注入N型雜質(zhì)的步驟之后，進一步包括，在所述場截止層上進行推阱。

在其中一個實施例中，所述場截止層的厚度的范圍為5～200微米，電阻率的范圍為0.001～200歐姆·米。

在其中一個實施例中，所述耐壓層的厚度的范圍為5～400微米，電阻率的范圍為0.001～200歐姆·米。

在其中一個實施例中，所述正面結(jié)構(gòu)包括柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)、溝槽柵結(jié)構(gòu)，或者是以平面柵或溝槽柵結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)含有埋層的柵極結(jié)構(gòu)。

在其中一個實施例中，所述襯底材料為硅、碳化硅、砷化鎵或者氮化鎵。

在其中一個實施例中，所述重摻雜和輕摻雜工藝中所用的雜質(zhì)為帶有施主能級的雜質(zhì)。

在其中一個實施例中，所述帶有施主能級的雜質(zhì)為磷或砷。

在其中一個實施例中，在所述襯底正面外延生長形成重摻雜的N型外延層和在所述場截止層上外延生長形成輕摻雜的N型外延層的步驟中，所述外延工藝為氣相外延、液相外延、分子束外延或化學(xué)分子束外延。