非穿通型igbt的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種非穿通型IGBT，通過設置具有相同導電類型的第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)，且第一漂移區(qū)的摻雜濃度大于第二漂移區(qū)的摻雜濃度，保證當承受相同高壓時，耗盡層寬度比現有的耗盡層寬度要窄，第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)的總厚度比現有的漂移區(qū)厚度要小，從而能夠明顯地降低導通壓降；同時，在一般工作條件下IGBT關斷時，第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)未被耗盡區(qū)域的總厚度要比現有的漂移區(qū)未被耗盡區(qū)域的厚度小，因此，存儲于該區(qū)域內需要通過復合慢慢消失的過剩載流子比現有的要少，這樣能減小電流的拖尾，減小IGBT的關斷損耗。
【專利說明】
非穿通型IGBT
技術領域
[0001]本實用新型屬于基本電氣元件領域，涉及半導體器件，特別涉及一種非穿通型IGBT0
【背景技術】
[0002]非穿通型IGBT(NPT-1GBT)由于魯棒性高，關斷軟度好等特點，在一些高頻、高可靠性領域有著廣泛的應用。如圖1為現有技術中一種典型的NPT-1GBT結構示意圖。其中107為低濃度N型摻雜的漂移層，106為P型摻雜阱區(qū)，105為N型摻雜源區(qū)，102、104為介質層，103為門級電極，101為發(fā)射極電極，108為淺P型摻雜集電區(qū)，109為集電極。
[0003]如圖2為圖1中的NPT-1GBT在承受高耐壓時器件內電場分布示意圖，圖中電場線與橫坐標圍成的面積為器件的耐壓值。N-漂移層107的厚度不能小于耗盡層的寬度W和少子擴散長度Lp之和，其中，電場覆蓋的區(qū)域載流子被耗盡，稱為耗盡層，少子擴散長度Lp為從背面108注入到107的空穴與107區(qū)內的電子復合消失前在107內擴散的平均深度。Lp隨著107的摻雜濃度升高而減小。
[0004]如上所述，NPT-1GBT的漂移區(qū)厚度必須為耗盡層的寬度和少子擴散長度之和，往往比較厚，導致器件的導通壓降比較高。而且，由于IGBT—般在遠遠低于擊穿電壓的條件下工作，IGBT關斷時，耗盡層的寬度遠遠小于如圖2所示的承受高耐壓時的W值。因此，IGBT從導通進入關斷過程中，在背面遠大于Lp厚度范圍內的過剩載流子無法被耗盡層的強電場掃出去漂移區(qū)，只能通過復合慢慢消失，導致電流的拖尾時間很長，盡管適當的電流拖尾能夠保證IGBT關斷的軟度，但過長的拖尾往往引起非常大的關斷損耗。因此，NPT-1GBT的性能參數提升受到很大的限制。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種非穿通型IGBT，該IGBT能夠減小漂移區(qū)的總厚度、降低導通壓降和減小器件的關斷損耗。
[0006]為了實現本實用新型的上述目的，本實用新型提供了一種非穿通型IGBT，包括:第一漂移區(qū)；形成在所述第一漂移區(qū)正面的第二漂移區(qū)，所述第二漂移區(qū)的導電類型與所述第一漂移區(qū)的導電類型相同，所述第一漂移區(qū)的摻雜濃度大于所述第二漂移區(qū)的摻雜濃度;形成在所述第二漂移區(qū)內的阱區(qū)以及形成在所述阱區(qū)內的源區(qū)，所述阱區(qū)的導電類型與所述第二漂移區(qū)的導電類型相反，所述源區(qū)的導電類型與所述阱區(qū)的導電類型相反;依次形成在所述第二漂移區(qū)之上的第一介質層、門極電極、第二介質層和發(fā)射極電極;形成在所述第一漂移區(qū)背面的集電區(qū)和集電極。
[0007]本實用新型通過設置具有相同導電類型的第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)，且第一漂移區(qū)的摻雜濃度大于第二漂移區(qū)的摻雜濃度，保證當承受相同高壓時，本實用新型的耗盡層寬度比現有的耗盡層寬度要窄，第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)的總厚度比現有的漂移區(qū)厚度要小，從而能夠明顯地降低導通壓降；同時，在一般工作條件下IGBT關斷時，第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)未被耗盡區(qū)域的總厚度要比現有的漂移區(qū)未被耗盡區(qū)域的厚度小，因此，存儲于該區(qū)域內需要通過復合慢慢消失的過剩載流子比現有的要少，這樣能減小電流的拖尾，減小IGBT的關斷損耗。
[0008]優(yōu)選地，所述第一漂移區(qū)的摻雜濃度為le14/Cm3-lel5/Cm3，所述第二漂移區(qū)的摻雜濃度為I el 3/cm3-le 14/cm3。
[0009]優(yōu)選地，所述第一漂移區(qū)的摻雜濃度為4.27el3/cm3，所述第二漂移區(qū)的摻雜濃度為1.74el4/cm30
[0010]優(yōu)選地，所述第一漂移區(qū)與第二漂移區(qū)的厚度之比為1:3-3:1。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述第一漂移區(qū)與第二漂移區(qū)的厚度之比為1:1。
