專利名稱：一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種絕緣柵雙極晶體管 (Insulated Gate Biplar Transistor, IGBT)及其制造方法。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Biplar Transistor, IGBT)是一種由MOSFET 與雙極型晶體管構(gòu)成的電壓控制型復(fù)合器件。它兼具兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既有MOSFET易于驅(qū) 動、開關(guān)速度快的特點(diǎn)，也有雙極型晶體管電壓較高、電流容量較大的特點(diǎn)。因此，絕緣柵雙 極晶體管已逐步取代了高壓雙極晶體管和晶閘管，被廣泛應(yīng)用于變頻空調(diào)、電力網(wǎng)絡(luò)以及 機(jī)車牽引等大功率系統(tǒng)之中。 通常絕緣柵雙極晶體管利用場終止(fieldstop)技術(shù)降低導(dǎo)通電阻以提高其性 能，現(xiàn)有的絕緣柵雙極晶體管的場終止技術(shù)是采用了緩變的n+_Si層來作為反向擊穿終止 層達(dá)到降低導(dǎo)通電阻的目的，然而此種技術(shù)未能大幅提高開關(guān)速度，尤其是對影響開關(guān)特 性的關(guān)斷時間改進(jìn)效果較差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能有效減小關(guān)斷時間的絕緣柵雙極晶體管。
還提供一種制造上述絕緣柵雙極晶體管的方法。 —種絕緣柵雙極晶體管，包括金屬層、P+區(qū)、場終止層、N-區(qū)、P區(qū)、N+區(qū)、！
及硅柵層。該場終止層包含N型硅鍺合金。 —種制造絕緣柵雙極晶體管的方法，包括第一步，提供基材，在該基材上形成柵氧 層和硅柵層；第二步，在該基材的正面形成P區(qū)及N+區(qū)，并在正面制作金屬電極；第三步， 在該基材的背面注入鍺(germanium, Ge)離子和N型雜質(zhì)；第四步，通過退火形成包含N型 硅鍺合金的場終止層；第五步，注入硼離子并低溫退火激活形成P+區(qū)和陽極；及第六步，背 面蒸發(fā)形成金屬層，制成絕緣柵雙極晶體管。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該場終止層還包括N型雜質(zhì)。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該場終止層中鍺離子的濃度為1% _30%，注入能量為 20KeV-lMeV。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該場終止層位于該P(yáng)+區(qū)和該N-區(qū)之間。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該絕緣柵雙極晶體管是用硅晶片制成，P區(qū)和N+區(qū)位
于硅晶片的正面，P+區(qū)和場終止層位于硅晶片的背面。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在第三步中，在該基材的背面還注入N型雜質(zhì)。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在第四步中，用低溫固相外延結(jié)合激光形成GeSi晶體
層，并激活注入的N型雜質(zhì)。 因本發(fā)明所提供的絕緣柵雙極晶體管，利用包含N型硅鍺合金的場終止層作為反 向擊穿終止層，進(jìn)一步增強(qiáng)過剩少子空穴復(fù)合幾率，從而減少了絕緣柵雙極晶體管的關(guān)斷時間并提高了關(guān)斷速度，進(jìn)而提高了電路效率。
圖1為本發(fā)明絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明絕緣柵雙極晶體管制造方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述 請參閱圖l，所示為本發(fā)明實(shí)施方式的絕緣柵雙極晶體管100(InsulatedGate Biplar Transistor, IGBT)的結(jié)構(gòu)示意圖。 在本實(shí)施方式中，絕緣柵雙極晶體管100是由硅晶片制成，其包括金屬層10、P+區(qū) 20、場終止層30、 N-區(qū)40、 P區(qū)50、 N+區(qū)60、柵氧層70及硅柵層80，其中N_區(qū)40為區(qū)熔 硅襯底，P+區(qū)20為背面硼注入后形成的P+層。P區(qū)50和N+區(qū)60位于硅晶片的正面，P+ 區(qū)20和場終止層30位于硅晶片的背面。場終止層30位于P+區(qū)20和N-區(qū)40之間，包括 低鍺含量的硅鍺合金和N型雜質(zhì)。 在本實(shí)施方式中，柵氧層70為二氧化硅(Si02)層，厚度為50-300納米。該柵氧 層70也可為其它硅化合物，如氮氧化硅等。 在本實(shí)施方式中，P區(qū)50和N+區(qū)60為絕緣柵雙極晶體管100的MOS管P型阱區(qū) 和源區(qū)。P區(qū)50進(jìn)一步包括P-體區(qū)和P+擴(kuò)散區(qū)。該P(yáng)+擴(kuò)散區(qū)用于連接P-體區(qū)和陰極， 同時用于連接N+區(qū)60和地。 在本實(shí)施方式中，絕緣柵雙極晶體管100是用同質(zhì)(homogeneous)本底單晶硅晶 片制成的，對低濃度N型硅晶片通過擴(kuò)散形成正面的高濃度P區(qū)50及N+區(qū)60，然后制作正 面電極；在背面N型硅晶片上通過離子注入鍺(germanium, Ge)和N型雜質(zhì)形成濃度較高 厚度較薄(小于10 y m)的N型硅鍺合金區(qū)，并低溫(350°C _450°C )固相外延形成GeSi晶 體層結(jié)合激光退火進(jìn)一步激活N型雜質(zhì)從而形成包含N型硅鍺合金和N型雜質(zhì)的場終止層 30，然后注入硼離子并低溫退火激活形成P+區(qū)20和陽極的發(fā)射結(jié)，最后在背面蒸發(fā)形成金 屬層IO，制成絕緣柵雙極晶體管100。其中，退火時間為1個小時，溫度為350°C -450°C。
