一種igbt及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種IGBT及其制作方法，所述IGBT包括：位于所述半導(dǎo)體襯底上表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)的阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同；位于所述阱區(qū)、淺阱區(qū)和源區(qū)表面上的源極；位于所述半導(dǎo)體下表面的背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)。所述IGBT工作時(shí)，一部分空穴電流可以經(jīng)過(guò)集電區(qū)-漂移區(qū)-阱區(qū)，流入源極，一部分空穴電流可以經(jīng)過(guò)集電區(qū)-漂移區(qū)-淺阱區(qū)，流入源極。可見(jiàn)，所述淺阱區(qū)為IGBT提供了一個(gè)額外的電流通道對(duì)空穴電流進(jìn)行分流，進(jìn)而提高了IGBT的閂鎖電流，增加IGBT抗閂鎖能力。
【專利說(shuō)明】一種IGBT及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制作工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種IGBT及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡(jiǎn)稱 IGBT)是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET器件的高輸入阻抗和電力晶體管(即巨型晶體管，簡(jiǎn)稱GTR)的高速開關(guān)特性的優(yōu)點(diǎn)，因此，IGBT作為一種必須的開關(guān)器件被廣泛的應(yīng)用在變頻器和逆變器等電路結(jié)構(gòu)中。
[0003]參考圖1，圖1為一種平面柵極結(jié)構(gòu)的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:N型輕摻雜(N_)半導(dǎo)體襯底I ;位于N—半導(dǎo)體襯底I上表面的柵極結(jié)構(gòu)以及源極結(jié)構(gòu)；位于所述N—半導(dǎo)體襯底I下表面的P型重?fù)诫s(P+)集電區(qū)4。
[0004]所述源極結(jié)構(gòu)包括:位于所述N—半導(dǎo)體襯底I上表面內(nèi)的P型阱區(qū)2 ;位于所述P型阱區(qū)2上表面內(nèi)的N型重?fù)诫s(N+)源區(qū)3。所述柵極結(jié)構(gòu)包括:設(shè)置在所述N_半導(dǎo)體襯底I上表面的柵極G。所述P+集電區(qū)4下表面設(shè)置有集電極C。其中，所述N—半導(dǎo)體襯底I以及柵極G上方設(shè)置有電極層，所述電極層包括源極5。
[0005]理想情況下，N+源區(qū)3與P型阱區(qū)2構(gòu)成的PN結(jié)應(yīng)不導(dǎo)通。但是，實(shí)際上，上述IGBT在工作時(shí)，當(dāng)空穴電流到達(dá)一定值時(shí)，IGBT導(dǎo)通后不能關(guān)斷，出現(xiàn)閂鎖效應(yīng)，使IGBT出現(xiàn)閂鎖效應(yīng)的空穴電流為閂鎖電流。現(xiàn)有的IGBT閂鎖電流小，抗閂鎖能力較弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種IGBT及其制作方法，以解決IGBT閂鎖電流小，抗閂鎖能力較弱的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種 IGBT，該 IGBT 包括:
[0009]半導(dǎo)體襯底；
[0010]位于所述半導(dǎo)體襯底上表面的柵極結(jié)構(gòu)；
[0011]位于所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)的阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同；
[0012]位于所述阱區(qū)、淺阱區(qū)和源區(qū)表面上的源極；
[0013]位于所述半導(dǎo)體下表面的背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)。
[0014]優(yōu)選的，在上述IGBT中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括:第一子?xùn)艠O以及第二子?xùn)艠O，所述第一子?xùn)艠O以及第二子?xùn)艠O存在間隙。
[0015]優(yōu)選的，在上述IGBT中，其特征在于，所述淺阱區(qū)的長(zhǎng)度為0.5μπι-2μπι。[0016]優(yōu)選的，在上述IGBT中，所述淺阱區(qū)深度為0.5 μ m-1.5 μ m。