[0012]優(yōu)選地，所述第一漂移區(qū)與第二漂移區(qū)的厚度之和為150um。
[0013]優(yōu)選地，所述第一漂移區(qū)的導電類型為N型。
[0014]本實用新型的附加方面和優(yōu)點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，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0015]本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0016]圖1是現有的N型非穿通型IGBT的剖面示意圖；
[0017]圖2是圖1中的N型非穿通型IGBT的承受高壓時IGBT內的電場分布示意圖；
[0018]圖3是本實用新型的一個實施例中N型非穿通型IGBT的剖面示意圖；
[0019]圖4是現有的非穿通型IGBT和本實用新型實施例的非穿通型IGBT承受高壓時器件內電場的分布不意圖；
[0020]圖5是現有的非穿通型IGBT和本實用新型實施例的非穿通型IGBT在一般工作電壓下器件內電場的分布不意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0022]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”、“正”、“背”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0023]在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0024]需要說明的是，本實用新型以下各實施例均以N型非穿通型IGBT為例進行說明，對于P型非穿通型IGBT，可以參照本實用新型實施例，相應改變摻雜類型即可，在此不再贅述。
[0025]圖3是本實用新型一個實施例中N型非穿通型IGBT的剖面示意圖，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器件參數的要求進行設計。
[0026]從圖中可見，本實施例中N型非穿通型IGBT包括:第一漂移區(qū)308，在本實施例中，第一漂移區(qū)308包括但不限于基本半導體，例如硅、鍺、金剛石，或化合物半導體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或者磷化銦，第一漂移區(qū)308的摻雜濃度為Iel4/cm3-lel5/cm3;
[0027]在第一漂移區(qū)308的正面形成有第二漂移區(qū)307，第一漂移區(qū)的導電類型與第二漂移區(qū)的導電類型相同均為N型，第一漂移區(qū)308的摻雜濃度大于第二漂移區(qū)307的摻雜濃度，第二漂移區(qū)的摻雜濃度為Iel3/cm3-lel4/cm3。
[0028]在第二漂移區(qū)307內形成有P型阱區(qū)306，以及在P型阱區(qū)306內形成有源區(qū)305，源區(qū)305為N型重摻雜。阱區(qū)306和源區(qū)305均有兩個，對稱地分布在第二漂移區(qū)307的兩側靠近上表面的區(qū)域。
[0029]依次形成在第二漂移區(qū)307之上的第一介質層304、門極電極303、第二介質層302和發(fā)射極電極301;以及
[0030]形成在第一漂移區(qū)308背面的集電區(qū)309和集電極310，集電區(qū)309為P型重摻雜。
[0031]根據本實用新型的實施例，通過設置具有相同導電類型的第一漂移區(qū)308和第二漂移區(qū)307，且第一漂移區(qū)308的摻雜濃度大于第二漂移區(qū)307的摻雜濃度，能夠保證當承受相同高壓時，本實用新型實施例的耗盡層寬度比現有的耗盡層寬度要窄，第一漂移區(qū)308和第二漂移區(qū)307的總厚度比現有的漂移區(qū)107厚度要小，從而能夠明顯地降低導通壓降；同時，在一般工作條件下IGBT關斷時，第一漂移區(qū)308和第二漂移區(qū)307未被耗盡區(qū)域的總厚度要比現有的漂移區(qū)未被耗盡區(qū)域的厚度小，因此，存儲于該區(qū)域內需要通過復合慢慢消失的過剩載流子比現有的要少，這樣能減小電流的拖尾，減小IGBT的關斷損耗。
[0032]作為本實用新型的一優(yōu)選實施方式，第一漂移區(qū)308的濃度明顯高于第二漂移區(qū)307的濃度，優(yōu)選地，第一漂移區(qū)308的濃度明是第二漂移區(qū)307的濃度的4倍；同時，第一漂移區(qū)308的厚度為25um-150um，第二漂移區(qū)307區(qū)的厚度為25um-150um，第一漂移區(qū)308與第二漂移區(qū)307的厚度之比為1:3-3:1。
[0033]作為本實用新型的另一優(yōu)選實施方式，當第一漂移區(qū)308的摻雜濃度為4.27el3/cm3，第二漂移區(qū)307的N型摻雜濃度為1.74el4/cm3，兩者厚度的比列為1:1，總厚度為150um時，本實用新型實施例的非穿通型IGBT能顯著減小導通壓降和關斷損耗。
