一種igbt的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于功率半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，該緩沖層包括至少兩層N型摻雜層，緩沖層在漂移區(qū)和P+集電區(qū)之間，制作該緩沖層的方法為：在N-型襯底的背面通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，第一摻雜層的摻雜濃度為5e14/cm3–5e16/cm3；在第一摻雜層通過掩膜板劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；通過質(zhì)子輻照或者離子注入的方法在透光區(qū)域形成第二摻雜層，第二摻雜層的摻雜濃度為1e15/cm3–5e17/cm3。本發(fā)明可以獲得更理想的緩沖層摻雜濃度分布，可以改善開關(guān)速度，同時(shí)抑制導(dǎo)通壓降的波動(dòng)。
【專利說明】一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管IGBT是新型的大功率器件，它集MOSFET柵極電壓控制特性和雙極型晶體管低導(dǎo)通電阻特性于一身，改善了器件耐壓和導(dǎo)通電阻相互牽制的情況，具有高電壓、大電流、高頻率、功率集成密度高、輸入阻抗大、導(dǎo)通電阻小、開關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn)。在變頻家電、工業(yè)控制、電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車、新能源、智能電網(wǎng)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用空間。
[0003]參見圖1，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種穿通型IGBT的結(jié)構(gòu)，IGBT的參數(shù)優(yōu)化存在很多的折中關(guān)系，比如漂移區(qū)厚度增大，有利于器件耐壓的提高，但是同時(shí)增大了導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時(shí)間，比如增大背面P型集電極的摻雜濃度，會提高空穴注入效率，增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而有利于降低器件的導(dǎo)通壓降，但是由于漂移區(qū)存儲了更多的少子電荷，器件的關(guān)斷時(shí)間會延長。穿通型IGBT在漂移區(qū)和P+集電極層之間添加了 N+緩沖層，很大程度上優(yōu)化了參數(shù)折中關(guān)系。一方面，N+緩沖層的濃度比漂移區(qū)大，使電場進(jìn)入到N+緩沖層之后迅速截止，因此它能使器件保持相同耐壓的同時(shí)，減少N-漂移區(qū)的厚度，從而可以降低導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時(shí)間。另一方面，N+緩沖層可以阻擋一部分來自P+集電極層的空穴注入到N-漂移區(qū)，因此調(diào)整N+緩沖層的結(jié)構(gòu)還可以影響背面集電極的注入效率，從而影響IGBT的導(dǎo)通壓降、關(guān)斷時(shí)間等參數(shù)。通常來說，空穴注入效率高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)通壓降減小，但關(guān)斷時(shí)間會延長，開關(guān)速度變慢。
[0004]如圖1所示，在N-漂移區(qū)和P型集電極層之間有N+緩沖層的結(jié)構(gòu)，N+緩沖層通過一次或者多次質(zhì)子輻照的方法制備，在縱向形成不同摻雜濃度的分布。對于一次輻照，形成的縱向摻雜分布參見圖2。對于多次輻照，形成的緩沖層每一層具有不同的作用，通過不同層的摻雜濃度優(yōu)化來改善器件參數(shù)特性。
[0005]傳統(tǒng)的緩沖層制備工藝中外延制備方法缺點(diǎn)是成本高；離子注入的方法通常是對背面進(jìn)行離子注入之后再進(jìn)行退火激活，而此時(shí)正面工藝包括正面金屬淀積已經(jīng)完成，退火溫度不能太高，因此很難形成深度很深的緩沖層。
[0006]傳統(tǒng)的緩沖層結(jié)構(gòu)通過一次離子注入形成，通常形成的雜質(zhì)分布為高斯分布，摻雜分布形狀的自由度較低，緩沖層摻雜濃度分布控制不準(zhǔn)確，不能夠獨(dú)立優(yōu)化導(dǎo)通壓降和開關(guān)時(shí)間。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)還通過一次或者多次質(zhì)子輻照的方法制備緩沖層，優(yōu)化緩沖層縱向上的摻雜分布，都在一定程度上優(yōu)化了對導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗的折中。但此種方法對摻雜分布的精確控制要求非常高，工藝略微出現(xiàn)偏差就會導(dǎo)致參數(shù)上很大不同。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中緩沖層摻雜濃度分布控制不準(zhǔn)確和開關(guān)速度慢等技術(shù)問題。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)，所述緩沖層包括至少兩層N型摻雜層，所述緩沖層在漂移區(qū)和P+集電區(qū)之間。
