一種平面柵igbt及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種具有空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT及其制造方法。在傳統(tǒng)的平面柵型IGBT基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整N+注入摻雜區(qū)域的形狀和面積，形成空穴電流旁路和N+摻雜發(fā)射區(qū)的集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以有效抑制IGBT器件的飽和電流，避免過(guò)大電流沖擊；可以有效抑制IGBT器件的大電流狀態(tài)下的Latch-up現(xiàn)象，降低空穴電流路徑的電阻；可以使得發(fā)射極電流更加均勻，避免IGBT器件內(nèi)局部區(qū)域的電流過(guò)大；同時(shí)還可以維持導(dǎo)通壓降較小的變化值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種平面柵IGBT及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法，具體講涉及一種平面柵IGBT及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(Insulate-GateBipolar Transistor一IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power M0SFET)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛；IGBT也是三端器件:柵極，集電極和發(fā)射極。
[0003]絕緣柵雙極晶體管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是 MOS 結(jié)構(gòu)雙極器件，屬于具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓600V以上、電流1A以上、頻率為IkHz以上的區(qū)域。多使用在工業(yè)用電機(jī)、民用小容量電機(jī)、變換器(逆變器)、照相機(jī)的頻閃觀測(cè)器、感應(yīng)加熱(Induct1nHeating)電飯鍋等領(lǐng)域。根據(jù)封裝的不同，IGBT大致分為兩種類(lèi)型，一種是模壓樹(shù)脂密封的三端單體封裝型，從TO - 3P到小型表面貼裝都已形成系列。另一種是把IGBT與FWD(FleeWheelD1de)成對(duì)地(2或6組)封裝起來(lái)的模塊型，主要應(yīng)用在工業(yè)上。模塊的類(lèi)型根據(jù)用途的不同，分為多種形狀及封裝方式，都已形成系列化。
[0004]IGBT是強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率MOSFET的自然進(jìn)化。MOSFET由于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS (on)數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了 RDS(on)特性，但是在高電平時(shí)，功率導(dǎo)通損耗仍然要比IGBT高出很多。IGBT較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個(gè)低VCE (sat)的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，與同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡(jiǎn)化IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖。
[0005]IGBT(絕緣柵雙極晶體管)同時(shí)具有單極性器件和雙極性器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身?yè)p耗小，是未來(lái)高壓大電流的發(fā)展方向。
[0006]IGBT器件有源區(qū)是由許多表面MOSFET結(jié)構(gòu)的源胞單位構(gòu)成，傳統(tǒng)的平面柵條形源胞結(jié)構(gòu)的N+注入摻雜區(qū)是連續(xù)長(zhǎng)條形狀，連續(xù)長(zhǎng)條形狀的N+注入摻雜區(qū)沒(méi)有抑制IGBT器件的飽和電流，產(chǎn)生過(guò)大電流沖擊，損壞IGBT器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種平面柵IGBT及其制作方法，通過(guò)調(diào)整N+注入摻雜區(qū)域的形狀和面積，形成空穴電流旁路和N+摻雜發(fā)射區(qū)的集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以有效抑制IGBT器件的飽和電流，避免過(guò)大電流沖擊；可以有效抑制IGBT器件的大電流狀態(tài)下的閂鎖(Latch-up)現(xiàn)象，降低空穴電流路徑的電阻；可以使得發(fā)射極電流更加均勻，避免IGBT器件內(nèi)局部區(qū)域的電流過(guò)大；同時(shí)還可以維持導(dǎo)通壓降較小的變化值。
[0008]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明提供一種平面柵IGBT，所述平面柵IGBT包括襯底、從上到下依次設(shè)置在襯底上的正面金屬電極、隔離氧化膜，和平面柵極，平面柵極與襯底之間的P阱區(qū)，從上到下依次設(shè)置于P阱區(qū)內(nèi)N+型摻雜區(qū)和P+型摻雜區(qū)，依次設(shè)置于襯底背面的背面P+摻雜區(qū)和背面金屬電極；其改進(jìn)之處在于，所述N+型摻雜區(qū)為斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度與寬度比例為3:2，面積為20至30平方微米，所述P+型摻雜區(qū)和斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域共同形成平面柵IGBT空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)；
[0010]所述襯底為均勻摻雜的N型單晶硅片襯底，所述N型單晶硅片襯底包括從上到下依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。
