專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的igbt的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于基本電氣元件領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT。
背景技術(shù)：
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)是一種由BJT (雙極型三極管)和MOSFET (絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合型電壓控制的功率半導(dǎo)體器件，這種器件同時(shí)具有功率BJT和功率MOSFET的主要優(yōu)點(diǎn) 輸入阻抗高，輸入驅(qū)動(dòng)功率小，導(dǎo)通電阻小，電流容量大，開(kāi)關(guān)速度快等。在這個(gè)高壓高頻電力電子器件時(shí)代，IGBT無(wú)疑成為電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的主流器件。IGBT發(fā)展到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了三代技術(shù)=PT-1GBT(穿通型IGBT)，NPT-1GBT (非穿通型IGBT)和FS-1GBT (電場(chǎng)終止型IGBT)。穿通與非穿通是指在擊穿電壓下，耗盡層是否穿通η-漂移區(qū)(耐壓層)。盡管NPT-1GBT和FS-1GBT技術(shù)越來(lái)越受到行內(nèi)青睞，然而對(duì)于低壓類IGBT (如600V IGBT)，考慮到NPT-1GBT和FS-1GBT要求能夠處理薄片技術(shù)，工藝要求高的特點(diǎn)，普遍采用PT-1GBT結(jié)構(gòu)，從而降低加工難度，減少制造成本。如圖1所示的PT-1GBT，P+型單晶硅為集電區(qū)109，n_耐壓層107和η+緩沖層108通過(guò)外延獲得。集電區(qū)109作為集電區(qū)(背發(fā)射區(qū))，具有厚度大、摻雜濃度高等特點(diǎn)。器件導(dǎo)通時(shí)，PNP晶體管的空穴發(fā)射率很高，η-耐壓層107積累了大量的電子空穴對(duì)，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)顯著。器件關(guān)斷時(shí)，電子很難從背面發(fā)射結(jié)流出，主要靠基區(qū)復(fù)合消失，因此開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)損耗大。為提高關(guān)斷速度，PT-1GBT采用電子輻照或者重金屬摻雜的方法在η-耐壓層107產(chǎn)生大量復(fù)合中心，大幅降低其中的載流子壽命，加快IGBT關(guān)斷時(shí)η-耐壓層107中電子、空穴的復(fù)合。這種方法雖然能夠提高PT-1GBT的關(guān)斷速度，但是電子輻照與重金屬摻雜壽命控制的方法屬于全局壽命控制，難以做到局域壽命控制，如在圖1所示的PT-1GBT中，正面PN結(jié)Jl和J2附近是不需要做壽命控制的，但是電子輻照和重金屬摻雜都不可避免會(huì)影響這里的載流子壽命。這種全局壽命控制有一個(gè)顯著的缺陷就是，整個(gè)器件體區(qū)的載流子壽命都會(huì)隨著溫度的升高而顯著增加，當(dāng)溫度升高時(shí)，整個(gè)η-耐壓層107存儲(chǔ)的載流子濃度顯著增加，通態(tài)壓降明顯降低，呈現(xiàn)顯著的負(fù)溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)使用，而且關(guān)斷損耗也明顯增大，影響了器件的長(zhǎng)期可靠使用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供了一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其包括集電區(qū)，所述集電區(qū)為重?fù)诫s；在所述集電區(qū)之上形成有緩沖層，所述緩沖層為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述緩沖層之上形成有漂移區(qū)，所述漂移區(qū)為輕摻雜，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述集電區(qū)與所述漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，所述低壽命高復(fù)合層內(nèi)具有復(fù)合中心；在所述漂移區(qū)內(nèi)形成有阱區(qū)，在所述阱區(qū)內(nèi)形成有發(fā)射區(qū)，所述阱區(qū)的導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相同，所述發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述漂移區(qū)之上依次形成有柵介質(zhì)層、柵極、隔離層和發(fā)射極；在所述集電區(qū)之下形成有集電極；所述漂移區(qū)、集電區(qū)和緩沖層為單晶硅。