[0017]優(yōu)選的，在上述IGBT中，所述背面結(jié)構(gòu)還包括:
[0018]位于所述集電區(qū)下表面的集電極。
[0019]優(yōu)選的，所述背面還包括:位于所述集電區(qū)上表面的緩沖層，所述緩沖層的摻雜類型與所述半導(dǎo)體襯底的摻雜類型相同，且所述緩沖層的摻雜濃度大于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度。
[0020]本發(fā)明還提供了一種IGBT的制作方法，該方法包括:
[0021]提供一半導(dǎo)體襯底；
[0022]在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成柵極結(jié)構(gòu)；
[0023]在所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)形成阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述源區(qū)位于所述阱區(qū)表面內(nèi)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同；
[0024]在所述半導(dǎo)體下表面形成背面結(jié)構(gòu)。
[0025]優(yōu)選的，在上述方法中，所述淺阱區(qū)形成過(guò)程包括:
[0026]對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入，形成摻雜區(qū)；
[0027]經(jīng)過(guò)退火，使所述摻雜區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)離子擴(kuò)散，形成設(shè)定寬度及深度的淺阱區(qū)。
[0028]優(yōu)選的，在上述方法中，所述離子注入的注入劑量為1.0X1012cm_2-l.0X 1013cm_2。
[0029]優(yōu)選的，在上述方法中，所述離子注入的注入能量大于零，且小于40keV。
[0030]優(yōu)選的，在上述方法中，退火溫度為800°C -1000°C。
[0031]從上述技術(shù)方案可以看出，本申請(qǐng)所述IGBT設(shè)置有與所述阱區(qū)摻雜類型相同的淺阱區(qū)，從而可在所述IGBT內(nèi)形成一個(gè)空穴電流的輔助電流通道(集電區(qū)-漂移區(qū)-淺阱區(qū))。所以，所述IGBT工作時(shí)，一部分空穴電流可以經(jīng)過(guò)集電區(qū)-漂移區(qū)-阱區(qū)，流入源極，一部分空穴電流可以經(jīng)過(guò)集電區(qū)-漂移區(qū)-淺阱區(qū)，流入源極?？梢?jiàn)，所述淺阱區(qū)為IGBT提供了一個(gè)額外的電流通道對(duì)空穴電流進(jìn)行分流，進(jìn)而提高了 IGBT的閂鎖電流，增加IGBT抗閂鎖能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種常見(jiàn)的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為圖1中所示IGBT的一個(gè)晶閘管的等效分析示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為圖3中所示IGBT的一個(gè)晶閘管的等效分析示意圖；
[0037]圖5為IGBT中電容分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有的IGBT閂鎖電流小，抗閂鎖能力較弱。[0039]參考圖1，在圖1中所示IGBT中，其N+源區(qū)3、P型阱區(qū)2、N_漂移區(qū)以及P+集電區(qū)4構(gòu)成了一個(gè)寄生的NPNP晶閘管。所述NPNP晶閘管包括:NPN晶體管Ql (N+源區(qū)3-P型阱區(qū)2-N-漂移區(qū))與PNP晶體管Q2 (P型阱區(qū)2-N_漂移區(qū)-P+集電區(qū)4)。IGBT存在三個(gè)PN結(jié):N+源區(qū)3與P型阱區(qū)2之間的PN結(jié)J3，P型阱區(qū)2與N—漂移區(qū)之間的PN結(jié)J2，N—漂移區(qū)與P+集電區(qū)4之間的PN結(jié)J1。其中，所述漂移區(qū)是半導(dǎo)體襯底中不包括阱區(qū)、源區(qū)以及集電區(qū)的部分。