[0011]進(jìn)一步地，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域的間隔區(qū)域的寬度范圍為2至6微米，面積為10至20平方微米；其間隔區(qū)域的形狀為長(zhǎng)方形；所述P+型摻雜區(qū)的P+注入能量大于N+型摻雜區(qū)的N+注入能量，所述P+型摻雜區(qū)形成空穴旁路結(jié)構(gòu)，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形成發(fā)射極集成均流電阻結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步地，所述N型單晶硅片襯底包括:
[0013]A、電場(chǎng)截止FS型襯底:形成方式是先將均勻摻雜的N型單晶硅片進(jìn)行襯底減薄至所需要的襯底厚度；正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層，然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度緩沖區(qū)進(jìn)行摻雜；采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型低濃度緩沖區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié)，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)；最后形成終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu)；最后通過(guò)摻雜注入形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層；
[0014]所述N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的最高摻雜濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5e2至le4 倍；
[0015]B、非穿通NPT型襯底:形成方式是先進(jìn)行終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)源胞結(jié)構(gòu)的形成；在IGBT器件表面結(jié)構(gòu)形成后，進(jìn)行均勻摻雜的N型單晶硅片減薄至所需要的襯底厚度；最后形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層摻雜注入。
[0016]進(jìn)一步地，當(dāng)N型單晶硅片襯底采用軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)，所述平面柵IGBT包括位于N型單晶硅片襯底背面的N型低濃度緩沖區(qū)；若N型單晶硅片襯底采用非穿通NPT型時(shí)，則不需要N型低濃度緩沖區(qū)。
[0017]本發(fā)明還提供一種平面柵IGBT的制作方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0018](一)對(duì)N型單晶硅片襯底預(yù)處理:所述N型單晶硅片襯底的N雜質(zhì)摻雜濃度與厚度需要根據(jù)平面柵IGBT不同的擊穿電壓和正向?qū)▔航颠M(jìn)行選擇，并通過(guò)酸、堿、去離子水超聲清洗工序，對(duì)N型單晶硅片襯底表面進(jìn)行化學(xué)處理；
[0019]( 二)制作N型低濃度摻雜緩沖區(qū):對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲膜質(zhì)，在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行N型低濃度摻雜發(fā)緩沖區(qū)的雜質(zhì)生成，再進(jìn)行溫度為1100度至1150度，時(shí)間為600分鐘至1800分鐘的高溫長(zhǎng)時(shí)間退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到所需要的深度，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，若軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū)，若襯底為非穿通NPT型時(shí)則不需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū)；
[0020](三)制作平面柵極:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化的方式，在硅片表面生長(zhǎng)0.1至0.2微米的氧化膜，并采用淀積方式生長(zhǎng)多晶硅電極，再進(jìn)行光刻和刻蝕形成平面柵極；
[0021](四)制作P阱區(qū):對(duì)平面柵極形成的柵極開(kāi)口通過(guò)注入方式進(jìn)行P型摻雜，再進(jìn)行高溫退火，將P型摻雜推結(jié)到4至6微米，形成P阱區(qū)；
[0022](五)制作N+型摻雜區(qū):通過(guò)光刻形成掩膜，對(duì)P阱區(qū)的多晶開(kāi)口采用注入方式進(jìn)行N+摻雜，形成斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，形成N+型摻雜區(qū)，保證空穴旁路和集成均流電阻結(jié)構(gòu)的形成；
[0023](六)制作平面柵IGBT表面P+型摻雜區(qū):通過(guò)淀積方式生長(zhǎng)氧化膜，全面反刻形成Spacer結(jié)構(gòu)，采用自對(duì)準(zhǔn)離子注入方式進(jìn)行P+摻雜，形成P+型摻雜區(qū)；
[0024](七)制作平面柵IGBT背面P+摻雜區(qū):若襯底采用軟穿通SPT型或者電場(chǎng)截止FS型，在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行P+摻雜區(qū)域的雜質(zhì)生成，再進(jìn)行退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到0.5至I微米范圍內(nèi)；若襯底采用非穿通NPT型，則在背面金屬電極結(jié)構(gòu)前制作背面P+摻雜區(qū)；
[0025](八)制作正面金屬電極:使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行平面柵IGBT器件隔離，進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成隔離氧化膜結(jié)構(gòu)，使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成正面金屬電極，完成了平面柵IGBT正面電極連接;
[0026](九)制作背面金屬電極:對(duì)N型單晶硅片襯底進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈，采用物理淀積或蒸發(fā)形成背面金屬電極，完成平面柵IGBT背面電特性連接。