本實(shí)用新型在集電區(qū)與漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，該低壽命高復(fù)合層可以復(fù)合器件通態(tài)時(shí)產(chǎn)生的大量過(guò)剩載流子，提高復(fù)合電流，減小集電區(qū)空穴注入，從而降低關(guān)斷拖尾時(shí)間，達(dá)到降低開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗的目的，并提高器件抗閂鎖能力。在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施例中，低壽命高復(fù)合層形成在所述集電區(qū)與所述緩沖層之間。 在本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，低壽命高復(fù)合層形成在所述漂移區(qū)與所述緩沖層之間。在本實(shí)用新型的再一種優(yōu)選實(shí)施例中，低壽命高復(fù)合層包括第一低壽命高復(fù)合層和第二低壽命高復(fù)合層，所述第一低壽命高復(fù)合層形成在所述漂移區(qū)與緩沖層之間，所述第二低壽命高復(fù)合層形成在所述集電區(qū)與緩沖層之間。本實(shí)用新型在集電區(qū)與漂移區(qū)之間可以形成一層低壽命高復(fù)合層，也可以形成兩層低壽命高復(fù)合層，更精確的實(shí)現(xiàn)了在需要做壽命控制的地方引入復(fù)合中心，降低載流子的壽命。同時(shí)器件的其他區(qū)域不會(huì)受到壽命控制的影響，這樣，盡管局部有壽命控制的地方，當(dāng)溫度升高時(shí)，壽命會(huì)增加，有降低通態(tài)壓降的趨勢(shì)，但是其他沒(méi)有引入壽命控制的部位，載流子壽命不會(huì)隨著溫度增加而顯著增加，在這一部分，溫度對(duì)載流子遷移率的影響起主導(dǎo)作用，隨著溫度升高，遷移率顯著降低，有增大通態(tài)壓降的趨勢(shì)，這兩種效果相互抵消，弱化了通態(tài)壓降的負(fù)溫度系數(shù)，改善器件的高溫特性，易于并聯(lián)使用，提升器件長(zhǎng)期可靠性。本實(shí)用新型形成的兩層低壽命高復(fù)合層內(nèi)都具有復(fù)合中心，兩者結(jié)合作壽命控制，降低載流子壽命的效果更好。本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中η型溝道平面IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的第一優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-圖6是圖2中所示實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的工藝步驟示意圖。圖7是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的第二優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8-圖11是圖7中所示實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的工藝步驟示意圖。圖12是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的第三優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13-圖17是圖12中所示實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的工藝步驟示意圖。[0021]附圖標(biāo)記101發(fā)射極；102隔離層；103柵極；104柵介質(zhì)層；105發(fā)射區(qū)；106阱區(qū)；107漂移區(qū)；108緩沖層；109集電區(qū)；110集電極；201發(fā)射極；202隔離層；203柵極；204柵介質(zhì)層；205發(fā)射區(qū)；206阱區(qū)；207漂移區(qū)；208緩沖層；209低壽命高復(fù)合層；210集電區(qū)；211集電極；301發(fā)射極；302隔離層；303柵極；304柵介質(zhì)層；305發(fā)射區(qū)；306阱區(qū)；·307漂移區(qū)；308緩沖層；309低壽命高復(fù)合層；310集電區(qū)；311集電極；401發(fā)射極；402隔離層；403柵極；404柵介質(zhì)層；405發(fā)射區(qū)；406阱區(qū)；407漂移區(qū)；408緩沖層；409第一低壽命高復(fù)合層；410第二低壽命高復(fù)合層；411集電區(qū)；412集電極。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附
圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。圖2、圖7、圖12是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的三個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中僅僅是示意的給出了各區(qū)域的尺寸，具體的尺寸可以根據(jù)器件參數(shù)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。從圖中可見(jiàn)，本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT包括集電區(qū)，該集電區(qū)為重?fù)诫s。在集電區(qū)之上形成有緩沖層，該緩沖層為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反。在緩沖層之上形成有漂移區(qū)，該漂移區(qū)為輕摻雜，其導(dǎo)電類型與集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反。集電區(qū)、緩沖層和漂移區(qū)的材料可以是制備IGBT的任何材料，具體可以是但不限于硅、鍺、砷化鎵，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用單晶硅。集電區(qū)、緩沖層和漂移區(qū)的晶向可以相同也可以不同。在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，漂移區(qū)的晶向?yàn)?00晶向，集電區(qū)的晶向均為110晶向，緩沖層的晶向?yàn)?00晶向。在本實(shí)用新型另外一種優(yōu)選實(shí)施方式中，漂移區(qū)的晶向?yàn)?10晶向，集電區(qū)的晶向?yàn)?10晶向，緩沖層的晶向?yàn)?00晶向。在集電區(qū)與漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，該低壽命高復(fù)合層可以為但不限于由外延生長(zhǎng)或鍵合工藝形成的缺陷層，其材料由與該低壽命高復(fù)合層相鄰的上下兩層的材料共同形成，該低壽命高復(fù)合層內(nèi)具有復(fù)合中心，該復(fù)合中心為缺陷，具體可以為但不限于斷鍵缺陷，晶格錯(cuò)位或移位缺陷，其內(nèi)具有復(fù)合載流子，能夠吸收載流子達(dá)到電平衡，從而降低載流子的壽命。在本實(shí)用新型的第一優(yōu)選實(shí)施方式中，該低壽命高復(fù)合層為一層，形成在集電區(qū)與緩沖層之間，在本實(shí)施方式中，低壽命高復(fù)合層可以與集電區(qū)和緩沖層界面清晰，也可以深入到集電區(qū)和緩沖層內(nèi)部，該低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。在本實(shí)用新型的第二優(yōu)選實(shí)施方式中，該低壽命高復(fù)合層為一層，形成在漂移區(qū)與緩沖層之間，該低壽命高復(fù)合層可以與漂移區(qū)和緩沖層界面清晰，也可以深入到漂移區(qū)和緩沖層內(nèi)部，該低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。在本實(shí)用新型的第三優(yōu)選實(shí)施方式中，該低壽命高復(fù)合層包括第一低壽命高復(fù)合層和第二低壽命高復(fù)合層，其中，第一低壽命高復(fù)合層形成在漂移區(qū)與緩沖層之間，第二低壽命高復(fù)合層形成在集電區(qū)與緩沖層之間，同樣，該第一低壽命高復(fù)合層可以與漂移區(qū)和緩沖層界面清晰，也可以深入到漂移區(qū)和緩沖層內(nèi)部，該第一低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。該第二低壽命高復(fù)合層可以與集電區(qū)和緩 沖層界面清晰，也可以深入到集電區(qū)和緩沖層內(nèi)部，該第二低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為 5ns_40nso在漂移區(qū)內(nèi)還形成有阱區(qū)，在阱區(qū)內(nèi)形成有發(fā)射區(qū)，阱區(qū)的導(dǎo)電類型與集電區(qū)的導(dǎo)電類型相同，發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反。在漂移區(qū)之上依次形成有柵介質(zhì)層、柵極和發(fā)射極。在集電區(qū)之下形成有集電極。在本實(shí)施方式中，在柵極與發(fā)射極之間還形成有隔離層，該隔離層的材料可以為但不限于硅的氧化物或硅的氮氧化物，用于柵極與發(fā)射極之間的絕緣隔離。本實(shí)用新型在集電區(qū)與漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，該低壽命高復(fù)合層可以器件通態(tài)時(shí)產(chǎn)生的大量過(guò)剩載流子，提高復(fù)合電流，減小集電區(qū)空穴注入，從而降低關(guān)斷拖尾時(shí)間，達(dá)到降低開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗的目的，并提高器件抗閂鎖能力。本實(shí)用新型在集電區(qū)與漂移區(qū)之間可以形成一層低壽命高復(fù)合層，也可以形成兩層低壽命高復(fù)合層，更精確地實(shí)現(xiàn)了在需要做壽命控制的地方引入復(fù)合中心，降低載流子的壽命。