[0010]進(jìn)一步地，所述N型摻雜層為兩層。
[0011]一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟:
[0012]在N-型襯底的背面通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，所述第一摻雜層的摻雜濃度為 5el4/cm3 - 5el6/cm3 ；
[0013]在所述第一摻雜層通過掩膜板劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；
[0014]通過質(zhì)子輻照或者離子注入的方法在所述透光區(qū)域形成第二摻雜層，所述第二摻雜層的摻雜濃度為lel5/cm3 - 5el7/cm3。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為1.5μηι-15μηι。
[0016]優(yōu)選地，所述第一摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為5 μ m-10 μ m。
[0017]進(jìn)一步地，所述第二摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為0.1 μ m-2 μ m。
[0018]進(jìn)一步地，所述形成第二摻雜層中，離子注入的能量為300KeV-3MkeV。
[0019]本發(fā)明提供的IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)及其制作方法，第一摻雜層主要起到阻斷電場的作用，減小芯片厚度，從而減小導(dǎo)通壓降；第二摻雜層可以改善開關(guān)速度，同時(shí)抑制導(dǎo)通壓降的波動(dòng)；并且，采用多次摻雜，每層緩沖層可以單獨(dú)優(yōu)化，可以獲得更理想的緩沖層摻雜濃度分布。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的帶有緩沖層結(jié)構(gòu)的IGBT ；
[0021]圖2為圖1所示IGBT結(jié)構(gòu)的典型的摻雜分布圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為圖3所示IGBT結(jié)構(gòu)沿AA’的縱向摻雜分布圖；
[0024]圖5為圖3所示IGBT結(jié)構(gòu)沿BB’的縱向摻雜分布圖；
[0025]附圖標(biāo)記:
[0026]1、P+集電區(qū)，2、第一摻雜層，3、第二摻雜層，4、N-漂移區(qū)，5、P型基區(qū)，6、N+發(fā)射區(qū)，7、柵極，8、柵極氧化層，9、發(fā)射極，10、集電極
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1:
[0028]參見圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)，該IGBT的結(jié)構(gòu)包括正面MOS結(jié)構(gòu)、N-漂移區(qū)、緩沖層、背面的P+集電區(qū)和背面的集電極。正面MOS結(jié)構(gòu)位于N-漂移區(qū)的一側(cè)，包括P型基區(qū)5、N+發(fā)射區(qū)6、柵極氧化層8、柵極7和發(fā)射極9，緩沖層與N-漂移區(qū)4相連，位于與正面MOS結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)；背面的P+集電區(qū)I與緩沖層相連，集電極10與背面P+集電區(qū)I相連，即P+集電區(qū)I位于緩沖層和集電極10之間；該緩沖層的摻雜類型為N型，該N+緩沖層包括多層N型摻雜層，該多層N型摻雜層至少包括兩層N型摻雜層，N+緩沖層在N-漂移區(qū)4和P+集電區(qū)I之間；其中，在本發(fā)明實(shí)施例中，該N型摻雜層優(yōu)選為兩層；靠近N-漂移區(qū)的第一層N型摻雜層為第一摻雜層，與第一摻雜層相鄰并且遠(yuǎn)離N-漂移區(qū)的摻雜層為第二摻雜層。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟:
