一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管，本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管將器件背面部分區(qū)域設(shè)置為P+發(fā)射區(qū)，通過(guò)器件導(dǎo)通時(shí)電流自動(dòng)調(diào)節(jié)P+發(fā)射區(qū)的開(kāi)啟導(dǎo)通，調(diào)節(jié)背P+發(fā)射區(qū)向N型基區(qū)注入空穴的效率，提高器件的高頻特性應(yīng)用范圍。本發(fā)明還提供了一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管的制備方法。
【專利說(shuō)明】一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管，本發(fā)明還涉及一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡(jiǎn)稱 IGBT)是一種集金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的柵電極電壓控制特性和雙極晶體管(BJT)的低導(dǎo)通電阻特性于一身的半導(dǎo)體功率器件，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)損耗低及工作頻率高等特性，是比較理想的半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
[0003]一般說(shuō)來(lái)，從IGBT的正面結(jié)構(gòu)區(qū)分，可以把IGBT分為平面型和溝槽柵型兩種結(jié)構(gòu)；從IGBT擊穿特性區(qū)分，可以分為穿通型和非穿通型兩種結(jié)構(gòu)，穿通型在器件背面P+表面具有N+緩沖層，其通態(tài)壓降比非穿通型要小，同時(shí)穿通型器件也增加了器件的制造難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管及其制備方法。
[0005]一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括:N型基區(qū)，由N+緩沖層和N-基區(qū)疊加組成；P型基區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層和柵極介質(zhì)，位于N型基區(qū)上方；背P+發(fā)射區(qū)，位于N型基區(qū)的N+緩沖層下方部分區(qū)域，同時(shí)器件背面N+緩沖層表面為歐姆接觸區(qū)或肖特基勢(shì)壘結(jié)，其中器件背面的背P+發(fā)射區(qū)的最大寬度小于等于10um，器件背面的N+緩沖層的最大寬度小于等于10um。
[0006]一種絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:對(duì)N型片進(jìn)行雙面N型雜質(zhì)擴(kuò)散；通過(guò)減薄拋光去除上表面N型雜質(zhì)擴(kuò)散層和去除下表面部分N型雜質(zhì)擴(kuò)散層:在上表面形成P型基區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層和柵極介質(zhì)；在下表面通過(guò)掩膜注入P型雜質(zhì)，然后退火形成背P+發(fā)射區(qū)。
[0007]傳統(tǒng)絕緣柵雙極晶體管的背P+發(fā)射區(qū)完全覆蓋器件背面，本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管將器件背面部分區(qū)域設(shè)置為P+發(fā)射區(qū)，通過(guò)器件導(dǎo)通時(shí)電流自動(dòng)調(diào)節(jié)P+發(fā)射區(qū)的開(kāi)啟導(dǎo)通，調(diào)節(jié)背P+發(fā)射區(qū)向N型基區(qū)注入空穴的效率，提高器件高頻特性的應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的第二種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖。
[0010]其中，1、背P+發(fā)射區(qū)；2、N+緩沖層；3、N-基區(qū)；4、P型基區(qū)；5、N+集電區(qū)；6、柵氧化層；7、柵極介質(zhì)；8、肖特基勢(shì)壘結(jié)；9、歐姆接觸區(qū)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
[0012]圖1為本發(fā)明的一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結(jié)合圖1詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0013]一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N+緩沖層2，為N傳導(dǎo)類(lèi)型的半導(dǎo)體硅材料，磷原子摻雜濃度為5E13Cm_3?lE16Cm_3，厚度為30um ;背？+發(fā)射區(qū)1，為P傳導(dǎo)類(lèi)型半導(dǎo)體硅材料，均勻分布N+緩沖層2背面，寬度和間距為5um，深度為5um，硼原子表面摻雜濃度為5E18cm_3 ；N-基區(qū)3，位于N+緩沖層2之上，為N傳導(dǎo)類(lèi)型的半導(dǎo)體硅材料，厚度為200um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ；P型基區(qū)4，位于N-基區(qū)3之上，為硼原子重?fù)诫s的半導(dǎo)體硅材料，厚度為5um ;N+集電區(qū)5,位于P型基區(qū)4之上,為磷原子重?fù)诫s的半導(dǎo)體娃材料,厚度為2um ;柵氧化層6,為娃材料的氧化物,位于器件表面；柵極介質(zhì)7,位于柵氧化層6表面,為重?fù)诫s的多晶半導(dǎo)體硅材料；肖特基勢(shì)壘結(jié)8，位于器件N+緩沖層2表面，為金屬與半導(dǎo)體材料形成的肖特基勢(shì)壘結(jié)。
[0014]本實(shí)施例的工藝制造流程如下:
[0015]第一步，對(duì)N型硅片進(jìn)行雙面磷雜質(zhì)擴(kuò)散；
[0016]第二步，通過(guò)減薄拋光去除上表面N型雜質(zhì)擴(kuò)散層和去除下表面部分N型雜質(zhì)擴(kuò)散層，形成N+緩沖層2和N-基區(qū)3:
[0017]第三步，在上表面形成P型基區(qū)4、N+集電區(qū)5、柵氧化層6和柵極介質(zhì)7 ；
[0018]第四步，在下表面光刻腐蝕形成膠掩膜，注入硼雜質(zhì)退火形成背P+發(fā)射區(qū)1，背面淀積金屬燒結(jié)形成肖特基勢(shì)壘結(jié)8，如圖1所示。
[0019]然后在此基礎(chǔ)上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進(jìn)行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過(guò)背面金屬化工藝為器件引出發(fā)射極。
[0020]實(shí)施例2
[0021]圖2為本發(fā)明的第二種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結(jié)合圖2詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0022]一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N+緩沖層2，為N傳導(dǎo)類(lèi)型的半導(dǎo)體硅材料，磷原子摻雜濃度為5E13Cm_3?lE17Cm_3，厚度為30um ;背？+發(fā)射區(qū)1，為P傳導(dǎo)類(lèi)型半導(dǎo)體硅材料，均勻分布N+緩沖層2背面，寬度和間距為5um，厚度為5um，硼原子表面摻雜濃度為5E18cm_3 ；N-基區(qū)3，位于N+緩沖層2之上，為N傳導(dǎo)類(lèi)型的半導(dǎo)體硅材料，厚度為200um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ；P型基區(qū)4，位于N-基區(qū)3之上，為硼原子重?fù)诫s的半導(dǎo)體硅材料，厚度為5um ;N+集電區(qū)5,位于P型基區(qū)4之上,為磷原子重?fù)诫s的半導(dǎo)體娃材料,厚度為2um ;柵氧化層6,為娃材料的氧化物,位于器件溝槽內(nèi)；柵極介質(zhì)7,位于溝槽內(nèi)柵氧化層6表面,為重?fù)诫s的多晶半導(dǎo)體硅材料。
[0023]本實(shí)施例的工藝制造流程如下:
[0024]第一步，對(duì)N型硅片進(jìn)行雙面磷雜質(zhì)擴(kuò)散；
[0025]第二步，通過(guò)減薄拋光去除上表面N型雜質(zhì)擴(kuò)散層和去除下表面部分N型雜質(zhì)擴(kuò)散層，形成N+緩沖層2和N-基區(qū)3:
[0026]第三步，在上表面形成P型基區(qū)4、N+集電區(qū)5、溝槽結(jié)構(gòu)柵氧化層6和溝槽結(jié)構(gòu)柵極介質(zhì)7 ;[0027]第四步，在下表面光刻腐蝕形成膠掩膜，注入硼雜質(zhì)退火形成背P+發(fā)射區(qū)1，如圖2所示。
[0028]然后在此基礎(chǔ)上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進(jìn)行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過(guò)背面金屬化工藝為器件引出發(fā)射極。
[0029]通過(guò)上述實(shí)例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其它實(shí)例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種非完全發(fā)射區(qū)的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括: N型基區(qū)，由N+緩沖層和N-基區(qū)疊加組成； P型基區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層和柵極介質(zhì)，位于N型基區(qū)上方； 背P+發(fā)射區(qū)，位于N型基區(qū)下方部分區(qū)域，同時(shí)器件背面N+緩沖層表面為歐姆接觸區(qū)或肖特基勢(shì)壘結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背P+發(fā)射區(qū)均勻分布于N型基區(qū)的N+緩沖層下方表面內(nèi)，器件背面的背P+發(fā)射區(qū)的最大寬度小于等于lOum，器件背面表面的N+緩沖層的最大寬度小于等于lOum。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背P+發(fā)射區(qū)表面的摻雜濃度大于等于lE17cm_3。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的N+緩沖層的厚度5um?30umo
5.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的N+緩沖層的摻雜濃度lE14cm3?lE17cm 3。
6.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的N+緩沖層的摻雜濃度從下向上逐漸降低。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的N-基區(qū)的摻雜濃度為lE13cm3?lE17cm 3。
8.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的柵氧化層和柵極介質(zhì)可以位于器件表面，為平面結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的柵氧化層和柵極介質(zhì)可以位于器件溝槽內(nèi)，為溝槽結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)對(duì)N型片進(jìn)行雙面N型雜質(zhì)擴(kuò)散； 2)通過(guò)減薄拋光去除上表面N型雜質(zhì)擴(kuò)散層和去除下表面部分N型雜質(zhì)擴(kuò)散層: 3)在上表面形成P型基區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層和柵極介質(zhì)； 4)在下表面通過(guò)掩膜注入P型雜質(zhì)，然后退火形成背P+發(fā)射區(qū)。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK103681811SQ201210320231
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月1日
【發(fā)明者】朱江 申請(qǐng)人:朱江