同時(shí)，器件的其他區(qū)域不會(huì)受到壽命控制的影響，這樣，盡管局部有壽命控制的地方，當(dāng)溫度升高時(shí)，壽命會(huì)增加，有降低通態(tài)壓降的趨勢(shì)，但是其他沒(méi)有引入壽命控制的部位，載流子壽命不會(huì)隨著溫度增加而顯著增加，在這一部分，溫度對(duì)載流子遷移率的影響起主導(dǎo)作用，隨著溫度升高，遷移率顯著降低，有增大通態(tài)壓降的趨勢(shì)，這兩種效果相互抵消，弱化了通態(tài)壓降的負(fù)溫度系數(shù)，改善器件的高溫特性，易于并聯(lián)使用，提升器件長(zhǎng)期可靠性。本實(shí)用新型形成的兩層低壽命高復(fù)合層內(nèi)都具有復(fù)合中心，兩者結(jié)合作壽命控制，降低載流子壽命的效果更好。本實(shí)用新型還提供了實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的制造方法，在本實(shí)用新型的第一優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3-圖6所示，該實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的制造方法包括如下步驟Sll :提供第一基片和第二基片，該第一基片為輕摻雜，第二基片為重?fù)诫s，并且第一基片的導(dǎo)電類型與第二基片的導(dǎo)電類型相反，在最后完成的器件中，該第一基片形成漂移區(qū)207，該第二基片形成集電區(qū)210，該第一基片和第二基片的材料可以是制備IGBT的任何半導(dǎo)體材料，具體可以是但不限于硅、鍺、砷化鎵，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用單晶硅，第一基片和第二基片的晶向可以相同也可以不同，在本實(shí)施方式中，第一基片的晶向?yàn)?00晶向，第二基片的晶向?yàn)?10晶向。S12 :在第一基片背面形成緩沖層208，本實(shí)用新型所指正面是指基片的上表面，背面是指基片的下表面，形成的緩沖層208為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相同，形成緩沖層208的方法可以為但不限于離子注入方法或外延生長(zhǎng)方法，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用離子注入方法，如圖3-圖4所示，具體是光刻，在掩膜掩蔽的情況下進(jìn)行離子注入，并擴(kuò)散，退火，形成的緩沖層208的晶向與第一基片的晶向相同為100晶向。當(dāng)采用外延生長(zhǎng)方法形成緩沖層208時(shí)，緩沖層208的晶向與第一基片的晶向可以相同，也可以不同，具體可以為生長(zhǎng)為110晶向。S13 :如圖5-圖6所示，將第一基片的緩沖層208與第二基片鍵合，在緩沖層208與第二基片之間形成低壽命高復(fù)合層209，該低壽命高復(fù)合層209可以與集電區(qū)210和緩沖層208界面清晰，也可以深入到集電區(qū)210和緩沖層208內(nèi)部，該低壽命高復(fù)合層209內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命。具體采用的鍵合方法可以為親水鍵合也可以為疏水鍵合，優(yōu)選采用親水鍵合，鍵合過(guò)程中退火的溫度范圍為400°C -1300°C，鍵合時(shí)·施加在第一基片和第二基片上的壓力范圍為15N-30N，形成的低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns_40ns。本實(shí)施方式通過(guò)采用硅片進(jìn)行鍵合，在鍵合界面附近形成一高缺陷層，該層缺陷引入復(fù)合中心使載流子復(fù)合，能夠降低載流子壽命。S14 :在第一基片的正面形成阱區(qū)206，在阱區(qū)206內(nèi)形成發(fā)射區(qū)205，該阱區(qū)206的導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相反，發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相同；在第一基片之上依次形成柵介質(zhì)層204、柵極203和發(fā)射極201 ;在第二基片之下形成集電極211。在柵極203與發(fā)射極201之間還形成有隔離層202，該隔離層202的材料可以為但不限于硅的氧化物或硅的氮氧化物，用于柵極203與發(fā)射極201之間的絕緣隔離。在圖7所示的本實(shí)用新型第二優(yōu)選實(shí)施方式中，實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的制造方法包括如下步驟S21 :提供第一基片和第二基片，該第一基片為輕摻雜，第二基片為重?fù)诫s，并且第一基片的導(dǎo)電類型與第二基片的導(dǎo)電類型相反，在最后完成的器件中，該第一基片形成漂移區(qū)307，該第二基片形成集電區(qū)310，該第一基片和第二基片的材料可以是制備IGBT的任何半導(dǎo)體材料，具體可以是但不限于硅、鍺、砷化鎵，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用單晶硅，第一基片和第二基片的晶向可以相同也可以不同，在本實(shí)施方式中，第一基片與第二基片的晶向相同，均為110晶向。