[0040]參考圖2，圖2為圖1中所示IGBT的一個(gè)晶閘管的等效分析示意圖。理想情況下，由N+源區(qū)3與P型阱區(qū)2構(gòu)成的PN結(jié)J3應(yīng)具有較小的電阻(電阻Rsp即為J3的等效電阻)，保證J3不導(dǎo)通。但是，實(shí)際上由于P型阱區(qū)2的摻雜濃度不高，導(dǎo)致電阻Rsp較大，當(dāng)IGBT的空穴電流I (圖2中箭頭所示)經(jīng)P型阱區(qū)2時(shí)，在橫向上會(huì)形成如圖2所示的電勢(shì)差(VI >V2)。而N+源區(qū)3與P型阱區(qū)是短路的，即晶體管Ql的發(fā)射極以及基極短路，V2相當(dāng)于發(fā)射極(N+源區(qū))的電勢(shì)，因此，當(dāng)空穴電流I較大時(shí)，V1-V2的值會(huì)大于J3的閾值電壓(一般僅為0.7V左右)，J3正向偏置并導(dǎo)通，此時(shí)，將會(huì)有電流流入N+源區(qū)3，從而導(dǎo)致柵極的開關(guān)作用失效，使IGBT脫離柵極控制，導(dǎo)通后不能關(guān)斷，出現(xiàn)閂鎖效應(yīng)。
[0041]通過(guò)上述分析，出現(xiàn)閂鎖效應(yīng)的必要條件是晶體管Ql的增益系數(shù)與晶體管的增益系數(shù)Q2之和為1，即aQ1+aQ2=l，晶閘管導(dǎo)通。此時(shí)，晶體管Q2的基極(P型阱區(qū))電流流經(jīng)晶體管Q2放大后成為晶體管Ql的基極(N_漂移區(qū))電流，該電流再經(jīng)過(guò)晶體管Ql放大后回流到晶體管Ql的基極，如此循環(huán)形成正反饋，電流會(huì)增長(zhǎng)很快，產(chǎn)生大量的熱，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致IGBT燒壞。
[0042]可見(jiàn)，晶體管Ql與晶體管Q2的增益系數(shù)可決定IGBT的抗H鎖能力，所以，通過(guò)減小上述兩晶體管的增益系數(shù)可以增加IGBT的抗閂鎖能力。
[0043]由于晶體管Ql的增益系數(shù)減小會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通壓降的增加，增加導(dǎo)通損耗。所以，一般是通過(guò)減小晶體管Q2的增益系數(shù)來(lái)改善IGBT的抗閂鎖能力，如增加P阱區(qū)2以及N+源區(qū)3的摻雜濃度來(lái)降低J3的電阻，減小晶體管Q2的增益系數(shù)，進(jìn)而提高器件的抗閂鎖能力。
[0044]雖然增加P阱區(qū)2以及N+源區(qū)3的摻雜濃度來(lái)降低J3的電阻，可以減小晶體管Q2的增益系數(shù)，提高器件的抗閂鎖能力，但是，這樣會(huì)增加IGBT的閾值電壓，使得IGBT的開
啟變困難。
[0045]基于上述研究，本發(fā)明提供了一種IGBT，該IGBT包括:位于所述半導(dǎo)體襯底上表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)的阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同；位于所述阱區(qū)、淺阱區(qū)和源區(qū)表面上的源極；位于所述半導(dǎo)體下表面的背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)。
[0046]與上述IGBT相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明還提供了一種IGBT的制作方法，包括:提供一半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)形成阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述源區(qū)位于所述阱區(qū)表面內(nèi)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同；在所述阱區(qū)、淺阱區(qū)和源區(qū)表面形成源極；在所述半導(dǎo)體下表面形成背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)。[0047]本發(fā)明所述技術(shù)方案在兩阱區(qū)之間設(shè)置淺阱區(qū)，從而可在所述IGBT內(nèi)形成一個(gè)空穴電流的輔助電流通道(集電區(qū)-漂移區(qū)-淺阱區(qū))。所述輔助電流通道可對(duì)所述空穴電流進(jìn)行分流，提高IGBT的閂鎖電流，增加IGBT抗閂鎖能力。同時(shí)，可通過(guò)設(shè)置所述淺阱區(qū)的摻雜濃度、深度以及長(zhǎng)度調(diào)節(jié)所述輔助電流通道的分流能力。
[0048]進(jìn)一步的，可通過(guò)設(shè)置所述柵極的結(jié)構(gòu)減小柵漏電容，以降低IGBT的開關(guān)損耗。
[0049]以上是本申請(qǐng)的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0050]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0051]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及高度的三維空間尺寸。