[0031]步驟201:選擇襯底，該襯底為單晶材料，該襯底內(nèi)包括N-漂移區(qū)；然后在襯底某一側(cè)的表面制作MOS結(jié)構(gòu)，形成器件的柵極結(jié)構(gòu)和源極結(jié)構(gòu)；M0S結(jié)構(gòu)可以為溝槽型結(jié)構(gòu)，也可以為平面型結(jié)構(gòu)，MOS結(jié)構(gòu)的制備可以采用常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)均可；在本發(fā)明實(shí)施例中，MOS結(jié)構(gòu)為平面型結(jié)構(gòu)，具體為:
[0032]步驟2011:在爐管中通入含氧一定比例的高溫氣體，使硅表面形成一層氧化硅薄膜；
[0033]步驟2012:在硅表面均勻覆蓋一層光刻膠，并采用終端環(huán)掩膜板進(jìn)行曝光，曝光出環(huán)狀區(qū)域。然后進(jìn)行P型注入及退火形成終端的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，注入劑量Iel4-5el6/cm2，退火溫度900°C -1250°C ;去膠及清洗后形成P+區(qū)域；
[0034]步驟2013:通過通入含氧一定比例的高溫氣體，使硅表面形成柵極氧化層8 ;然后通過濺射、蒸發(fā)或者化學(xué)氣相淀積在氧化層上覆蓋一層多晶硅層；再通過掩膜光刻和等離子體刻蝕去掉多余部分的多晶硅，形成柵極7 ;
[0035]步驟2014:通過在表面注入第三主族元素的離子，以及高溫退火過程，形成P型基區(qū)5 ;第三主族元素可以用是硼，高溫退火溫度范圍是900°C -1200°C ；
[0036]步驟2015:通過掩膜光刻、表面注入第五主族元素?fù)诫s，以及高溫退火過程，形成N+發(fā)射區(qū)6 ;第五主族元素可以是磷，高溫退火溫度范圍是850°C -1lOO0C ；
[0037]步驟2016:通過蒸發(fā)、濺射、物理氣相淀積或者化學(xué)氣相淀積的方法在表面形成氧化硅，然后通過掩膜光刻和等離子體刻蝕在多晶硅柵沒有覆蓋的部分區(qū)域刻掉氧化硅。再通過濺射或者蒸發(fā)在表面覆蓋金屬層，并經(jīng)過干法刻蝕，將有源區(qū)金屬與終端區(qū)的金屬場板隔斷，形成發(fā)射極9;
[0038]步驟2017:通過濺射、蒸發(fā)或者化學(xué)氣相淀積在金屬層上覆蓋一層鈍化層。該鈍化物質(zhì)可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者其中某幾種的混合物；然后通過等離子體刻蝕鈍化層，開出源極的PAD和柵極的PAD，完成正面MOS結(jié)構(gòu)的制作；
[0039]步驟202:在與MOS結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)，將N-型襯底用研磨的方式減薄到所需厚度；不同電壓等級的器件對應(yīng)減薄后的漂移區(qū)厚度不同，通常來說擊穿電壓越高的器件，需要漂移區(qū)的厚度越厚，需要減薄的厚度越少；比如600V的器件，最后N-漂移區(qū)剩下60—95um即可；而對于1200V的器件，最后N-漂移區(qū)剩下120— 200um即可；
[0040]步驟203:在N-型襯底的背面，即減薄后的表面，通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，也就是說，將氫注入，摻雜的元素是氫，第一摻雜層的摻雜類型為N型,第一摻雜層的摻雜濃度為5el4/cm3，第一摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為1.5 μ m ;由于第一摻雜層的深度較深，如果采用離子注入的方法，通常需要高溫下退火，但是由于正面工藝已經(jīng)完成，退火溫度只能控制在500°C以內(nèi)，在此退火溫度下，普通的離子注入深度又不夠，普通的離子注入難以實(shí)現(xiàn)，所以需要采用質(zhì)子輻照的方法；第一摻雜層主要起到阻斷電場的作用，減小芯片厚度，從而減小導(dǎo)通壓降；
[0041]步驟204:在N-型襯底的背面進(jìn)行光刻，然后覆蓋掩膜板掩膜部分區(qū)域，在N-型襯底的背面劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；
[0042]步驟205:通過離子注入的方法在透光區(qū)域形成第二摻雜層；離子注入的能量在300KeV,形成的第二摻雜層的摻雜類型為N型，摻雜雜質(zhì)為第五主族元素離子，第二摻雜層的摻雜濃度為lel5/cm3，第二摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為0.1 μ m ;第二摻雜層主要起到優(yōu)化器件導(dǎo)通參數(shù)和開關(guān)參數(shù)的作用；其中掩膜區(qū)域不做離子注入的目的是為了增強(qiáng)N-型襯底背面空穴注入的效率，從而增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使導(dǎo)通參數(shù)優(yōu)化；
[0043]步驟206:在器件背面，即第二摻雜層的表面，依次通過離子注入法形成P+集電區(qū)I和集電極10，離子注入的能量為200KeV，然后退火，退火的時(shí)間20min，退火的溫度是350°C，注入的離子通常選擇B注入；
