[發(fā)明專(zhuān)利]一種低損耗鰭型發(fā)射區(qū)IGBT器件及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111123352.2
• 申請(qǐng)日: 2021-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113871299A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬奎;鄒密;楊發(fā)順;楊賚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/331
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/331;H01L21/28;H01L29/06;H01L29/08;H01L29/417;H01L29/739
• 代理公司: 貴陽(yáng)中新專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 商小川

本發(fā)明公開(kāi)了一種低損耗鰭型發(fā)射區(qū)IGBT器件及其制作方法，它包括：將器件的發(fā)射極側(cè)制作為Mesa結(jié)構(gòu)；制作完成發(fā)射極側(cè)的Mesa結(jié)構(gòu)后，將晶圓翻轉(zhuǎn)制作背面集電極側(cè)的結(jié)構(gòu)；制作完集電極側(cè)結(jié)構(gòu)后，腐蝕掉整個(gè)晶圓上表面的二氧化硅，淀積金屬形成Collector電極；在Mesa結(jié)構(gòu)一側(cè)進(jìn)行操作，首先在二氧化硅層上開(kāi)出發(fā)射區(qū)窗口；然后淀積金屬形成Emitter電極；解決了現(xiàn)有技術(shù)為了降低IGBT的導(dǎo)通壓降、關(guān)斷損耗，提升兩者之間的折中關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)研究工作主要針對(duì)集電極側(cè)結(jié)構(gòu)或發(fā)射極側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；并不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的正向?qū)妷汉完P(guān)斷能量損耗之間的折中關(guān)系等技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于IGBT制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低損耗鰭型發(fā)射區(qū)IGBT器件及其制作方法。

背景技術(shù)

從發(fā)展歷程來(lái)看，IGBT一直是沿著三個(gè)方向來(lái)發(fā)展的：低開(kāi)關(guān)損耗、高工作頻率和高可靠性。IGBT是雙極型器件，在導(dǎo)通時(shí)，漂移區(qū)內(nèi)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，有利于提高漂移區(qū)內(nèi)的載流子濃度，降低器件的正向?qū)▔航岛屯☉B(tài)損耗，特別是在中高壓應(yīng)用領(lǐng)域其優(yōu)勢(shì)更加明顯。但是，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致大量的過(guò)剩載流子存在于漂移區(qū)內(nèi)，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，需要一定的時(shí)間來(lái)復(fù)合和抽取漂移區(qū)內(nèi)的過(guò)剩載流子，這會(huì)增加IGBT的關(guān)斷能量損耗。因此，如何改善導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗之間的折中關(guān)系一直都是推動(dòng)IGBT進(jìn)步的關(guān)鍵因素之一。從器件結(jié)構(gòu)上看，IGBT包含頂部附件的MOS溝道/發(fā)射極(或陰極)區(qū)域、中間的輕摻雜漂移區(qū)和背面的集電極(或陽(yáng)極)區(qū)域。溝槽柵結(jié)構(gòu)相對(duì)于平面柵結(jié)構(gòu)具有更低的導(dǎo)通壓降。在漂移區(qū)中采用超結(jié)結(jié)構(gòu)也能降低器件的導(dǎo)通壓降，但工藝難度較大。為了降低IGBT的導(dǎo)通壓降、關(guān)斷損耗，提升兩者之間的折中關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)研究工作主要針對(duì)集電極側(cè)結(jié)構(gòu)或發(fā)射極側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；并不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的正向?qū)妷汉完P(guān)斷能量損耗之間的折中關(guān)系等技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種低損耗鰭型發(fā)射區(qū)IGBT器件及其制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)為了降低IGBT的導(dǎo)通壓降、關(guān)斷損耗，提升兩者之間的折中關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)研究工作主要針對(duì)集電極側(cè)結(jié)構(gòu)或發(fā)射極側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；并不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的正向?qū)妷汉完P(guān)斷能量損耗之間的折中關(guān)系等技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種低損耗鰭型發(fā)射區(qū)IGBT器件制作方法，它包括：

步驟1、將器件的發(fā)射極側(cè)制作為Mesa結(jié)構(gòu)；

步驟2、制作完成發(fā)射極側(cè)的Mesa結(jié)構(gòu)后，將晶圓翻轉(zhuǎn)制作背面集電極側(cè)的結(jié)構(gòu)；集電極側(cè)結(jié)構(gòu)為p集電區(qū)─n/p+/n/…/n/p⁺/n混合層─Field Stop層；

步驟3、制作Collector金屬電極：制作完集電極側(cè)結(jié)構(gòu)后，刻蝕掉整個(gè)晶圓上表面的二氧化硅，淀積金屬形成Collector電極；

步驟4、制作Emitter金屬電極：翻轉(zhuǎn)晶圓，在Mesa結(jié)構(gòu)一側(cè)進(jìn)行操作。首先在二氧化硅層上開(kāi)出發(fā)射區(qū)窗口；然后淀積金屬形成Emitter電極。

步驟1所述將器件的發(fā)射極側(cè)制作為Mesa結(jié)構(gòu)的方法包括：

步驟1.1、選擇襯底材料：選取晶向?yàn)閇100]、雜質(zhì)濃度為6×10¹³cm^-3的高純單晶硅片作為襯底材料；

步驟1.2、制作p-body區(qū)：將單晶硅片在950℃下濕氧氧化17分鐘，在硅片上生成犧牲氧化層；

步驟1.3、進(jìn)行硼注入：注入劑量為2×10¹³cm^-2，注入能量為100keV；

步驟1.4、高溫退火：在氮?dú)猸h(huán)境下，溫度從850℃勻速上升至1100℃，升溫時(shí)間32分鐘；在1100℃恒溫30分鐘、溫度從1100℃勻速下降至850℃，降溫時(shí)間32分鐘，完成高溫退火，得到p-body區(qū)；