S22 :如圖8-圖9所示，在第二基片正面形成緩沖層308，該緩沖層308為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相同，形成緩沖層308的方法可以為但不限于離子注入方法或外延生長(zhǎng)方法，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用外延生長(zhǎng)方法，具體可以是采用化學(xué)氣相淀積的方法在第二基片正面外延形成緩沖層，形成的緩沖層的晶向與第二基片可以相同也可以不同，優(yōu)選為100晶向。S23 :如圖10-圖11所示，將第一基片與第二基片的緩沖層308鍵合，在第一基片與緩沖層308之間形成低壽命高復(fù)合層309，該低壽命高復(fù)合層309可以與漂移區(qū)307和緩沖層308界面清晰，也可以深入到漂移區(qū)307和緩沖層308內(nèi)部，該低壽命高復(fù)合層309內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命。具體采用的鍵合方法可以為親水鍵合也可以為疏水鍵合，優(yōu)選采用親水鍵合，鍵合過(guò)程中退火的溫度范圍為400°C -1300°C，鍵合時(shí)施加在第一基片和第二基片上的壓力范圍為15N-30N，形成的低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns_40ns。本實(shí)施方式采用不同晶向的娃片進(jìn)行鍵合，形成的缺陷層缺陷更多，更致密，載流子復(fù)合效果更明顯。S24 :在第一基片的正面形成阱區(qū)306，在阱區(qū)306內(nèi)形成發(fā)射區(qū)305，阱區(qū)306的導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相反，發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相同，在第一基片之上依次形成柵介質(zhì)層304、柵極303和發(fā)射極301，在第二基片之下形成集電極311。在本實(shí)施方式中，在柵極303與發(fā)射極301之間還形成有隔離層302，該隔離層302的材料可以為但不限于硅的氧化物或硅的氮氧化物，用于柵極303與發(fā)射極301之間的絕緣隔離。在圖12所示的本實(shí)用新型第三優(yōu)選實(shí)施方式中，實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的制造方法包括如下步驟 S31 :提供第一基片、第二基片和第三基片，其中，第一基片為輕摻雜，第二基片為重?fù)诫s，第二基片的導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相同，第三基片為重?fù)诫s，第三基片的導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相反，在最后完成的器件中，該第一基片形成漂移區(qū)407，該第二基片形成緩沖層408，該第三基片形成集電區(qū)411，該第一基片、第二基片和第三基片的材料可以是制備IGBT的任何半導(dǎo)體材料，具體可以是但不限于硅、鍺、砷化鎵，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用單晶硅，第一基片、第二基片和第三基片的晶向可以相同也可以不同，在本實(shí)施方式中，第一基片的晶向?yàn)?10晶向，第二基片的晶向?yàn)?00晶向，第三基片的晶向?yàn)镠O晶向。S32 :如圖13-圖14所示，將第二基片的一面與第三基片鍵合，在第二基片與第三基片之間形成第二低壽命高復(fù)合層410，該第二低壽命高復(fù)合層410可以與緩沖層408和集電區(qū)411界面清晰，也可以深入到緩沖層408和集電區(qū)411內(nèi)部，該第二低壽命高復(fù)合層410內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命。具體采用的鍵合方法可以為親水鍵合也可以為疏水鍵合，優(yōu)選采用親水鍵合，鍵合過(guò)程中退火的溫度范圍為400°C -1300°C，鍵合時(shí)施加在第二基片和第三基片上的壓力范圍為15N-30N，形成的第二低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns_40ns。S33 :如圖16-圖17所示，將第二基片的另一面與第一基片鍵合，在第二基片與第一基片之間形成第一低壽命高復(fù)合層409,該第一低壽命高復(fù)合層409可以與漂移區(qū)407和緩沖層408的界面清晰，也可以深入到漂移區(qū)407和緩沖層408內(nèi)部，該第一低壽命高復(fù)合層409內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命。具體采用的鍵合方法可以為親水鍵合也可以為疏水鍵合，優(yōu)選采用親水鍵合，鍵合過(guò)程中退火的溫度范圍為400°C -1300°C，鍵合時(shí)施加在第一基片和第二基片上的壓力范圍為15N-30N，形成的第一低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。在本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖15所示，在步驟S32與步驟S33之間還具有以下步驟減薄第二基片，減薄方法可以是任何基片減薄技術(shù)，具體可以是但不限于研磨、化學(xué)機(jī)械拋光、干法刻蝕、電化學(xué)腐蝕或濕法腐蝕方法，優(yōu)選采用研磨方法，減薄后第二基片的厚度為5um_50um。