本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、功率半導(dǎo)體器件又稱為電力電子器件，是電力電子裝置實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，電路控制的核心器件。主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大和功率控制等，同時(shí)具有節(jié)能功效。功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、消費(fèi)電子、新能源交通、軌道交通、工業(yè)控制以及發(fā)電與配電等電力電子領(lǐng)域，涵蓋低、中、高各個(gè)功率層級(jí)。功率半導(dǎo)體種類眾多，例如igbt、vdmos、coolmos，其中最具代表性的半導(dǎo)體功率器件即為igbt。

2、igbt是由mosfet和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為mosfet，輸出極為pnp晶體管。因此，可以把igbt看作是mosfet輸入的達(dá)林頓管。igbt既具有mosfet輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路功率小、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、開關(guān)速度快、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極性功率晶體管電流密度大、電流處理能力強(qiáng)、導(dǎo)通飽和壓降低的優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。自從80年代初，受到國(guó)內(nèi)外廣泛研究，目前igbt應(yīng)用前景廣闊，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、工業(yè)變頻、光伏、智能電網(wǎng)和機(jī)車等多個(gè)領(lǐng)域。隨著igbt技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)疑對(duì)igbt的性能提出更高的要求。

3、目前，igbt器件大多采用背面緩沖層結(jié)構(gòu)，主流的兩種背面緩沖層形成方法為，方法一是利用多次氫注入結(jié)合爐管退火形成(如圖1所示)，方法二是利用多次磷注入結(jié)合激光退火工藝形成(如圖2所示)。采用方法一形成緩沖層的igbt器件具有關(guān)斷損耗小，抗emi能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是采用該緩沖層igbt器件在低電壓短路測(cè)試中易發(fā)生短路震蕩的問(wèn)題。采用方法二形成緩沖層的igbt器件在全電壓等級(jí)(低電壓到高電壓)短路測(cè)試中不易發(fā)生短路震蕩，但igbt器件性能不如采用方法一形成緩沖層的igbt器件，同時(shí)抗emi能力也較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中igbt器件緩沖層的制備方法不能同時(shí)兼顧igbt器件性能及全電壓等級(jí)短路測(cè)試中不易發(fā)生短路震蕩的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

3、提供n型外延片襯底，所述外延片襯底由下向上依次包括n型襯底支撐層及n型耐壓層；其中，所述襯底支撐層的摻雜濃度大于所述耐壓層的摻雜濃度，所述襯底支撐層由下向上分為摻雜濃度恒定的恒定摻雜區(qū)及摻雜濃度逐漸減小的變化摻雜區(qū)；

4、于所述耐壓層的正面進(jìn)行igbt器件的正面工藝；

5、背面減薄所述襯底支撐層；

6、于減薄后的所述襯底支撐層的背面進(jìn)行離子注入并退火激活，形成位于上方的緩沖層及位于下方的p型集電極區(qū)；其中，形成所述緩沖層的方法包括：于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行磷離子和/或氫離子注入并退火激活，形成緩沖子層，所述預(yù)設(shè)厚度小于減薄后的所述襯底支撐層的厚度，所述緩沖子層與剩余厚度的所述襯底支撐層形成為igbt器件的所述緩沖層，且當(dāng)于減薄后的所述襯底支撐層的背面進(jìn)行磷離子和氫離子注入時(shí)，磷離子的離子注入深度小于氫離子的離子注入深度；

7、于所述集電極區(qū)的背面形成集電極金屬層。

8、可選地，先于減薄后的所述襯底支撐層的背面進(jìn)行所述集電極區(qū)的離子注入及退火激活；然后于減薄后的所述襯底支撐層的背面進(jìn)行所述緩沖子層的離子注入及退火激活。

9、可選地，于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行1次～2次的磷離子注入并退火激活形成所述緩沖子層；或于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行1次～2次的氫離子注入并退火激活形成所述緩沖子層；或于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行1次磷離子注入及1次氫離子注入并退火激活形成所述緩沖子層。

10、可選地，所述緩沖子層的上表面不超過(guò)所述襯底支撐層的所述恒定摻雜區(qū)的上表面；或所述緩沖子層的上表面與所述襯底支撐層的所述恒定摻雜區(qū)的上表面齊平；或所述緩沖子層的上表面延伸至所述襯底支撐層的所述變化摻雜區(qū)內(nèi)。

11、進(jìn)一步地，每次所述磷離子的離子注入能量為200kev～2000kev，注入劑量為1e11cm-2～1e13cm-2；每次所述氫離子的離子注入能量為200kev～500kev，注入劑量為1e14cm-2～5e14?cm-2。

