本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種IGBT器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前IGBT普遍使用體硅材料，在芯片關(guān)斷、導(dǎo)通時面臨耐壓、導(dǎo)通壓降與片厚的折衷，開關(guān)速度與少子壽命的問題。如果要提高IGBT芯片的耐壓，就需要增加IGBT芯片的厚度。而隨著IGBT芯片厚度的增加，導(dǎo)通壓降會隨著提高，少子壽命變長，開關(guān)速度會慢，同時IGBT芯片的功耗答復(fù)上升，產(chǎn)生的熱量能力變得越強(qiáng)，散熱性能變得更差，器件的最大功率快速下降。反之，IGBT芯片厚度的減少，導(dǎo)通壓降隨著減低，少子的壽命變短，開關(guān)速度變快，但是IGBT芯片的耐壓變得更差，施加在IGBT芯片上的最大電壓下降較快，IGBT芯片所能通過的最大電流也會受到限制，因此IGBT芯片的最大功率也會變小，同樣也不利于IGBT芯片的大功率化。

綜上可知，目前的IGBT芯片，在芯片關(guān)斷、導(dǎo)通時面臨耐壓、導(dǎo)通壓降與片厚的折衷，以及開關(guān)速度與少子壽命的問題，只能在耐壓與導(dǎo)通壓降和開關(guān)速度之間獲得單方面的特性，在獲得高功率方面也受到了很大的阻力。因此，如何有效的解決目前IGBT面臨的折衷導(dǎo)通壓降，阻斷耐壓，開關(guān)損耗折衷是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種IGBT器件及其制備方法，有效的解決目前IGBT面臨的折衷導(dǎo)通壓降，阻斷耐壓，開關(guān)損耗折衷關(guān)系的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種IGBT器件的制備方法，包括：

步驟1，在IGBT器件主體完成正面工藝后，對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作；

步驟2，對所述IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層；

步驟3，在所述外延化合物層上生長硅層；

步驟4，在所述硅層上進(jìn)行背面金屬層淀積并進(jìn)行退火；

步驟5，在所述背面金屬層上依次淀積鎳金屬電極層、鈦金屬電極層和銀金屬電極層。

其中，所述對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作，包括：

對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄，保留所述IGBT器件主體的背面的厚度為50μm～100μm。

其中，所述外延化合物層為100μm～500μm的SiC層或100μm～500μm的GaN層。

其中，所述在所述硅層上進(jìn)行背面金屬層淀積并進(jìn)行退火，包括：

在所述硅層上背面淀積0.1μm～2μm的鋁層，進(jìn)行鋁硅合金退火。

除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種IGBT器件，包括在IGBT器件主體的背面依次向外設(shè)置的體硅層、外延化合物層、外延硅層和金屬電極層。

其中，所述外延化合物層為100μm～500μm的SiC層或100μm～500μm的GaN層。

其中，所述外延硅層的厚度為10μm～50μm。

其中，所述金屬電極層為鎳金屬電極層、鈦金屬電極層和銀金屬電極層。

其中，還包括設(shè)置在所述外延硅層和所述金屬電極層之間的厚度為0.1μm～2μm的鋁層。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的IGBT器件及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制備方法，包括：

步驟1，在IGBT器件主體完成正面工藝后，對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作；

步驟2，對所述IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層；

步驟3，在所述外延化合物層上生長硅層；

步驟4，在所述硅層上進(jìn)行背面金屬層淀積并進(jìn)行退火；

步驟5，在所述背面金屬層上依次淀積鎳金屬電極層、鈦金屬電極層和銀金屬電極層。

本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件，包括在IGBT器件主體的背面依次向外設(shè)置的體硅層、外延化合物層、外延硅層和金屬電極層。

所述IGBT器件及其制備方法，通過IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層，使得IGBT器件的體硅區(qū)與外延化合物層形成異質(zhì)結(jié)，體區(qū)引入外延化合物層，其高電子遷移率及少子壽命較短都可以有效的減少器件拖尾電流，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)?；衔锇雽?dǎo)體的高擊穿場強(qiáng)可以有效降低同等電壓等級的器件厚度提高IGBT芯片的耐壓，降低芯片厚度，并在關(guān)斷過程中可以快速復(fù)合過剩載流子，從而提高器件的導(dǎo)通與關(guān)斷性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制備方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(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)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動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。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制備方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖。

在一種具體實(shí)施方式中，所述IGBT器件的制備方法，包括：

步驟1，在IGBT器件主體完成正面工藝后，對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作；

步驟2，對所述IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層；

步驟3，在所述外延化合物層上生長硅層；

步驟4，在所述硅層上進(jìn)行背面金屬層淀積并進(jìn)行退火；

步驟5，在所述背面金屬層上依次淀積鎳金屬電極層、鈦金屬電極層和銀金屬電極層。

通過在IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層，使得IGBT器件的體硅區(qū)與外延化合物層形成異質(zhì)結(jié)，體區(qū)引入外延化合物層，其高電子遷移率及少子壽命較短都可以有效的減少器件拖尾電流，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。化合物半導(dǎo)體的高擊穿場強(qiáng)可以有效降低同等電壓等級的器件厚度提高IGBT芯片的耐壓，降低IGBT芯片厚度，并在關(guān)斷過程中可以快速復(fù)合過剩載流子，從而提高器件的導(dǎo)通與關(guān)斷性能。