[0034]圖4為當承受相同的高壓時，現有的非穿通型IGBT和本實用新型實施例的非穿通型IGBT內電場的分布示意圖。由于在N-漂移區(qū)，電場的下降速度隨著摻雜濃度的升高和加快，因此本實用新型實施例的非穿通型IGBT的第二漂移區(qū)307電場的下降速度比現有的非穿通型IGBT的漂移區(qū)107小，而在第一漂移區(qū)308電場下降速度比現有的非穿通型IGBT的漂移區(qū)107大。
[0035]從圖中可以看出，為了保證相同的耐壓值水平，具有本實用新型實施例結構的非穿通型IGBT的耗盡層寬度W2比現有的非穿通型IGBT的耗盡層寬度Wl要窄，而且由于第一漂移區(qū)308濃度較高，其少子擴散長度Lp比現有的漂移區(qū)107內少子擴散長度也要小，所以，第一漂移區(qū)308與第二漂移區(qū)307的厚度總和要比現有的漂移區(qū)107的厚度小。
[0036]圖5為一般工作條件下，現有的非穿通型IGBT和本實用新型實施例的非穿通型IGBT內電場的分布示意圖。在一般工作條件下，母線電壓遠遠小于器件的耐壓。顯然，具有本實用新型實施例結構的非穿通型IGBT，其第一漂移區(qū)308內未被電場耗盡的區(qū)域厚度Wb2要比現有的非穿通型IGBT的漂移區(qū)107內未被電場耗盡區(qū)域的厚度Wbl小。
[0037]本實用新型還提供了一種非穿通型IGBT的制造方法，在本實用新型的一實施例中，非穿通型IGBT的工藝步驟如下:
[0038]Sll:提供具有低摻雜濃度N-襯底(也即第一漂移區(qū)308)，N-襯底的材料可以是制備IGBT的任何半導體材料，具體可以是但不限于硅、鍺、砷化鎵。
[0039]S12:在N-襯底的正面形成第二漂移區(qū)307，第二漂移區(qū)307為N型輕摻雜。第二漂移區(qū)307的形成方法可以是外延生長方法或鍵合的方法，在本實施方式中優(yōu)選地采用鍵合的方法。本實用新型所指正面是指N-襯底的上表面，背面是指N-襯底的下表面。
[0040]S13:在第二漂移區(qū)307內，靠近第二漂移區(qū)307上表面的位置上形成P型阱區(qū)306;形成P型阱區(qū)306的方法具體為，在第二漂移區(qū)307上通過光罩定義P型阱區(qū)306，并通過離子注入或固態(tài)源擴散方法形成P型阱區(qū)306。
[0041 ] S14:在P型阱區(qū)306內形成源區(qū)305，源區(qū)305為N型重摻雜。
[0042]S15:第二漂移區(qū)307之上依次形成第一介質層304、門極電極303、第二介質層302和發(fā)射極電極301。
[0043]S16:減薄N-襯底，在N-襯底的背面形成集電區(qū)309和集電極310。形成集電極310的方法優(yōu)選為:蒸鍍。減薄的方法可以是任何基片減薄技術，具體可以是但不限于研磨、化學機械拋光、干法刻蝕、電化學腐蝕或濕法腐蝕方法，優(yōu)選采用研磨方法。
[0044]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0045]盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1.一種非穿通型IGBT，其特征在于，包括: 第一漂移區(qū)，第一漂移區(qū)的厚度為46um-150um; 形成在所述第一漂移區(qū)正面的第二漂移區(qū)，所述第二漂移區(qū)的導電類型與所述第一漂移區(qū)的導電類型相同，所述第一漂移區(qū)的摻雜濃度大于所述第二漂移區(qū)的摻雜濃度，第二漂移區(qū)的厚度為46um-150um; 形成在所述第二漂移區(qū)內的阱區(qū)以及形成在所述阱區(qū)內的源區(qū)，所述阱區(qū)的導電類型與所述第二漂移區(qū)的導電類型相反，所述源區(qū)的導電類型與所述阱區(qū)的導電類型相反；依次形成在所述第二漂移區(qū)之上的第一介質層、門極電極、第二介質層和發(fā)射極電極；形成在所述第一漂移區(qū)背面的集電區(qū)和集電極。2.如權利要求1所述的非穿通型IGBT，其特征在于，所述第一漂移區(qū)的摻雜濃度為Ie 14/cm3-1 e 15/cm3，所述第二漂移區(qū)的摻雜濃度為 lel3/cm3-le 14/cm3。3.如權利要求2所述的非穿通型IGBT，其特征在于，所述第一漂移區(qū)的摻雜濃度為4.27el3/cm3，所述第二漂移區(qū)的摻雜濃度為1.74el4/cm3。4.如權利要求1所述的非穿通型IGBT，其特征在于，所述第一漂移區(qū)與第二漂移區(qū)的厚度之比為1:3-3:1。5.如權利要求4所述的非穿通型IGBT，其特征在于，所述第一漂移區(qū)與第二漂移區(qū)的厚度之比為1:1。6.如權利要求5所述的非穿通型IGBT，其特征在于，所述第一漂移區(qū)與第二漂移區(qū)的厚度之和為150umo7.如權利要求1-6任一項所述的非穿通型IGBT，其特征在于，所述第一漂移區(qū)的導電類型為N型。
【文檔編號】H01L29/739GK205428937SQ201520893623
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月11日
【發(fā)明人】肖秀光, 吳海平
【申請人】寧波比亞迪半導體有限公司