[0027]進(jìn)一步地，所述步驟(一)中，平面柵IGBT的正向?qū)▔航禐?00V至6500V。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0029]1、本發(fā)明提供的平面柵IGBT通過(guò)調(diào)整N+注入摻雜區(qū)域的形狀和面積，形成空穴電流旁路和N+摻雜發(fā)射區(qū)的集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以有效抑制IGBT器件的飽和電流，避免過(guò)大電流沖擊；可以有效抑制IGBT器件的大電流狀態(tài)下的閂鎖(Latch-up)現(xiàn)象，降低空穴電流路徑的電阻；可以使得發(fā)射極電流更加均勻，避免IGBT器件內(nèi)局部區(qū)域的電流過(guò)大；同時(shí)還可以維持導(dǎo)通壓降較小的變化值。
[0030]2、所采用的制造加工工藝為IGBT芯片通用工藝，易實(shí)現(xiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明提供的具有空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT剖面示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明提供的具有空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT表面示意圖；
[0033]其中:01-N型單晶硅片襯底，02-N型低濃度摻雜緩沖區(qū)，04_P阱區(qū)、05_N+型摻雜區(qū)，06-P+型摻雜，07-P+摻雜區(qū)，08-隔離氧化膜，09-正面金屬電極，10-背面金屬電極。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]本發(fā)明提供一種具有空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT，其剖面示意圖和表面示意圖分別如圖1和2所示，平面柵IGBT包括襯底01、從上到下依次設(shè)置在襯底上的正面金屬電極09、隔離氧化膜08和平面柵極03，平面柵極03與襯底01之間的P阱區(qū)04，從上到下依次設(shè)置于P阱區(qū)04內(nèi)N+型摻雜區(qū)05和P+型摻雜區(qū)06，依次設(shè)置于襯底背面的背面P+摻雜區(qū)07和背面金屬電極10 ;所述N+型摻雜區(qū)為斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度與寬度比例為3:2，面積為20至30平方微米，述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域的間隔區(qū)域的寬度范圍為2至6微米，面積為10至20平方微米；其間隔區(qū)域的形狀為長(zhǎng)方形；所述P+型摻雜區(qū)的P+注入能量大于N+型摻雜區(qū)的N+注入能量，所述P+型摻雜區(qū)形成空穴旁路結(jié)構(gòu)，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形成發(fā)射極集成均流電阻結(jié)構(gòu)；所述P+型摻雜區(qū)和斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域共同形成平面柵IGBT空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述襯底為均勻摻雜的N型單晶硅片襯底，所述N型單晶硅片襯底包括從上到下依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。
[0036]所述N型單晶硅片襯底包括:
[0037]A、電場(chǎng)截止FS型襯底:形成方式是先將均勻摻雜的N型單晶硅片進(jìn)行襯底減薄至所需要的襯底厚度；正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層，然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度緩沖區(qū)進(jìn)行摻雜；采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型低濃度緩沖區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié)，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)；最后形成終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu)；最后通過(guò)摻雜注入形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層；
[0038]所述N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的最高摻雜濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5e2至le4 倍；
[0039]B、非穿通NPT型襯底:形成方式是先進(jìn)行終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)源胞結(jié)構(gòu)的形成；在IGBT器件表面結(jié)構(gòu)形成后，進(jìn)行均勻摻雜的N型單晶硅片減薄至所需要的襯底厚度；最后形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層摻雜注入。
[0040]當(dāng)N型單晶硅片襯底采用軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)，所述平面柵IGBT包括位于N型單晶硅片襯底背面的N型低濃度緩沖區(qū)；若N型單晶硅片襯底采用非穿通NPT型時(shí)，則不需要N型低濃度緩沖區(qū)。
[0041]本發(fā)明還提供一種具有空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT的制作方法，包括下述步驟:
[0042](一)對(duì)N型單晶硅片襯底01預(yù)處理:所述N型單晶硅片襯底的N雜質(zhì)摻雜濃度與厚度需要根據(jù)平面柵IGBT不同的擊穿電壓和正向?qū)▔航敌枨?600V至6500V)進(jìn)行選擇，并通過(guò)酸、堿、去離子水超聲清洗工序，對(duì)N型單晶硅片襯底表面進(jìn)行化學(xué)處理；