[0044]步驟207:背面金屬化，在集電極10的表面，采用金屬蒸發(fā)制作背面金屬，該背金金屬從上到下依次為鋁鈦鎳銀(Al-T1-N1-Ag)。
[0045]另外，在步驟203和步驟205之后，可以進(jìn)行一次或者多次退火激活；也可以不做退火，利用步驟206中的退火激活。
[0046]在本發(fā)明實(shí)施例中，從圖4可以看出，第二摻雜層掩膜區(qū)域，縱方向上漂移區(qū)背面存在第一緩沖層和P+集電區(qū)的摻雜峰值，從圖5可以看出，第二摻雜層透光區(qū)域，縱方向上漂移區(qū)背面存在第一緩沖層、第二緩沖層以及P+集電極的摻雜峰值。
[0047]實(shí)施例3:
[0048]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟:
[0049]步驟301:選擇襯底，該襯底為單晶材料，該襯底內(nèi)包括N-型漂移區(qū)；然后在襯底某一側(cè)的表面制作MOS結(jié)構(gòu)，形成器件的柵極結(jié)構(gòu)和源極結(jié)構(gòu)；M0S結(jié)構(gòu)可以為溝槽型結(jié)構(gòu)，也可以為平面型結(jié)構(gòu)，MOS結(jié)構(gòu)的制備可以采用常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)均可；在本發(fā)明實(shí)施例中，MOS結(jié)構(gòu)為平面型結(jié)構(gòu)，具體制作方法可以參見實(shí)施I中的步驟2011-2017 ；
[0050]步驟302:在與MOS結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)，將N-型襯底用研磨的方式減薄到所需厚度。不同電壓等級的器件對應(yīng)減薄后的漂移區(qū)厚度不同，通常來說擊穿電壓越高的器件，需要N-漂移區(qū)的厚度越厚，需要減薄的厚度越少。比如600V的器件，最后N-漂移區(qū)剩下60—95um即可；而對于1200V的器件，最后漂移區(qū)剩下120— 200um即可；
[0051]步驟303:在N-型襯底的背面，即減薄后的表面，通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，也就是說，將氫注入，摻雜的元素是氫，第一摻雜層的摻雜類型為N型,第一摻雜層的摻雜濃度為5el6/cm3,第一摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為15 μ m ;由于第一摻雜層的深度較深,如果采用離子注入的方法，通常需要高溫下退火，但是由于正面工藝已經(jīng)完成，退火溫度只能控制在500°C以內(nèi)，在此退火溫度下，普通的離子注入深度又不夠，普通的離子注入難以實(shí)現(xiàn)，所以需要采用質(zhì)子輻照的方法；第一摻雜層主要起到阻斷電場的作用，減小芯片厚度，從而減小導(dǎo)通壓降；
[0052]步驟304:在N-型襯底的背面進(jìn)行光刻，然后覆蓋掩膜板掩膜部分區(qū)域，在N-型襯底的背面劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；
[0053]步驟305:通過離子注入的方法在透光區(qū)域形成第二摻雜層。離子注入的能量在3MkeV，形成的第二摻雜層的摻雜類型為N型，摻雜雜質(zhì)為第五主族元素離子，第二摻雜層的摻雜濃度為5el7/cm3，第二摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為2μπι;第二摻雜層主要起到優(yōu)化器件導(dǎo)通參數(shù)和開關(guān)參數(shù)的作用；其中掩膜區(qū)域不做離子注入的目的是為了增強(qiáng)N-型襯底背面空穴注入的效率，從而增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使導(dǎo)通參數(shù)優(yōu)化；
[0054]步驟306:在器件背面，即第二摻雜層的表面，依次通過離子注入法形成P+集電區(qū)和集電極，離子注入的能量范圍是650keV，然后退火，退火的時(shí)間是90min，退火的溫度是500°C，注入的離子通常選擇B注入；
[0055]步驟307:背面金屬化，在集電極層的表面，采用濺射的方法制作背面金屬，該背金金屬從上到下依次為鋁鈦鎳銀(Al-T1-N1-Ag)。
[0056]實(shí)施例4:
[0057]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟:
[0058]步驟401:選擇襯底，該襯底為單晶材料，該襯底內(nèi)包括N-型漂移區(qū)。然后在襯底某一側(cè)的表面制作MOS結(jié)構(gòu)，形成器件的柵極結(jié)構(gòu)和源極結(jié)構(gòu)；M0S結(jié)構(gòu)可以為溝槽型結(jié)構(gòu)，也可以為平面型結(jié)構(gòu)，MOS結(jié)構(gòu)的制備可以采用常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)均可；在本發(fā)明實(shí)施例中，MOS結(jié)構(gòu)為平面型結(jié)構(gòu)，具體制作方法可以參見實(shí)施I中的步驟2011-2017 ；
