[發明專利]具有載流子存儲層的溝槽柵IGBT制備方法

有效

• 申請號: 201510583251.1
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105140121B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 賈艷;朱陽軍;盧爍今;陳宏
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心;江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/265
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙)32104
• 代理人: 曹祖良,張濤

技術領域

本發明涉及一種IGBT器件制備工藝，尤其是一種具有載流子存儲層的溝槽柵IGBT制備方法，屬于IGBT器件的技術領域。

背景技術

IGBT是當今功率半導體中最重要的器件之一，它既有MOSFET易于驅動、控制簡單、開關頻率高的優點，又有功率晶體管的導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點。正是由于這些技術和功能上的優勢，IGBT器件逐步實現了對以往功率器件產品的替代。IGBT產品集合了高頻、高壓、大電流三大技術優勢，同時IGBT能夠實現節能減排，具有很好的環境保護效益，在電網、軌道交通、電動汽車、工業變頻、家電領域獲得了廣泛的應用。

到目前為止，IGBT器件結構經歷從穿通型絕緣柵雙極晶體管（PT-IGBT）到非穿通型絕緣柵雙極型晶體管（NPT-IGBT），再到電場截止型絕緣柵雙極晶體管（FS-IGBT）的變化；也經歷了從平面型絕緣柵雙極晶體管（Planar-IGBT）到溝槽型絕緣柵雙極晶體管（Trench-IGBT）的變化。為進一步降低導通壓降和關斷損耗，在傳統Trench-IGBT的基礎上，增加了一層載流子存儲層（如圖1所示的載流子存儲的溝槽柵雙極晶體管 Carrier Stored Trench Bipolar Transistor，簡稱CSTBT），能進一步優化載流子濃度分布，從而進一步降低導通損耗，增加器件的電流能力，更好的實現了導通損耗與關斷損耗的折中關系，使得器件的性能進一步提高，已經逐步成為IGBT的主流方向。

具有載流子存儲層的溝槽柵IGBT與傳統的Trench IGBT相比，在溝槽部分，它包括三層結構:N型發射極、P阱（P-well）以及載流子存儲層（CS-layer）。

對于具有載流子存儲層的溝槽柵IGBT器件，目前的制備方法包括如下步驟：

1）、在均勻摻雜的n-襯底上注入P離子，退火推進形成N型CS-layer；

2）、注入B離子，退火推進形成P-well層；

3）、注入P離子，形成N+源區，然后刻蝕挖槽制作溝槽柵，最后淀積金屬，完成正面結構的制作。

4）、背面離子注入形成n-緩沖層，最后B離子注入形成p+集電區，然后背面金屬化。

對于目前的制備方法，存在如下問題：首先離子注入形成的CS-layer，會影響之后形成的P-well層的摻雜濃度分布，會在P-well層引入P離子。所以P-well層的摻雜濃度分布是由n型CS-layer和P-well的摻雜互相補償后形成的結果，其中P-well層的摻雜分布代表器件的垂直MOSFET溝道的摻雜分布。由于這種額外的補償作用，該器件溝道部分的載流子濃度比傳統的Trench-IGBT（在Trench部分具有兩層結構：N型發射極/P-well層）相對要高一些。由于在P-well層引入的P離子，會中和部分B離子，最終會使P-well層的摻雜濃度降低，因此，溝槽柵IGBT器件的Vge(th)降低。所以當調整N型CS-layer的摻雜濃度分布時，器件的閾值電壓也會隨之變化，隨著N型載流子存儲層的摻雜濃度的升高，器件的閾值電壓會降低，從而影響了器件的穩定性和可靠性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種具有載流子存儲層的溝槽柵IGBT制備方法，其工藝步驟簡單，與現有工藝兼容，提高了IGBT器件的穩定性和可靠性。

按照本發明提供的技術方案，一種具有載流子存儲層的溝槽柵IGBT制備方法，所述溝槽柵IGBT制備方法包括如下步驟：

a、提供所需具有第一導電類型的襯底，并在所述襯底內的上部設置載流子存儲層，所述載流子存儲層的導電類型與襯底的導電類型相一致；

b、提供所需具有第二導電類型的基板，并將所述基板鍵合固定在襯底上，且基板與襯底鍵合固定后，基板與載流子存儲層相接觸，以形成所需的器件基底；

c、在上述的器件基底的正面設置所需的溝槽型正面結構，所述溝槽型正面結構包括溝槽，所述溝槽從器件基底的上表面垂直向下延伸且溝槽的槽底位于載流子存儲層下方的襯底內；

d、在器件基底的背面設置所需的背面結構，所述背面結構包括設置于襯底背面且導電類型為第二導電類型的集電區，所述集電區上設有集電極金屬層，所述集電極金屬層與集電區歐姆接觸。

所述載流子存儲層通過在襯底的正面注入第一導電類型離子并退火后形成。

所述襯底的材料包括硅，基板的材料包括硅；襯底與基板均采用硅時，基板與襯底采用硅-硅鍵合固定。