[0052]基于上述思想，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種IGBT，參考圖3，所述IGBT包括:N_半導(dǎo)體襯底I ;設(shè)置在所述N—半導(dǎo)體襯底I表面的柵極結(jié)構(gòu)；設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底I上表面內(nèi)的P型阱區(qū)2以及P+淺阱區(qū)6 ;設(shè)置在所述P型阱區(qū)2表面內(nèi)的N+源區(qū)3 ;設(shè)置在所述P型阱區(qū)2、P+淺阱區(qū)6以及N+源區(qū)3表面上的源極5 ;設(shè)置在所述半導(dǎo)體下表面的背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括P型集電區(qū)4。
[0053]其中，所述源極5分別與所述P型阱區(qū)2、P+淺阱區(qū)6以及N+源區(qū)3電接觸。所述P型阱區(qū)2、N+源區(qū)3以及P+淺阱區(qū)6的上表面與所述半導(dǎo)體襯底I的上表面齊平，即所述P型阱區(qū)2的上表面、N+源區(qū)3的上表面、P+淺阱區(qū)6的上表面、半導(dǎo)體襯底I的上表面位
于同一平面。
[0054]所述背面結(jié)構(gòu)還包括:設(shè)置在所述P+集電區(qū)4下表面的集電極C。
[0055]參考圖4 (圖4為圖3中所示IGBT的一個(gè)NPNP晶閘管的等效分析示意圖)，由圖4中各電流流向可知，所述IGBT的空穴電流I中的一部分電流Ip2會(huì)經(jīng)由所述P+淺阱區(qū)6匯集到上方的源極5，從而使得經(jīng)由P型阱區(qū)2的電流Ipl變小。因此，所述淺阱區(qū)可以使得IGBT具有更大的閂鎖電流I。
[0056]本實(shí)施例采用P+淺阱區(qū)，即P型重?fù)诫s淺阱區(qū)。P+淺阱區(qū)的摻雜濃度大于IGBT的P型阱區(qū)的摻雜濃度。所以，P+淺阱區(qū)具有較淺的深度以及長(zhǎng)度時(shí)即可實(shí)現(xiàn)較好的分流作用。優(yōu)選的，所述P+淺阱區(qū)6的長(zhǎng)度為0.5μπι-2μπι，深度為0.5 μ m-1.5 μ m。
[0057]N+源區(qū)3與P型阱區(qū)2之間的PN結(jié)J3正向偏置導(dǎo)通的電流In臨界值為定值，只有電流Ipl足夠大時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生足夠大的電壓導(dǎo)致J3導(dǎo)通，使得有電流In注入N+源區(qū)3。而由于本實(shí)施例所述IGBT的P+淺阱區(qū)6的分流作用，使得空穴電流I中的一部分電流Ip2會(huì)經(jīng)由所述P+淺阱區(qū)6匯集到上方的電極層，減小了電流Ipl，如要發(fā)生閂鎖效應(yīng)，需具較大的空穴電流I。因此，所述IGBT具有較大的閂鎖電流，提高了抗閂鎖能力。
[0058]所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極以及位于所述柵極與所述襯底之間的柵氧化層。所述柵極可以包括一個(gè)柵極。[0059]為了降低柵極長(zhǎng)度，優(yōu)選的，本實(shí)施例所述柵極結(jié)構(gòu)包括:第一子?xùn)艠OGl和第二子?xùn)艠OG2，所述第一子?xùn)艠OGl和第二子?xùn)艠OG2間存在間隙。上述結(jié)構(gòu)的柵極結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)柵極結(jié)構(gòu)降低了柵極的長(zhǎng)度。而兩子?xùn)艠O間的間隔為柵極減小的長(zhǎng)度，柵極長(zhǎng)度的減小，降低了 IGBT的電容。
[0060]參考圖5，IGBT的電容包括:柵源之間的電容Cgs，柵漏之間的電容Cgd，源漏之間的電各Cds。
[0061]柵源之間的電容Cgs表達(dá)式為:
[0062]Cgs = Cgs (λ,) + Cgs{P,
[0063]柵漏之間的電容Cgd表達(dá)式為:
[0064]I Cgd= I Cgd(ox)+1 Cgd(dep)
[0065]其中，Cgs(N+)柵極結(jié)構(gòu)Gate (簡(jiǎn)稱為柵極結(jié)構(gòu)G)與N+源區(qū)交疊部分的電容，Cgs(P)為柵極結(jié)構(gòu)G與P阱區(qū)交疊部分的電容，Cgs(M)為柵極結(jié)構(gòu)G與電極層之間交的電容，這三個(gè)電容值均與器件本身的參數(shù)相關(guān)，主要取決于柵極G與半導(dǎo)體襯底之間的柵氧化層的厚度。Cgd(ox)為柵氧化層電容，Cgd(dep)為柵下N—漂移區(qū)的耗盡層電容，這兩個(gè)電容值均與柵長(zhǎng)度密切相關(guān)，通過(guò)減小柵極結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度能夠減小柵漏之間的電容。至于源漏之間的電容Cds，為PN結(jié)電容，它的大小是由 器件在源漏之間所加的電壓決定的。