[0043]( 二)制作N型低濃度摻雜緩沖區(qū)02:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲膜質(zhì)，在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行N型低濃度摻雜發(fā)緩沖區(qū)的雜質(zhì)生成，再進(jìn)行溫度為1100度至1150度，時(shí)間為600分鐘至1800分鐘的高溫長(zhǎng)時(shí)間退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到所需要的深度，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，若軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū)，若襯底為非穿通NPT型時(shí)則不需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū)；
[0044](三)制作平面柵極03:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化的方式，在硅片表面生長(zhǎng)0.1至0.2微米的氧化膜，并采用淀積方式生長(zhǎng)多晶硅電極，再進(jìn)行光刻和刻蝕形成平面柵極；
[0045](四)制作P阱區(qū)04:對(duì)平面柵極形成的柵極開(kāi)口通過(guò)注入方式進(jìn)行P型摻雜，再進(jìn)行高溫退火，將P型摻雜推結(jié)到4至6微米，形成P阱區(qū)；
[0046](五)制作N+型摻雜區(qū)05:通過(guò)光刻形成掩膜，對(duì)P阱區(qū)的多晶開(kāi)口采用注入方式進(jìn)行N+摻雜，形成斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，形成N+型摻雜區(qū)，保證空穴旁路和集成均流電阻結(jié)構(gòu)的形成；本發(fā)明的N+型摻雜區(qū)由傳統(tǒng)的連續(xù)注入形狀改為斷續(xù)的注入形狀，間斷的寬度范圍在2至6微米，間斷的位置要對(duì)準(zhǔn)對(duì)邊的條形N型注入條形區(qū)的中間位置；后續(xù)通過(guò)淀積氧化膜，進(jìn)行反刻形成Spacer，再進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)的P+注入摻雜，P+注入能量要大于N+注入能量；N+注入的間斷區(qū)域主要為P+注入?yún)^(qū)域形成空穴旁路結(jié)構(gòu)，而間斷的N+注入?yún)^(qū)域形成了發(fā)射極集成均流電阻結(jié)構(gòu)；
[0047](六)制作平面柵IGBT表面P+型摻雜區(qū)06:通過(guò)淀積方式生長(zhǎng)隔離氧化硅，全面反刻形成Spacer結(jié)構(gòu)，保證接觸孔穿通N+、但不能刻穿P+ ;采用自對(duì)準(zhǔn)離子注入方式進(jìn)行P+摻雜，形成P+型摻雜區(qū)；
[0048](七)制作平面柵IGBT背面P+摻雜區(qū)07:若襯底采用軟穿通SPT型或者電場(chǎng)截止FS型，在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行P+摻雜區(qū)域的雜質(zhì)生成，再進(jìn)行退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到0.5至I微米范圍內(nèi)；若襯底采用非穿通NPT型，則在背面金屬電極結(jié)構(gòu)前制作背面P+摻雜區(qū)；
[0049](八)制作隔離氧化膜08和正面金屬電極、09:使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行平面柵IGBT器件隔離，進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成隔離氧化膜結(jié)構(gòu)，使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，去除不需要的金屬部分，形成正面金屬電極，完成了平面柵IGBT正面電極連接；
[0050](九)制作背面金屬電極10:對(duì)N型單晶硅片襯底進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈，采用物理淀積或蒸發(fā)形成背面金屬電極，完成平面柵IGBT背面電特性連接。
[0051]本發(fā)明提供的一種具有空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)的平面柵IGBT。在傳統(tǒng)的平面柵型IGBT基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整N+注入摻雜區(qū)域的形狀和面積，形成空穴電流旁路和N+摻雜發(fā)射區(qū)的集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以有效抑制IGBT器件的飽和電流，避免過(guò)大電流沖擊；可以有效抑制IGBT器件的大電流狀態(tài)下的Latch-up現(xiàn)象，降低空穴電流路徑的電阻；可以使得發(fā)射極電流更加均勻，避免IGBT器件內(nèi)局部區(qū)域的電流過(guò)大；同時(shí)還可以維持導(dǎo)通壓降較小的變化值。
[0052]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種平面柵IGBT，所述平面柵IGBT包括襯底、從上到下依次設(shè)置在襯底上的正面金屬電極、隔離氧化膜，和平面柵極，平面柵極與襯底之間的P阱區(qū)，從上到下依次設(shè)置于P阱區(qū)內(nèi)N+型摻雜區(qū)和P+型摻雜區(qū)，依次設(shè)置于襯底背面的背面P+摻雜區(qū)和背面金屬電極；其特征在于，所述N+型摻雜區(qū)為斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度與寬度比例為3:2，面積為20至30平方微米，所述P+型摻雜區(qū)和斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域共同形成平面柵IGBT空穴旁路和發(fā)射極集成均流電阻復(fù)合結(jié)構(gòu)； 所述襯底為均勻摻雜的N型單晶硅片襯底，所述N型單晶硅片襯底包括從上到下依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。
