絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法
【專利說明】 絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]絕緣棚.雙極型晶體管(Insulated-GateBipolar Transistor:1GBT)是廣泛應用于逆變器、電機驅(qū)動等高電壓大電流領(lǐng)域的電力元器件，應具有關(guān)斷時的阻斷電壓，即擊穿電壓(breakdown voltage)高，導通壓降低的特點。
[0004]圖1所示的是現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT結(jié)構(gòu)剖面圖，為了圖紙的簡潔明了，圖1所示的剖面僅為左側(cè)，右側(cè)是與左側(cè)對稱的；如圖1所示，為了具備高擊穿電壓的性能，現(xiàn)有技術(shù)中采用了延伸N-漂移區(qū)的物理長度或采用低濃度晶圓(襯底)的方法，但是，這會導致N-漂移區(qū)的電阻增加，從而出現(xiàn)導通壓降增大，電力損耗加大等問題；
為了解決導通壓降增大問題，通常采用的方法是減小P基區(qū)(P-base)之間的結(jié)型場效應管(Junct1n Field-Effect Transistor，JFET)中的電阻，但是這會導致關(guān)斷(OFF)時凹入式棚■極(recessed gate)出現(xiàn)電場增強效應(Field enhancement effect)(即P基區(qū)和N-漂移區(qū)的曲面電場增強)，從而導致?lián)舸╇妷航档偷母弊饔谩?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法，能緩解現(xiàn)有的IGBT導通壓降大的問題，并消除關(guān)斷時P型基區(qū)和N-漂移區(qū)的曲面發(fā)生的電場集中，從而能提高擊穿電壓，確保IGBT工作過程中的可靠性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種絕緣柵雙極型晶體管，包括半導體襯底，在所述半導體襯底的正面外延生長成的N-漂移區(qū)；在上述N-漂移區(qū)上制備形成柵極和發(fā)射極的上部端子；在所述半導體襯底的背面形成集電極的下部端子；在半導體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)處設(shè)有刻蝕溝槽，在所述刻蝕溝槽內(nèi)注入P型摻雜劑，P型摻雜劑擴散形成P型屏蔽層。
[0007]作為優(yōu)選，所述P型屏蔽層的厚度為0.Ιμπι?ΙΟμ??;所述P型屏蔽層的濃度為10ncm 3至 10 19cm 3。
[0008]本發(fā)明還公開了上述絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括如下步驟:
51、準備半導體襯底，在所述半導體襯底上外延生長形成預定厚度的N-漂移區(qū)，在所述半導體襯底的背面形成集電極的下部端子；
52、對半導體襯底上表面上預定形成柵極的部分進行溝槽刻蝕，在刻蝕處內(nèi)注入P型摻雜劑；
53、在刻蝕的所述溝槽內(nèi)壁上形成絕緣膜，在所述絕緣膜的表面形成由導體構(gòu)成的導電柵極； 54、在預定形成基區(qū)的部位刻蝕掉導體，并在該刻蝕部位注入P型摻雜劑；
55、對步驟S2注入的P型摻雜劑及步驟S4注入的P型摻雜劑進行熱處理，使其擴散，形成P型屏蔽層和基區(qū)；
56、在所述N-漂移區(qū)上進行光刻加工，在光刻處注入N型摻雜物，引出形成發(fā)射極。
[0009]進一步的，所述P型摻雜劑為+3價的硼離子，通過擴散或離子注入工藝注入所述溝槽的刻蝕處。
[0010]作為優(yōu)選，所述絕緣膜由可以采用二氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿材料中的一種或多種制成。
[0011]作為優(yōu)選，所述構(gòu)成導電柵極的導體由多晶硅、鎢、鋁中的一種或上述物質(zhì)的化合物制成。
[0012]本發(fā)明公開的絕緣柵雙極型晶體管通過在柵極的下方加入一個P型屏蔽層，能緩解現(xiàn)有的IGBT導通壓降大的問題，并消除關(guān)斷時P型基區(qū)和N-漂移區(qū)的曲面發(fā)生的電場集中，從而能提高擊穿電壓，確保IGBT工作過程中的可靠性。
【附圖說明】
[0013]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣柵雙極型晶體管的剖面圖；
圖2為本發(fā)明的絕緣柵雙極型晶體管在一實施例中的剖面圖；
圖3為本發(fā)明在一實施例中的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細闡述。
[0015]如圖2所示，本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括半導體襯底2，在所述半導體襯底2的正面外延生長成的N-漂移區(qū)3 ;在上述N-漂移區(qū)3上制備形成柵極6和發(fā)射極7的上部端子；在所述半導體襯底2的背面形成集電極的下部端子；在半導體襯底2表面形成柵極結(jié)構(gòu)處設(shè)有刻蝕溝槽，在所述刻蝕溝槽內(nèi)注入P型摻雜劑，P型摻雜劑擴散形成P型屏蔽層9 ;
作為優(yōu)選，所述P型屏蔽層9的厚度為0.Ιμπι?ΙΟμπι;所述P型屏蔽層的濃度為10ncm 3至10 19cm 3，0.1 μ m和10 μ m是考慮實際IGBT實施例的尺寸和柵極的大小選擇的最小厚度和最大厚度，實際上，小于0.1 μπι的P型屏蔽層難以實現(xiàn)，大于10 μπι的Ρ型屏蔽層也難以通過硅的擴散實現(xiàn)。