[0066]一般采用輸入電容Ciss、輸出電容Ctjss和反饋電容C?s來(lái)表征IGBT的頻率特性。所述輸入電容Ciss、輸出電容Ctjss和反饋電容c?s由上段中各電容構(gòu)成，且會(huì)隨著器件施加電壓而變化。
[0067]其中，輸入電容Ciss=Cgs+Cgd ;輸出電容(；ss=Cds+Cgd ;反饋電容C_=Cgd。
[0068]開關(guān)時(shí)間與電容之間的關(guān)系式如下:
_9] td(on)=ClRg\u(\-VlhIVgs)
[0070]td(ojf) = CissRg Iniirth jVgs)
[0071]
[0072]tf =ClR^-VJVi,)
[0073]其中，td(m)是IGBT的開啟延遲時(shí)間，td(()ff)是IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間，&是IGBT開啟時(shí)集電極電流值的上升時(shí)間，~是IGBT關(guān)斷時(shí)集電極電流的下降時(shí)間。Rg是開關(guān)測(cè)試電路中器件外接?xùn)烹娮?，Vth是IGBT的閾值電壓，Vgs是外加?xùn)旁措妷?，Vgs是使得IGBT漏源電壓下降為最大值的10%時(shí)的柵源電壓。?ι是器件的輸入電容不同時(shí)間段的表達(dá)形式，在td(on)矛口 td(0ff) 表達(dá)式中為Ciss=cgs+cgd，但是在tf和仁的表達(dá)式中卻為Ciss=Cgs+(1+k)Cgd，原因是存在密勒效應(yīng)。
[0074]從上述表達(dá)式可以看出，柵漏之間的電容對(duì)輸入電容、輸出電容和反饋電容均有影響，且柵漏之間的電容會(huì)隨著柵長(zhǎng)度的減小而減小，進(jìn)而減小了開關(guān)時(shí)間，也就是減小了開關(guān)損耗。而本專利中所提到的新的IGBT結(jié)構(gòu)正好可以減小柵的長(zhǎng)度，從而該器件結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化器件的開關(guān)特性。
[0075]在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，IGBT的背面結(jié)構(gòu)還包括:設(shè)置在所述集電區(qū)上表面的緩沖層。所述緩沖層的摻雜類型與所述半導(dǎo)體襯底的摻雜類型相同，且所述緩沖層的摻雜濃度大于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度。所述緩沖層可以提高器件的擊穿電壓。[0076]與圖3所示實(shí)施例對(duì)應(yīng)的，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種IGBT的制作方法，該方法包括步驟:
[0077]步驟S1:提供一 N_半導(dǎo)體襯底。
[0078]所述Pf半導(dǎo)體襯底為N型輕摻雜半導(dǎo)體襯底。所述Pf半導(dǎo)體襯底可以為單晶娃或多晶硅或是硅鍺等制作的N型淺摻雜半導(dǎo)體襯底。
[0079]步驟S2:在所述N_半導(dǎo)體襯底上表面形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0080]對(duì)所述N_半導(dǎo)體襯底進(jìn)行正面氧化，形成第一氧化層，在第一氧化層上沉積多晶硅層。對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行刻蝕，形成需要的柵極結(jié)構(gòu)。在對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行刻蝕的同時(shí)刻蝕第一氧化層，僅保留柵極結(jié)構(gòu)與所述半導(dǎo)體襯底之間的第一氧化層，柵極結(jié)構(gòu)與所述半導(dǎo)體襯底之間保留的第一氧化層第一為柵氧化層。
[0081]優(yōu)選的，本實(shí)施例所制備的柵極結(jié)構(gòu)為雙級(jí)柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括第一子?xùn)艠O與第二子?xùn)艠O，所述第一子?xùn)艠O與第二子?xùn)艠O間存在間隙。
[0082]步驟S3:在所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)形成P型阱區(qū)，N+源區(qū)和P+淺阱區(qū)。
