一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的igbt及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及IGBT，尤其涉及一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，它是八十年代初誕生，九十年代迅速發(fā)展起來的新型復合電力電子器件。1980年之后國際上主流的半導體功率器件由可控硅發(fā)展為更先進的IGBT。
[0003]IGBT通常有三種結(jié)構(gòu)，穿通型IGBT、非穿通型IGBT和場阻型IGBT，其中，非穿通型IGBT和場阻型IGBT采用FZ單晶硅片，在完成IGBT正面工藝后，硅片減薄，然后背面高能N型離子注入和P型離子注入，然后退火。此結(jié)構(gòu)的主要缺點:為降低背面空穴的注入效率，背面P型離子注入劑量不會太高，帶來的結(jié)果就是集電極的接觸電阻會很大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]鑒于目前IGBT存在的上述不足，本發(fā)明提供一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT及其制備方法，能夠在保證空穴的注入效率的同時，提高背面P型雜質(zhì)的摻雜濃度，降低IGBT背面集電極的接觸電阻。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT，包括發(fā)射極、柵極、漂移區(qū)、緩沖區(qū)、異質(zhì)結(jié)集電極和金屬焊接層，所述異質(zhì)結(jié)集電極設置于IGBT底部，所述緩沖區(qū)和漂移區(qū)依次疊加在異質(zhì)結(jié)集電極上，所述發(fā)射極和柵極設置于漂移區(qū)頂部，發(fā)射極和柵極并排設置，所述金屬焊接層設置于異質(zhì)結(jié)電極表面。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述柵極的材料為二氧化硅。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述發(fā)射極的材料為鍺單質(zhì)。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述集電極分為P-Si層和P-Ge層，所述P-Ge層設置于P-Si層下，所述P-Ge層的厚度為I?5000埃，P-Ge的摻雜劑量為112?2 X 11W0
[0010]一種制備本發(fā)明所述的IGBT方法，其包括如下步驟:
[0011]在單晶硅片上完成正面工藝，形成發(fā)射極和柵極；
[0012]將單晶硅的背面減薄，
[0013]將VA族或VIA族元素離子注入單晶硅的背面形成緩沖層；
[0014]將鍺蒸發(fā)至所述緩沖層的表面，形成鍺層；
[0015]將P型雜質(zhì)離子注入所述鍺層形成集電極；
[0016]將所述集電極進行退火；
[0017]將退火后的集電極表面金屬化，形成一層金屬鍍層。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述正面工藝包括如下操作:
[0019]P型體和N+注入推進；
[0020]進行溝槽刻蝕；
[0021]進行通道氧化和多晶硅沉積；
[0022]介質(zhì)沉積；
[0023]接觸孔刻蝕；
[0024]正面金屬化；
[0025]硅片正面鈍化。
[0026]作為優(yōu)選方案，所述鍺蒸發(fā)的步驟為蒸發(fā)或濺射。
[0027]作為優(yōu)選方案，所述退火的步驟包括爐管退火、快速退火和激光退火中的任意一種。
[0028]作為優(yōu)選方案，所述金屬鍍層的成分為AlTiNiAg。
[0029]本發(fā)明的IGBT的優(yōu)點在于:用簡單的方法制造異質(zhì)結(jié)IGBT的集電極，降低了接觸電阻和飽和壓降。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(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。
[0031]圖1為本發(fā)明所述的一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖中，1、發(fā)射極；2、柵極；3、漂移區(qū)；4、緩沖區(qū)；5、異質(zhì)結(jié)集電極；51、P-Si層；52、P-Ge層；6、金屬焊接層。
【具體實施方式】
[0033]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(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施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]本發(fā)明所述的異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括發(fā)射極1、柵極2、漂移區(qū)3、緩沖區(qū)4和集電極5，所述分為P-Si層51和P-Ge層52的集電極5設置于IGBT底部，P-Si層51設置于P-Ge層52上，P-Ge層的厚度為I?5000埃，P-Ge的摻雜劑量為112?2X 116CnT2 ;所述緩沖區(qū)4和漂移區(qū)3依次疊加在集電極5上，集電極5表面還設有金屬焊接層6，所述發(fā)射極I和柵極2設置于漂移區(qū)3頂部，發(fā)射極I和柵極2并排設置。