2.如權(quán)利要求1所述的平面柵IGBT，其特征在于，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域的間隔區(qū)域的寬度范圍為2至6微米，面積為10至20平方微米；其間隔區(qū)域的形狀為長(zhǎng)方形；所述P+型摻雜區(qū)的P+注入能量大于N+型摻雜區(qū)的N+注入能量，所述P+型摻雜區(qū)形成空穴旁路結(jié)構(gòu)，所述斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域形成發(fā)射極集成均流電阻結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的平面柵IGBT，其特征在于，所述N型單晶硅片襯底包括: A、電場(chǎng)截止FS型襯底:形成方式是先將均勻摻雜的N型單晶硅片進(jìn)行襯底減薄至所需要的襯底厚度；正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層，然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度緩沖區(qū)進(jìn)行摻雜；采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型低濃度緩沖區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié)，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)；最后形成終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu)；最后通過(guò)摻雜注入形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層； 所述N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的最高摻雜濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5e2至le4倍; B、非穿通NPT型襯底:形成方式是先進(jìn)行終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)源胞結(jié)構(gòu)的形成；在IGBT器件表面結(jié)構(gòu)形成后，進(jìn)行均勻摻雜的N型單晶硅片減薄至所需要的襯底厚度；最后形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層摻雜注入。
4.如權(quán)利要求1所述的平面柵IGBT，其特征在于，當(dāng)N型單晶硅片襯底采用軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)，所述平面柵IGBT包括位于N型單晶硅片襯底背面的N型低濃度緩沖區(qū)；若N型單晶硅片襯底采用非穿通NPT型時(shí)，則不需要N型低濃度緩沖區(qū)。
5.一種如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的平面柵IGBT的制作方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (一)對(duì)N型單晶硅片襯底預(yù)處理:所述N型單晶硅片襯底的N雜質(zhì)摻雜濃度與厚度需要根據(jù)平面柵IGBT不同的擊穿電壓和正向?qū)▔航颠M(jìn)行選擇，并通過(guò)酸、堿、去離子水超聲清洗工序，對(duì)N型單晶硅片襯底表面進(jìn)行化學(xué)處理； (二)制作N型低濃度摻雜緩沖區(qū):對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲膜質(zhì)，在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行N型低濃度摻雜發(fā)緩沖區(qū)的雜質(zhì)生成，再進(jìn)行溫度為1100度至1150度，時(shí)間為600分鐘至1800分鐘的高溫長(zhǎng)時(shí)間退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到所需要的深度，形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，若軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū)，若襯底為非穿通NPT型時(shí)則不需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū)； (三)制作平面柵極:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化的方式，在硅片表面生長(zhǎng)0.1至0.2微米的氧化膜，并采用淀積方式生長(zhǎng)多晶硅電極，再進(jìn)行光刻和刻蝕形成平面柵極； (四)制作P阱區(qū):對(duì)平面柵極形成的柵極開(kāi)口通過(guò)注入方式進(jìn)行P型摻雜，再進(jìn)行高溫退火，將P型摻雜推結(jié)到4至6微米，形成P阱區(qū)； (五)制作N+型摻雜區(qū):通過(guò)光刻形成掩膜，對(duì)P阱區(qū)的多晶開(kāi)口采用注入方式進(jìn)行N+摻雜，形成斷續(xù)的N+摻雜區(qū)域，形成N+型摻雜區(qū)，保證空穴旁路和集成均流電阻結(jié)構(gòu)的形成； (六)制作平面柵IGBT表面P+型摻雜區(qū):通過(guò)淀積方式生長(zhǎng)氧化膜，全面反刻形成Spacer結(jié)構(gòu)，采用自對(duì)準(zhǔn)離子注入方式進(jìn)行P+摻雜，形成P+型摻雜區(qū)； (七)制作平面柵IGBT背面P+摻雜區(qū):若襯底采用軟穿通SPT型或者電場(chǎng)截止FS型，在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行P+摻雜區(qū)域的雜質(zhì)生成，再進(jìn)行退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到0.5至I微米范圍內(nèi)；若襯底采用非穿通NPT型，則在背面金屬電極結(jié)構(gòu)前制作背面P+摻雜區(qū)； (A)制作正面金屬電極:使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行平面柵IGBT器件隔離，進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成隔離氧化膜結(jié)構(gòu)，使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成正面金屬電極，完成了平面柵IGBT正面電極連接； (九)制作背面金屬電極:對(duì)N型單晶硅片襯底進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈，采用物理淀積或蒸發(fā)形成背面金屬電極，完成平面柵IGBT背面電特性連接。
6.如權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步驟(一)中，平面柵IGBT的正向?qū)▔航禐?00V至6500V。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104393032SQ201410734307
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】趙哿, 王耀華, 高明超, 劉江, 金銳, 溫家良 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司