[0083]所述N+源區(qū)位于所述P型阱區(qū)表面內(nèi)，所述P型阱區(qū)、N+源區(qū)以及P+淺阱區(qū)的上表面與所述N_半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述P型阱區(qū)和P+淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同。
[0084]首先，采用P型離子注入形成P型阱區(qū)的注入?yún)^(qū)，通過(guò)推阱工藝使得該注入?yún)^(qū)內(nèi)雜質(zhì)離子擴(kuò)散到需要的深度及寬度，形成設(shè)定寬度和深度的P型阱區(qū)。
[0085]優(yōu)選的，所述注入離子可以為硼離子。所述推阱工藝的退火溫度為1000°C-1200°c。然后，在所述P型阱區(qū)內(nèi)形成N+源區(qū)的注入?yún)^(qū)。再對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理的半導(dǎo)體襯底上表面以及柵極結(jié)構(gòu)的上表面進(jìn)行氧化，形成第二氧化層，然后刻蝕所述第二氧化層，形成P+淺阱區(qū)注入窗口以及N+源區(qū)注入窗口。對(duì)所述P+淺阱區(qū)注入窗口進(jìn)行P型離子注入，形成P+淺阱區(qū)的注入?yún)^(qū)，對(duì)所述N+源區(qū)注入窗口進(jìn)行離子注入，形成N+源區(qū)的注入?yún)^(qū)。
[0086]再通過(guò)退火使得所述N+源區(qū)的注入?yún)^(qū)以及P+淺阱區(qū)的注入?yún)^(qū)內(nèi)雜質(zhì)離子擴(kuò)散到需要的深度及寬度，形成N+源區(qū)以及P+淺阱區(qū)。
[0087]本實(shí)施例所述方法形成P+淺阱區(qū)，即P型重?fù)诫s淺阱區(qū)。P+淺阱區(qū)的摻雜濃度大于IGBT的P型阱區(qū)的摻雜濃度。所以，P+淺阱區(qū)具有較淺的深度以及長(zhǎng)度時(shí)即可實(shí)現(xiàn)較好的分流作用。
[0088]同時(shí)鑒于IGBT的源區(qū)位于阱區(qū)內(nèi)，深度小于阱區(qū)的深度。在對(duì)所述第二氧化層進(jìn)行刻蝕的同時(shí)即可形成淺阱區(qū)的注入窗口。且淺阱區(qū)的注入?yún)^(qū)以及源區(qū)的注入?yún)^(qū)可同時(shí)退火形成淺阱區(qū)和源區(qū)。在傳統(tǒng)制造工藝上，僅多采用了一次離子注入即可形成本實(shí)施例所述IGBT的淺阱區(qū)，工藝簡(jiǎn)單。
[0089]優(yōu)選的，在形成淺阱區(qū)的注入?yún)^(qū)時(shí)，采用硼離子的注入，以形成P+淺阱區(qū)，硼離子的注入劑量為1.0X IO12CnT2-L OX 1013cm_2。在上述注入劑量時(shí)，硼離子的注入的注入能量要大于O且小于40keV。淺阱區(qū)以及源區(qū)的退火溫度為800°C-1000°C。此時(shí)，形成的P淺講區(qū)的長(zhǎng)度為0.5 μ m-2 μ m,其深度為0.5 μ m-1.5 μ m。
[0090]步驟S4:在所述P型阱區(qū)、P+淺阱區(qū)和源N+區(qū)表面形成源極。
[0091]經(jīng)過(guò)上述步驟后，在所述P型阱區(qū)、P+淺阱區(qū)和源N+區(qū)表面形成第三氧化層。對(duì)所述第三氧化層進(jìn)行刻蝕，形成連接通孔。然后在所述第三氧化層上沉積電極層。對(duì)所述電極層進(jìn)行刻蝕，形成源極。所述源極可通過(guò)所述連接孔與源區(qū)、阱區(qū)以及淺阱區(qū)接觸。優(yōu)選的所述電極層為金屬鋁層。
[0092]步驟S5:在經(jīng)過(guò)上述處理的N_半導(dǎo)體下表面形成背面結(jié)構(gòu)。
[0093]所述背面結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)?？赏ㄟ^(guò)離子注入以及退火在所述N—半導(dǎo)體襯底下表面內(nèi)形成P+集電區(qū)。
[0094]優(yōu)選的，通過(guò)硼離子注入，在所述半導(dǎo)體襯底的下表面內(nèi)形成P+集電區(qū)的注入?yún)^(qū)，再經(jīng)過(guò)退火，形成一定深度的P+集電區(qū)。該退火溫度為400°c -500°c。
[0095]所述IGBT的集電區(qū)下方還設(shè)置有集電極?？赏ㄟ^(guò)沉積工藝在所述集電區(qū)下方沉積一層金屬鋁作為集電極。
[0096]最終形成的IGBT的結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖3所示，所述IGBT上述方法形成的IGBT具有雙級(jí)柵極結(jié)構(gòu)以及淺阱區(qū)結(jié)構(gòu)，該IGBT具有較大的閂鎖電流，抗閂鎖能力強(qiáng)。且雙級(jí)柵極結(jié)構(gòu)降低了柵極的長(zhǎng)度，進(jìn)而減小了柵漏電容。而柵漏電容的減小降低了器件的開關(guān)損耗，提高了器件的綜合性能。