[0059]步驟402:在與MOS結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)，將N-型襯底用研磨的方式減薄到所需厚度。不同電壓等級的器件對應(yīng)減薄后的漂移區(qū)厚度不同，通常來說擊穿電壓越高的器件，需要漂移區(qū)的厚度越厚，需要減薄的厚度越少；比如600V的器件，最后漂移區(qū)剩下60— 95um即可；而對于1200V的器件，最后漂移區(qū)剩下120— 200um即可；
[0060]步驟403:在N-型襯底的背面質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，也就是說，將氫注入，摻雜的元素是氫，第一摻雜層的摻雜類型為N型，第一摻雜層的摻雜濃度為5el4/cm3，第一摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為5 μ m，但由于第一層摻雜深度較深，普通的離子注入難以實(shí)現(xiàn)，通常需要高溫下退火；但是由于正面工藝已經(jīng)完成，退火溫度只能控制在500C以內(nèi)，所以通常普通的離子注入深度不夠，普通的離子注入難以實(shí)現(xiàn)，所以需要采用質(zhì)子輻照的方法；第一摻雜層主要起到阻斷電場的作用，減小芯片厚度，從而減小導(dǎo)通壓降。
[0061]步驟404:在N-型襯底的背面進(jìn)行光刻，然后覆蓋掩膜板掩膜部分區(qū)域，在N-型襯底的背面劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；
[0062]步驟405:通過質(zhì)子輻照的方法在透光區(qū)域形成第二摻雜層，也就是說，將氫注入，摻雜的元素是氫，第二摻雜層的摻雜類型為N型，第二摻雜層的摻雜濃度為lel5/cm3，第二摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為0.1 μ m，第二摻雜層主要起到優(yōu)化器件導(dǎo)通參數(shù)和開關(guān)參數(shù)的作用；其中掩膜區(qū)域不做質(zhì)子輻照的目的是為了增強(qiáng)N-型襯底背面空穴注入的效率，從而增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使導(dǎo)通參數(shù)優(yōu)化；
[0063]步驟406:在器件背面，即第二摻雜層的表面，依次通過離子注入法形成P+集電區(qū)和集電極，離子注入的能量范圍是200KeV，然后退火，退火的時(shí)間是20min，退火的溫度是350°C，注入的離子通常選擇B注入；
[0064]步驟407:背面金屬化，在集電極層的表面，采用金屬蒸發(fā)的方法制作背面金屬，該背面金屬從上到下依次為鋁鈦鎳銀(Al-T1-N1-Ag)。
[0065]實(shí)施例5:
[0066]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟:
[0067]步驟501:選擇襯底，該襯底為單晶材料，該襯底內(nèi)包括N-型漂移區(qū)。然后在襯底某一側(cè)的表面制作MOS結(jié)構(gòu)，形成器件的柵極結(jié)構(gòu)和源極結(jié)構(gòu)。MOS結(jié)構(gòu)可以為溝槽型結(jié)構(gòu)，也可以為平面型結(jié)構(gòu)，MOS結(jié)構(gòu)的制備可以采用常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)均可；在本發(fā)明實(shí)施例中，MOS結(jié)構(gòu)為平面型結(jié)構(gòu)，具體制作方法可以參見實(shí)施I中的步驟2011-2017 ；
[0068]步驟502:在與MOS結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)，將N-型襯底用研磨的方式減薄到所需厚度；不同電壓等級的器件對應(yīng)減薄后的漂移區(qū)厚度不同，通常來說擊穿電壓越高的器件，需要漂移區(qū)的厚度越厚，需要減薄的厚度越少；比如600V的器件，最后漂移區(qū)剩下60— 95um即可；而對于1200V的器件，最后漂移區(qū)剩下120— 200um即可；
[0069]步驟503:在N-型襯底的背面質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，也就是說，將氫注入，摻雜的元素是氫，第一摻雜層的摻雜類型為N型,第一摻雜層的摻雜濃度為5el6/cm3,第一摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為10 μ m，但由于第一層摻雜深度較深，普通的離子注入難以實(shí)現(xiàn)，通常需要高溫下退火。但是由于正面工藝已經(jīng)完成，退火溫度只能控制在500C以內(nèi)，所以通常普通的離子注入深度不夠普通的離子注入難以實(shí)現(xiàn)，所以需要采用質(zhì)子輻照的方法；第一摻雜層主要起到阻斷電場的作用，減小芯片厚度，從而減小導(dǎo)通壓降；