在本發(fā)明中，如果不對IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作，直接在IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層，會使得最后獲得的IGBT器件的厚度非常大，導(dǎo)通壓降非常高。在大電流情況下，產(chǎn)生的熱量非常多，升溫非?？?，IGBT器件的老化速度會加快，壽命大幅縮短。同時由于導(dǎo)通壓降非常高，在電流不變的前提下，IGBT器件消耗的功率會大幅上升。

即使直接在所述IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層，與體硅區(qū)形成異質(zhì)結(jié)，利用其高電子遷移率及少子壽命較短的特點(diǎn)減少器件拖尾電流，同樣也增加了IGBT器件的厚度，使得整個IGBT器件的耐壓特性提升了，但是對IGBT器件整體的少子壽命的減少很難確定，器件的開關(guān)特性不一定提高，器件的功率特性也不會得到改善。同時，IGBT器件的厚度的增加，會使得很難在原有的位置進(jìn)行安裝。

在本發(fā)明中一般都會對IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作，是為了降低最終IGBT芯片的厚度，降低IGBT芯片的導(dǎo)通壓降，提高IGBT器件的功率特性。

在一種具體實(shí)施方式中，所述對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄操作，包括：

對所述IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄，保留所述IGBT器件主體的背面的厚度為100μm。

需要指出的是，在本發(fā)明中，一般減薄過程中保留的IGBT器件主體的背面的厚度為50μm～100μm，這個厚度還可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行改變。

這樣在能保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，提升了IGBT的耐壓特性，而同時降低IGBT器件的整體在同等電壓下的厚度，器件的電子遷移率得到提升，少子壽命減少?？梢酝ㄟ^的最大電流提升，也使得器件的耐高溫特性，使得可以通過的IGBT芯片的不影響IGBT器件主體的體區(qū)的工作特性。

在本發(fā)明中，雖然IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄對IGBT的耐壓特性、開關(guān)特性有較大的提升，但是也不是無限制的進(jìn)行減薄，否則極有可能將IGBT芯片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，造成斷裂，還可能改變本身IGBT芯片的特性。

需要指出的是，本發(fā)明對如何將IGBT器件主體的背面進(jìn)行減薄以及減薄到什么程度不做具體限定，這需要根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

在本發(fā)明中之所以選擇生長外延化合物層，是因?yàn)槠漭^單質(zhì)的硅晶體有更好的耐壓特性，高電子遷移率，耐高溫等特性。能夠在體區(qū)工作時，能夠提供諸如高電子遷移率、耐高溫、高擊穿場強(qiáng)以及多變的能帶結(jié)構(gòu)等。

在一種具體的實(shí)施例中外延化合物層為SiC層或GaN層。SiC和GaN是常用的兩種寬禁帶化合物半導(dǎo)體。

其中，SiC的禁帶寬度為Si的2-3倍，熱導(dǎo)率約為Si的4.4倍，臨界擊穿電場約為Si的8倍，電子的飽和漂移速度為Si的2倍。SiC的這些性能使其成為高頻、大功率、耐高溫、抗輻照的半導(dǎo)體器件的優(yōu)選材料。而GaN具有低的熱產(chǎn)生率和高的擊穿電場，是研制高溫大功率電子器件和高頻微波器件的重要材料。GaN有較寬的禁帶寬度(3.4eV)，散熱性能好，有利于器件在大功率條件下工作。

需要指出的是，在本發(fā)明中具體選擇哪種外延化合物層及其厚度，要視實(shí)際的工藝難度的增加程度造成的成本上升和實(shí)際的開關(guān)性能、耐壓性能的提升造成的IGBT器件的綜合性能的提升綜合考慮。

所述外延化合物層一般為100μm～500μm的SiC層，或者為100μm～500μm的GaN層。

需要指出的是，在本發(fā)明中，所述外延化合物層還可以為SiC層、GaN層之外的化合物半導(dǎo)體材料，只要能夠?yàn)轶w區(qū)提供高電子遷移率、耐高溫、高擊穿場強(qiáng)，提高IGBT的關(guān)斷速度，提高開關(guān)的高頻特性，提高擊穿電場即可。