12、進(jìn)一步地，所述磷離子的離子注入采用激光退火激活；所述氫離子的離子注入采用爐管退火激活，退火溫度為300℃～550℃，退火時(shí)間為0.5h～5h。

13、可選地，所述集電極區(qū)采用硼離子注入并退火激活形成；其中，所述硼離子的離子注入采用激光退火激活，所述硼離子的離子注入能量為20kev～60kev，注入劑量為5e12cm-2～1e14cm-2。

14、可選地，igbt器件的正面結(jié)構(gòu)的柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，還包括虛擬溝槽柵。

15、進(jìn)一步地，所述虛擬溝槽柵與所述溝槽柵電性連接；或所述虛擬溝槽柵與n型發(fā)射極區(qū)電性連接。

16、本發(fā)明還提供一種具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件，采用如上任意一項(xiàng)所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法制備得到。

17、如上所述，本發(fā)明的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件及其制備方法，采用具有襯底支撐層的外延片襯底，并在減薄襯底支撐層后從背面對(duì)其進(jìn)行磷離子和/或氫離子注入，以將襯底支撐層下方部分厚度轉(zhuǎn)變?yōu)閾诫s濃度相對(duì)更高緩沖子層，從而該緩沖子層與剩余的襯底支撐層共同構(gòu)成igbt器件的緩沖層，具有該緩沖層結(jié)構(gòu)的igbt器件可以有效避免單純由外延襯底形成緩沖層的igbt器件的高溫漏電大的問(wèn)題，也可避免單純利用多次氫注入形成緩沖層的igbt器件在低電壓短路測(cè)試中易發(fā)生短路震蕩的問(wèn)題，同時(shí)還可避免單純利用磷注入形成緩沖層的igbt器件抗emi能力差、性能低的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：先于減薄后的所述襯底支撐層的背面進(jìn)行所述集電極區(qū)的離子注入及退火激活；然后于減薄后的所述襯底支撐層的背面進(jìn)行所述緩沖子層的離子注入及退火激活。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行1次～2次的磷離子注入并退火激活形成所述緩沖子層；或于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行1次～2次的氫離子注入并退火激活形成所述緩沖子層；或于減薄后的所述襯底支撐層背面的預(yù)設(shè)厚度進(jìn)行1次磷離子注入及1次氫離子注入并退火激活形成所述緩沖子層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：所述緩沖子層的上表面不超過(guò)所述襯底支撐層的所述恒定摻雜區(qū)的上表面；或所述緩沖子層的上表面與所述襯底支撐層的所述恒定摻雜區(qū)的上表面齊平；或所述緩沖子層的上表面延伸至所述襯底支撐層的所述變化摻雜區(qū)內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：每次所述磷離子的離子注入能量為200kev～2000kev，注入劑量為1e11cm-2～1e13cm-2；每次所述氫離子的離子注入能量為200kev～500kev，注入劑量為1e14cm-2～5e14?cm-2。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：所述磷離子的離子注入采用激光退火激活；所述氫離子的離子注入采用爐管退火激活，退火溫度為300℃～550℃，退火時(shí)間為0.5h～5h。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：所述集電極區(qū)采用硼離子注入并退火激活形成；其中，所述硼離子的離子注入采用激光退火激活，所述硼離子的離子注入能量為20kev～60kev，注入劑量為5e12cm-2～1e14cm-2。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法，其特征在于：所述虛擬溝槽柵與所述溝槽柵電性連接；或所述虛擬溝槽柵與n型發(fā)射極區(qū)電性連接。

10.一種具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件，其特征在于，采用如權(quán)利要求1～9中任意一項(xiàng)所述的具有背面緩沖層的溝槽式igbt器件的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有背面緩沖層的溝槽式IGBT器件及其制備方法，采用具有襯底支撐層的外延片襯底，并在減薄襯底支撐層后從背面對(duì)其進(jìn)行磷離子和/或氫離子注入，以將襯底支撐層下方部分厚度轉(zhuǎn)變?yōu)閾诫s濃度相對(duì)更高緩沖子層，從而該緩沖子層與剩余的襯底支撐層共同構(gòu)成IGBT器件的緩沖層，具有該緩沖層結(jié)構(gòu)的IGBT器件可以有效避免單純由外延襯底形成緩沖層的IGBT器件的高溫漏電大的問(wèn)題，也可避免單純利用多次氫注入形成緩沖層的IGBT器件在低電壓短路測(cè)試中易發(fā)生短路震蕩的問(wèn)題，同時(shí)還可避免單純利用磷注入形成緩沖層的IGBT器件抗EMI能力差、性能低的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：曹功勛,姜?jiǎng)?許平康,劉峰松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海積塔半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23