因場終止層30的GeSi與P+區(qū)20的Si之間的價帶能隙失配可以有效地在反向 截止時將臨近區(qū)域過剩少子空穴陷入GeSi層中，并通過調(diào)整GeSi層中的N型雜質(zhì)注入濃 度使得該區(qū)域有較高的電子濃度，從而增強(qiáng)過剩少子空穴復(fù)合幾率，提高絕緣柵雙極晶體 管100的關(guān)斷速度。 在本實(shí)施方式中，N型硅鍺合金中鍺離子的濃度為1% _30%，注入能量為 20KeV-lMeV。 圖2為本發(fā)明絕緣柵雙極晶體管100制造方法的流程圖。在步驟200，提供基材。 在本實(shí)施方式中，基材為低濃度N型硅晶片；在步驟201，在基材上以熱生長的方法形成柵 氧層70 ;在步驟202，在基材上以淀積的方法形成硅柵層80 ;在步驟203，以光刻、干法刻蝕 方法除去預(yù)定阱區(qū)和源區(qū)范圍內(nèi)的柵氧層70和硅柵層80，并通過注入和擴(kuò)散在硅晶片的 正面形成高濃度的P區(qū)50及N+區(qū)60，在正面制作金屬電極；在步驟204，在硅晶片的背面 通過離子注入的方式注入鍺(germanium, Ge)形成硅鍺合金和N型雜質(zhì)形成濃度較高厚度較薄的N型硅鍺合金區(qū)；在步驟205，通過低溫(350-450度)固相外延形成GeSi晶體層并 用激光退火進(jìn)一步激活N型雜質(zhì)從而形成包括GeSi合金和N型雜質(zhì)的場終止層30 ;在步 驟206，注入硼離子并低溫退火激活形成P+區(qū)20和陽極的發(fā)射結(jié)；在步驟207，在背面蒸發(fā) 形成金屬層IO，制成絕緣柵雙極晶體管100。 因本發(fā)明利用包括GeSi晶體層的場終止層30作為反向擊穿終止層，進(jìn)一步增強(qiáng) 過剩少子空穴復(fù)合幾率，從而減少了絕緣柵雙極晶體管100的關(guān)斷時間并提高了關(guān)斷速 度，進(jìn)而提高了電路效率。 本發(fā)明的場終止層30還進(jìn)一步包括N型雜質(zhì)，從而進(jìn)一步減少了絕緣柵雙極晶體 管100的關(guān)斷時間并提高了關(guān)斷速度。 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種絕緣柵雙極晶體管，包括金屬層、P+區(qū)、N-區(qū)、P區(qū)、N+區(qū)、柵氧層及硅柵層，其特征在于，該絕緣柵雙極晶體管還包括包含N型硅鍺合金的場終止層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，該場終止層還包括N型雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，該場終止層中鍺離子的濃度為1% _30%，注入能量為20KeV-lMeV。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，該場終止層位于該P(yáng)+區(qū)和該N-區(qū)之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，該絕緣柵雙極晶體管是用硅晶片制成，P區(qū)和N+區(qū)位于硅晶片的正面，P+區(qū)和場終止層位于硅晶片的背面。
6. —種制造絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟第一步，提供基材，在該基材上形成柵氧層和硅柵層；第二步，在該基材的正面形成P區(qū)及N—區(qū)，并在正面制作金屬電極；第三步，在該基材的背面注入鍺(germanium, Ge)形成硅鍺合金；第四步，退火形成包含N型硅鍺合金的場終止層；第五步，注入硼離子并低溫退火激活形成P+區(qū)和陽極；及第六步，背面蒸發(fā)形成金屬層，制成絕緣柵雙極晶體管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造的方法，其特征在于，在第三步中，在該基材的背面還注入N型雜質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造的方法，其特征在于，該場終止層還包括N型雜質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造的方法，其特征在于，在第四步中，用低溫固相外延結(jié)合激光退火形成GeSi晶體層，并激活注入的N型雜質(zhì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造的方法，其特征在于，該場終止層中鍺離子的濃度為1% _30%，注入能量為20KeV-lMeV。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極晶體管，包括金屬層、P+區(qū)、場終止層、N-區(qū)、P區(qū)、N+區(qū)、柵氧層及硅柵層。該場終止層包含N型硅鍺合金。本發(fā)明還提供一種制造絕緣柵雙極晶體管的方法。因本發(fā)明所提供的絕緣柵雙極晶體管，利用包括N型硅鍺合金的場終止層作為反向擊穿終止層，進(jìn)一步增強(qiáng)過剩少子空穴復(fù)合幾率，從而減少了絕緣柵雙極晶體管的關(guān)斷時間并提高了關(guān)斷速度，進(jìn)而提高了電路效率。
文檔編號H01L29/02GK101752415SQ20081020392
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者邵凱, 龔大衛(wèi) 申請人:上海芯能電子科技有限公司