[0053]在本實(shí)用新型另外的優(yōu)選實(shí)施方式中，可以先將第一基片與第二基片鍵合，然后將第二基片與第三基片鍵合，在本實(shí)施方式中，也可以在第一基片與第二基片鍵合后減薄的二基片，具體步驟為S32 :將第一基片與第二基片鍵合,在第一基片與第二基片之間形成第一低壽命高復(fù)合層409，該第一低壽命高復(fù)合層409可以與漂移區(qū)407與緩沖層408的界面清晰，也可以深入到漂移區(qū)407和緩沖層408內(nèi)部，該第一低壽命高復(fù)合層409內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命。具體采用的鍵合方法可以為親水鍵合也可以為疏水鍵合，優(yōu)選采用親水鍵合，鍵合過(guò)程中退火的溫度范圍為400°C -1300°C，鍵合時(shí)施加在第一基片和第二基片上的壓力范圍為15N-30N，形成的第一低壽命高復(fù)合層的厚度為0.03um-0. 5um，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。減薄第二基片，減薄方法可以是任何基片減薄技術(shù)，具體可以是但不限于研磨、化學(xué)機(jī)械拋光、干法刻蝕、電化學(xué)腐蝕或濕法腐蝕方法，優(yōu)選采用研磨方法，減薄后第二基片 的厚度為5um-50um ；S33 :將第二基片與第三基片鍵合，在第三基片與第三基片之間形成第二低壽命高復(fù)合層410，該第二低壽命高復(fù)合層410可以與緩沖層408和集電區(qū)411界面清晰，也可以深入到緩沖層408和集電區(qū)411內(nèi)部，該第二低壽命高復(fù)合層410內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命。具體采用的鍵合方法可以為親水鍵合也可以為疏水鍵合，優(yōu)選采用親水鍵合，鍵合過(guò)程中退火的溫度范圍為400°C -1300°C，鍵合時(shí)施加在第二基片和第三基片上的壓力范圍為15N-30N，形成的第二低壽命高復(fù)合層的厚度為0.03um-0. 5um，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。S34 :在第一基片的正面形成阱區(qū)406，在阱區(qū)406內(nèi)形成發(fā)射區(qū)405，阱區(qū)406的導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相反，發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與第一基片的導(dǎo)電類型相同，在第一基片之上依次形成柵介質(zhì)層404、柵極403和發(fā)射極401，在第二基片之下形成集電極412。在本實(shí)施方式中，在柵極403與發(fā)射極401之間還形成有隔離層402，該隔離層402的材料可以為但不限于硅的氧化物或硅的氮氧化物，用于柵極403與發(fā)射極401之間的絕緣隔離。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT的制造方法，以最后形成集電區(qū)為P型為例進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于η型集電區(qū)及以其為基礎(chǔ)的器件，按照相反的導(dǎo)電類型摻雜即可。以本實(shí)用新型的第三優(yōu)選實(shí)施方式為例進(jìn)行說(shuō)明，首先，將重?fù)诫s的η型第二基片與重?fù)诫s的P型第三基片采用親水方法鍵合形成第二低壽命高復(fù)合層，鍵合過(guò)程中退火的溫度為1000°C，鍵合時(shí)施加在第二基片和第三基片上的壓力為20N，形成的第二低壽命高復(fù)合層的厚度為O. lum，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。然后，采用研磨的工藝方法減薄第二基片至10 um，再后，將輕摻雜的η型第一基片與第二基片采用親水方法鍵合形成第一低壽命高復(fù)合層，鍵合過(guò)程中退火的溫度為900°C，鍵合時(shí)施加在第一基片和第二基片上的壓力為22N，形成的第一低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 15um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。最后，在第一基片的正面形成P型阱區(qū)，在P型阱區(qū)內(nèi)形成重?fù)诫s的η型發(fā)射區(qū)，在第一基片之上依次形成柵介質(zhì)層、柵極、隔離層和發(fā)射極，在第三基片之下形成集電極。本實(shí)用新型在集電區(qū)與漂移區(qū)之間可以形成一層低壽命高復(fù)合層，也可以形成兩層低壽命高復(fù)合層，更精確的實(shí)現(xiàn)了在需要做壽命控制的地方引入復(fù)合中心，降低載流子的壽命。