[0097]為了增加IGBT的擊穿電壓，可在形成背面結(jié)構(gòu)的時(shí)候，首先對(duì)所述N—半導(dǎo)體襯底下表面進(jìn)行N型離子注入并退火，形成N+緩沖層。然后在對(duì)所述N—半導(dǎo)體襯底下表面進(jìn)行P型離子注入形成P+集電區(qū)。
[0098]本申請(qǐng)所述輕摻雜、重?fù)诫s為表示摻雜濃度大小的一個(gè)相對(duì)標(biāo)記，對(duì)于摻雜濃度， < N < N' P < P+。
[0099]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底； 位于所述半導(dǎo)體襯底上表面的柵極結(jié)構(gòu)； 位于所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)的阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同； 位于所述阱區(qū)、淺阱區(qū)和源區(qū)表面上的源極； 位于所述半導(dǎo)體下表面的背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括:第一子?xùn)艠O以及第二子?xùn)艠O，所述第一子?xùn)艠O以及第二子?xùn)艠O存在間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述淺阱區(qū)的長(zhǎng)度為0.5μπι-2μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT，其特征在于，所述淺阱區(qū)深度為0.5 μ m-1.5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述背面結(jié)構(gòu)還包括: 位于所述集電區(qū)下表面的集電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT，其特征在于，所述背面還包括:位于所述集電區(qū)上表面的緩沖層，所述緩沖層的摻雜類型與所述半導(dǎo)體襯底的摻雜類型相同，且所述緩沖層的摻雜濃度大于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度。
7.—種IGBT的制作方法，其特征在于，包括: 提供一半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成柵極結(jié)構(gòu)； 在所述半導(dǎo)體襯底上表面內(nèi)形成阱區(qū)、源區(qū)和淺阱區(qū)，其中，所述源區(qū)位于所述阱區(qū)表面內(nèi)，所述阱區(qū)、源區(qū)以及淺阱區(qū)的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面齊平，所述阱區(qū)和所述淺阱區(qū)不接觸且摻雜類型相同； 在所述阱區(qū)、淺阱區(qū)和源區(qū)表面形成源極； 在所述半導(dǎo)體下表面形成背面結(jié)構(gòu)，所述背面結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述淺阱區(qū)形成過(guò)程包括: 對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入，形成摻雜區(qū)； 經(jīng)過(guò)退火，使所述摻雜區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)離子擴(kuò)散，形成設(shè)定寬度及深度的淺阱區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述離子注入的注入劑量為1.0X IO12Cm 2-1.0 X IO13Cm 2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述離子注入的注入能量大于零，且小于 40keVo
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，退火溫度為800°C-1000°C。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK103872111SQ201210530076
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】談景飛, 朱陽(yáng)軍, 胡愛(ài)斌, 張文亮, 王波 申請(qǐng)人:上海聯(lián)星電子有限公司, 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所, 江蘇中科君芯科技有限公司