[0016]本發(fā)明公開的絕緣柵雙極型晶體管通過在柵極的下方加入一個Ρ型屏蔽層，能緩解現(xiàn)有的IGBT導通壓降大的問題，并消除關(guān)斷時Ρ型基區(qū)和Ν-漂移區(qū)的曲面發(fā)生的電場集中，從而能提高擊穿電壓，確保IGBT工作過程中的可靠性。
[0017]本發(fā)明還公開了上述絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括如下步驟:
51、準備半導體襯底2，在所述半導體襯底上外延生長形成預定厚度的Ν-漂移區(qū)3，在所述半導體襯底2的背面形成集電極1的下部端子；
52、對半導體襯底2上表面上預定形成柵極6的部分進行溝槽刻蝕，在刻蝕處內(nèi)注入Ρ型摻雜劑，在具體實施中，此時注入的Ρ型摻雜劑可為+3價的硼離子，通過擴散或離子注入工藝來實現(xiàn)； 53、在刻蝕的所述溝槽內(nèi)壁上形成絕緣膜，在所述絕緣膜的表面形成由導體構(gòu)成的導電柵極；所述絕緣膜就是柵極氧化膜，可以采用二氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿等材料中的一種或多種制成；所述構(gòu)成導電柵極的導體由多晶硅、鎢、鋁中的一種或這些物質(zhì)的化合物制成；
54、在預定形成基區(qū)的部位刻蝕掉導體，并在該刻蝕部位注入P型摻雜劑，形成P型摻雜區(qū)；
55、對步驟S2注入的P型摻雜劑及步驟S4注入的P型摻雜劑進行熱處理，使其擴散，形成P型屏蔽層9和基區(qū)4 ;熱處理工序是為了基區(qū)和P型屏蔽層的退火而進行的；
56、在所述N-漂移區(qū)上進行光刻加工，在光刻處注入N型摻雜物，在N型摻雜區(qū)5引出形成發(fā)射極7。
[0018]如上述工藝步驟所示，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)公開的述絕緣柵雙極型晶體管的制備方法的IGBT不同，在柵極下方插入P型屏蔽層，而且在形成柵極前，先進行溝槽蝕刻工序，蝕刻后立即注入P型摻雜物，無需使用掩膜，而且屏蔽層的形成是與熱加工形成基區(qū)4同時進行的，因此能節(jié)省熱預算。
[0019]以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:包括半導體襯底，在所述半導體襯底的正面外延生長成的N-漂移區(qū)；在上述N-漂移區(qū)上制備形成的柵極和發(fā)射極的上部端子；在所述半導體襯底的背面形成包括集電極的下部端子；在半導體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)處設(shè)有刻蝕溝槽，在所述刻蝕溝槽內(nèi)注入P型摻雜劑，P型摻雜劑擴散形成P型屏蔽層。2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述P型屏蔽層的厚度為0.1 μ m ~ 10 μ mD3.如權(quán)利要求1或2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于:所述P型屏蔽層的濃度為 10ncm 3至 10 19cm 3。4.如權(quán)利要求1?3中任一項所述的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，包括步驟: 51、準備半導體襯底，在所述半導體襯底上外延生長形成預定厚度的N-漂移區(qū)，在所述半導體襯底的背面形成集電極的下部端子； 52、對半導體襯底上表面上預定形成柵極的部分進行溝槽刻蝕，在刻蝕處內(nèi)注入P型摻雜劑； 53、在刻蝕的所述溝槽內(nèi)壁上形成絕緣膜，在所述絕緣膜的表面形成由導體構(gòu)成的導電柵極； 54、在預定形成基區(qū)的部位刻蝕掉導體，并在該刻蝕部位注入P型摻雜劑； 55、對步驟S2注入的P型摻雜劑及步驟S4注入的P型摻雜劑進行熱處理，使其擴散，形成P型屏蔽層和基區(qū)； 56、在所述N-漂移區(qū)上進行光刻加工，在光刻處注入N型摻雜物，引出形成發(fā)射極。5.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于:所述P型摻雜劑為+3價的硼離子，通過擴散或離子注入工藝注入所述溝槽的刻蝕處。6.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于:所述絕緣膜由可以采用二氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿材料中的一種或多種制成。7.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于:所述構(gòu)成導電柵極的導體由多晶硅、鎢、鋁中的一種或上述物質(zhì)的化合物制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法，所述絕緣柵雙極型晶體管包括半導體襯底，在所述半導體襯底的正面外延生長成的N-漂移區(qū)；在上述N-漂移區(qū)上制備形成柵極和發(fā)射極的上部端子；在所述半導體襯底的背面形成集電極的下部端子；在半導體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)處設(shè)有刻蝕溝槽，在所述刻蝕溝槽內(nèi)注入P型摻雜劑，P型摻雜劑擴散形成P型屏蔽層。本發(fā)明公開的絕緣柵雙極型晶體管通過在柵極的下方加入一個P型屏蔽層，能緩解現(xiàn)有的IGBT導通壓降大的問題，并消除關(guān)斷時P型基區(qū)和N-漂移區(qū)的曲面發(fā)生的電場集中，從而能提高擊穿電壓，確保IGBT工作過程中的可靠性。
【IPC分類】H01L21/331, H01L29/739, H01L29/06
【公開號】CN105322003
【申請?zhí)枴緾N201510636248
【發(fā)明人】趙喜高
【申請人】深圳市可易亞半導體科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年9月30日