在一種具體實(shí)施方式中，所述在所述硅層上進(jìn)行背面金屬層淀積并進(jìn)行退火，包括：

在所述硅層上背面淀積1μm的鋁層，進(jìn)行鋁硅合金退火。

之所以要在硅層上進(jìn)行鋁層的淀積，是為了形成歐姆接觸，降低到通過壓降，降低接觸面的電阻值，減小功率消耗。

當(dāng)然，在本發(fā)明鋁層的厚度范圍一般為0.1μm～2μm，本發(fā)明對其厚度以及鋁硅合金退火的條件不做具體限定。

需要指出的是，在本發(fā)明中，一般是采用鋁層作為歐姆接觸層，還可以使用其它的歐姆接觸層，降低接觸面的電阻。

除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種IGBT器件，如圖2所示，包括在IGBT器件主體的背面依次向外設(shè)置的體硅層1、外延化合物層11、外延硅層12和金屬電極層13。

如圖2為一種IGBT器件正面結(jié)構(gòu)：1為體硅材料，2為有源摻雜區(qū)域，3為N阱摻雜區(qū)，4為P阱摻雜區(qū)，5為發(fā)射區(qū)，6為氧化層，7為多晶，8為歐姆接觸層，9為低溫氧化物，10為金屬，11為外延化合物材料，12為外延硅層，13為金屬電極層。

通過IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層11，使得IGBT器件的體硅區(qū)與外延化合物層11形成異質(zhì)結(jié)，體區(qū)引入外延化合物層11，其高電子遷移率及少子壽命較短都可以有效的減少器件拖尾電流，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)?；衔锇雽?dǎo)體的高擊穿場強(qiáng)可以有效降低同等電壓等級的器件厚度提高IGBT芯片的耐壓，降低芯片厚度，并在關(guān)斷過程中可以快速復(fù)合過剩載流子，從而提高器件的導(dǎo)通與關(guān)斷性能。

在本發(fā)明中之所以選擇外延化合物層，是因?yàn)橥庋踊衔飳?1較單晶硅的禁帶寬度大，電子遷移率高，高電場擊穿特性，耐高壓和耐高溫的特性較好。因此，在體硅層1上設(shè)置化合物半導(dǎo)體層有利于提升IGBT器件的整體性能。

常使用的化合物半導(dǎo)體為SiC和GaN，二者的禁帶寬度是單晶硅的二倍以上，耐高壓、特性、耐高溫特性所述外延化合物層11為100μm～500μm的SiC層或100μm～500μm的GaN層。

需要指出的是，在本發(fā)明中，所述外延化合物層11除了可以使用SiC層或GaN層外，還可以使用其它的化合物半導(dǎo)體材料，只要能夠?yàn)轶w區(qū)提供高電子遷移率、耐高溫、高擊穿場強(qiáng)，提高IGBT的關(guān)斷速度，實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)即可，提高擊穿電場即可。

一般所述外延硅層的厚度為10μm～50μm，外延硅層12是用來當(dāng)作集電極層。

而在集電極上通常會設(shè)置金屬電極層，形成金屬電極，在一種具體實(shí)施方式中，所述金屬電極層13為鎳金屬電極層、鈦金屬電極層和銀金屬電極層。使用鎳金屬電極層、鈦金屬電極層和銀金屬電極層(Ti/Ni/Ag金屬層)作為金屬電極層，能夠通過較大的電流，自身的電阻非常小，有利于提高器件的開關(guān)特性和功率特性。這樣也能夠降低與外延硅層之間的歐姆接觸電阻，降低IGBT器件的導(dǎo)通壓降，提高IGBT器件的功率特性。在本發(fā)明中，還可以使用其它的金屬電極層，本發(fā)明對所述金屬電極層的類型、厚度以及淀積方式不做具體限定。

當(dāng)然，一般Ti/Ni/Ag金屬層不會直接與外延硅層12接觸，因?yàn)槎咧苯咏佑|形成的接觸電阻非常大。這樣會提高導(dǎo)通壓降，降低IGBT芯片的性能。

為此，一般先在外延硅層12上設(shè)置鋁層，與外延硅層12，形成歐姆接觸，這樣能夠降低導(dǎo)通壓降。

因此，所述IGBT器件還包括設(shè)置在所述外延硅層12和所述金屬電極層13之間的厚度為0.1μm～2μm的鋁層。

通過設(shè)置鋁層形成過渡，使得鋁層與外延硅層12之間形成歐姆接觸，降低導(dǎo)通壓降，提高器件的功率特性。

需要指出的是，在本發(fā)明中，與外延硅層12形成歐姆接觸還可以使用其它的歐姆接觸層，本發(fā)明對其類型和厚度不做具體限定。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件及其制備方法，通過IGBT器件主體的背面體區(qū)生長外延化合物層，使得IGBT器件的體硅區(qū)與外延化合物層形成異質(zhì)結(jié)，體區(qū)引入外延化合物層，其高電子遷移率及少子壽命較短都可以有效的減少器件拖尾電流，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)?；衔锇雽?dǎo)體的高擊穿場強(qiáng)可以有效降低同等電壓等級的器件厚度提高IGBT芯片的耐壓，降低芯片厚度，并在關(guān)斷過程中可以快速復(fù)合過剩載流子，從而提高器件的導(dǎo)通與關(guān)斷性能。

以上對本發(fā)明所提供的IGBT器件及其制備方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。