[0035]本發(fā)明還提供了一種制備異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT的方法，包括如下步驟:
[0036]步驟一、在單晶硅片上進行P型體和N+注入推進，然后進行溝槽刻蝕，再進行柵氧化和多晶硅沉積；接下來進行二氧化硅等介質(zhì)的沉積；然后再接觸孔刻蝕；進而進行正面金屬化；最后進行硅片正面鈍化；完成IGBT的正面加工工藝，形成發(fā)射極和柵極；
[0037]步驟二、將完成步驟一加工后的單晶硅片通過拋光的方法減薄至所需的厚度，此厚度取決于器件的反向擊穿電壓；
[0038]步驟三、將VA族或VIA族元素離子注入單晶硅片的背面形成緩沖層，比如磷離子、硒離子等；
[0039]步驟四、將鍺通過蒸發(fā)或濺射的方法鍍至所述緩沖層的表面，形成鍺層；
[0040]步驟五、將P型雜質(zhì)離子通過常規(guī)手段注入鍺層內(nèi)形成集電極；
[0041]步驟六、將所述集電極進行爐管退火，也可以通過激光退火或快速退火的方式退火；
[0042]步驟七、將退火后的集電極表面通過常規(guī)手段進行金屬化，鍍上AlTiNiAg的焊接層。
[0043]本發(fā)明的IGBT的優(yōu)點在于:用簡單的方法制造異質(zhì)結(jié)IGBT的集電極，降低了接觸電阻和飽和壓降。比如，采用此方法，可以將常規(guī)方法制作的IGBT的飽和壓降從2.0?2.5V 降低至Ij 1.5 ?2.0V0
[0044]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域技術(shù)的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征在于，包括發(fā)射極、柵極、漂移區(qū)、緩沖區(qū)、異質(zhì)結(jié)集電極和金屬焊接層，所述異質(zhì)結(jié)集電極設置于IGBT底部，所述緩沖區(qū)和漂移區(qū)依次疊加在異質(zhì)結(jié)集電極上，所述發(fā)射極和柵極設置于漂移區(qū)頂部，發(fā)射極和柵極并排設置，所述金屬焊接層設置于異質(zhì)結(jié)電極表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述發(fā)射極的材料為鍺單質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述集電極分為P-Si層和P-Ge層，所述P-Ge層設置于P-Si層下，所述P-Ge層的厚度為I?5000埃，P-Ge的摻雜劑量為112?2 X 116Cm 2O
4.一種如權(quán)利要求1或2或3所述的IGBT制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在單晶硅片上完成正面工藝，形成發(fā)射極和柵極； 將單晶硅的背面減薄， 將VA族或VIA族元素離子注入單晶硅的背面形成緩沖層； 將鍺蒸發(fā)至所述緩沖層的表面，形成鍺層； 將P型雜質(zhì)離子注入所述鍺層形成集電極； 將所述集電極進行退火； 將退火后的集電極表面金屬化，形成一層金屬鍍層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT制備方法，其特征在于，所述正面工藝包括如下操作: P型體和N+注入推進； 進行溝槽刻蝕； 進行柵極氧化和多晶硅沉積； 介質(zhì)沉積； 接觸孔刻蝕； 正面金屬化； 硅片正面鈍化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT制備方法，其特征在于，所述鍺蒸發(fā)的步驟為蒸發(fā)或濺射。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT制備方法，其特征在于，所述退火的步驟包括爐管退火、快速退火和激光退火中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT制備方法，其特征在于，所述金屬鍍層的成分為AlTiNiAg0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)的IGBT，其包括發(fā)射極、柵極、漂移區(qū)、緩沖區(qū)、異質(zhì)結(jié)集電極和金屬焊接層，所述異質(zhì)結(jié)集電極設置于IGBT底部，所述緩沖區(qū)和漂移區(qū)依次疊加在集電極上，所述發(fā)射極和柵極設置于漂移區(qū)頂部，發(fā)射極和柵極并排設置，所述集電極表面還設有金屬焊接層。本發(fā)明還公開了一種異質(zhì)結(jié)場阻結(jié)構(gòu)IGBT的制備方法。本發(fā)明的優(yōu)點在于用簡單的方法制造異質(zhì)結(jié)IGBT的集電區(qū)，降低接觸電阻和飽和壓降。
【IPC分類】H01L29-06, H01L29-739, H01L21-331
【公開號】CN104779277
【申請?zhí)枴緾N201410304469
【發(fā)明人】楊凡力
【申請人】上海合俊馳半導體科技有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年6月28日