同時(shí)器件的其他區(qū)域不會(huì)受到壽命控制的影響，這樣，盡管局部有壽命控制的地方，當(dāng)溫度升高時(shí)，壽命會(huì)增加，有降低通態(tài)壓降的趨勢(shì)，但是其他沒(méi)有引入壽命控制的部位，載流子壽命不會(huì)隨著溫度增加而顯著增加，在這一部分，溫度對(duì)載流子遷移率的影響起主導(dǎo)作用，隨著溫度升高，遷移率顯著降低，有增大通態(tài)壓降的趨勢(shì)，這兩種效果相互抵消，弱化了通態(tài)壓降的負(fù)溫度系數(shù)，改善器件的高溫特性，易于并聯(lián)使用，提升器件長(zhǎng)期可靠性。本實(shí)用新型形成的兩層低壽命高復(fù)合層內(nèi)都具有復(fù)合中心，兩者結(jié)合作壽命控制，降低載流子壽命的效果更好。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“ 一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示 例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其特征在于，包括集電區(qū)，所述集電區(qū)為重?fù)诫s；在所述集電區(qū)之上形成有緩沖層，所述緩沖層為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述緩沖層之上形成有漂移區(qū)，所述漂移區(qū)為輕摻雜，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述集電區(qū)與所述漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，所述低壽命高復(fù)合層內(nèi)具有復(fù)合中心；在所述漂移區(qū)內(nèi)形成有阱區(qū)，在所述阱區(qū)內(nèi)形成有發(fā)射區(qū)，所述阱區(qū)的導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相同，所述發(fā)射區(qū)為重?fù)诫s，其導(dǎo)電類型與所述集電區(qū)的導(dǎo)電類型相反；在所述漂移區(qū)之上依次形成有柵介質(zhì)層、柵極、隔離層和發(fā)射極；在所述集電區(qū)之下形成有集電極；所述漂移區(qū)、集電區(qū)和緩沖層為單晶硅。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其特征在于，所述低壽命高復(fù)合層形成在所述集電區(qū)與所述緩沖層之間。
3.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其特征在于，所述低壽命高復(fù)合層形成在所述漂移區(qū)與所述緩沖層之間。
4.如權(quán)利要求2或3所述的實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其特征在于，所述低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。
5.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其特征在于，所述低壽命高復(fù)合層包括第一低壽命高復(fù)合層和第二低壽命高復(fù)合層，所述第一低壽命高復(fù)合層形成在所述漂移區(qū)與緩沖層之間，所述第二低壽命高復(fù)合層形成在所述集電區(qū)與緩沖層之間。
6.如權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，其特征在于，所述第一低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um,其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns ;所述第二低壽命高復(fù)合層的厚度為O. 03um-0. 5um，其內(nèi)部過(guò)剩載流子的壽命為5ns-40ns。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種實(shí)現(xiàn)局域壽命控制的IGBT，該IGBT包括集電區(qū)，在集電區(qū)之上形成有緩沖層，在緩沖層之上形成有漂移區(qū)，在集電區(qū)與漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，該低壽命高復(fù)合層內(nèi)具有復(fù)合中心，能夠降低載流子的壽命，在漂移區(qū)內(nèi)形成有阱區(qū)，在阱區(qū)內(nèi)形成有發(fā)射區(qū)，在漂移區(qū)之上依次形成有柵介質(zhì)層、柵極、隔離層和發(fā)射極，在集電區(qū)之下形成有集電極。本實(shí)用新型在集電區(qū)與漂移區(qū)之間形成有至少一層低壽命高復(fù)合層，該低壽命高復(fù)合層可以復(fù)合器件通態(tài)時(shí)產(chǎn)生的大量過(guò)剩載流子，提高復(fù)合電流，減小集電區(qū)空穴注入，從而降低關(guān)斷拖尾時(shí)間，達(dá)到降低開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗的目的，并提高器件抗閂鎖能力。
文檔編號(hào)H01L29/06GK202839616SQ20122042731
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者吳海平, 秦博, 肖秀光 申請(qǐng)人:寧波比亞迪半導(dǎo)體有限公司