[0070]步驟504:在N-型襯底的背面進(jìn)行光刻，然后覆蓋掩膜板掩膜部分區(qū)域，在N-型襯底的背面劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域；
[0071]步驟505:通過質(zhì)子輻照的方法在透光區(qū)域形成第二摻雜層，也就是說，將氫注入，摻雜的元素是氫，第二摻雜層的摻雜濃度為5el7/cm3，第二摻雜層的雜質(zhì)的峰值深度為2 μ m，第二摻雜層主要起到優(yōu)化器件導(dǎo)通參數(shù)和開關(guān)參數(shù)的作用。其中掩膜區(qū)域不做質(zhì)子輻照的目的主要是為了增強(qiáng)背面空穴注入的效率，從而增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使導(dǎo)通參數(shù)優(yōu)化；透光區(qū)域進(jìn)行質(zhì)子輻照的目的主要起到優(yōu)化開關(guān)參數(shù)的作用；
[0072]步驟506:在器件背面，即第二摻雜層的表面，依次通過離子注入法形成P+集電區(qū)和集電極，離子注入的能量范圍是650keV，然后退火，退火的時(shí)間是90min，退火的溫度是500°C，注入的離子通常選擇B注入；
[0073]步驟507:背面金屬化，在集電極層的表面，采用金屬蒸發(fā)的方法制作背面金屬，該背面金屬從上到下依次為鋁鈦鎳銀(Al-T1-N1-Ag)。
[0074]本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)包括如下幾個(gè)方面:
[0075]I)采用多次摻雜，每層摻雜層可以單獨(dú)優(yōu)化，可以獲得更理想的緩沖層摻雜濃度分布；
[0076]2)第一摻雜層主要起到阻斷電場的作用，減小芯片厚度，從而減小導(dǎo)通壓降；
[0077]3)第二摻雜層通過調(diào)節(jié)注入窗口，注入濃度和深度，可以優(yōu)化器件的導(dǎo)通壓降、開關(guān)時(shí)間等參數(shù)性能；第二摻雜層的這種結(jié)構(gòu)可以改善開關(guān)速度，同時(shí)抑制導(dǎo)通壓降的波動(dòng)；
[0078]4)第一摻雜層采用質(zhì)子輻照，相比離子注入來說，可以很容易的實(shí)現(xiàn)注入深度較深的目的；
[0079]5)第二摻雜層采用質(zhì)子輻照或者離子注入均可。
[0080]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層包括至少兩層N型摻雜層，所述緩沖層在漂移區(qū)和P+集電區(qū)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述N型摻雜層為兩層。
3.—種IGBT的緩沖層結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 在N-型襯底的背面通過質(zhì)子輻照形成第一摻雜層，所述第一摻雜層的摻雜濃度為5el4/cm3 - 5el6/cm3 ； 在所述第一摻雜層通過掩膜板劃分出掩膜區(qū)域和透光區(qū)域； 通過質(zhì)子輻照或者離子注入的方法在所述透光區(qū)域形成第二摻雜層，所述第二摻雜層的摻雜濃度為lel5/cm3 - 5el7/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述第一摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為1.5 μ m-15 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述第一摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為5 μ m_10 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述第二摻雜層的雜質(zhì)峰值深度為0.1 μ m-2 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述形成第二摻雜層中，離子注入的能量為 300KeV-3MkeV。
【文檔編號】H01L21/331GK103839990SQ201310085624
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】喻巧群, 朱陽軍, 盧爍今, 吳振興, 田曉麗 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所, 上海聯(lián)星電子有限公司, 江蘇中科君芯科技有限公司