一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管，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通過溝槽將器件背面部分或全部區(qū)域設置為多晶P+發(fā)射區(qū)，以此調(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用范圍。本發(fā)明還提供了一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管的制備方法。
【專利說明】一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管，本發(fā)明還涉及一種背部溝槽結(jié)構(gòu)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,簡稱 IGBT)是一種集金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)的柵電極電壓控制特性和雙極晶體管(BJT)的低導通電阻特性于一身的半導體功率器件，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動功率小、導通電阻小、開關損耗低及工作頻率高等特性，是比較理想的半導體功率開關器件，有著廣闊的發(fā)展和應用前景。
[0003]一般說來，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)明提供一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管及其制備方法。
[0005]一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括:N型基區(qū)，由N-基區(qū)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；背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)，為多個溝槽結(jié)構(gòu)，位于N型基區(qū)下方，P型多晶半導體材料臨靠溝槽內(nèi)壁，N+緩沖層臨靠P型多晶半導體材料，N+緩沖層位于P型多晶半導體材料與N型基區(qū)之間，同時背溝槽內(nèi)填充電極金屬。
[0006]一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在N型上表面形成P型基區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層和柵極介質(zhì)；在背表面通過掩膜刻蝕形成溝槽；背部進行N型雜質(zhì)擴散退火；)在背表面形成P型多晶半導體材料。
[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通過溝槽將器件背面部分或全部區(qū)域設置為多晶P+發(fā)射區(qū)，以此調(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用范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的第二種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明的第三種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；
[0011]圖4為本發(fā)明的第四種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；
[0012]圖5為本發(fā)明的第五種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；
[0013]圖6為本發(fā)明的第六種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖。[0014]其中，1、背溝槽多晶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)；10、背面氧化層。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
[0016]圖1為本發(fā)明的一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結(jié)合圖1詳細說明本發(fā)明的半導體裝置。
[0017]一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N-基區(qū)3，為N傳導類型的半導體硅材料，厚度為260um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ;背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)1，為P傳導類型多晶半導體硅材料，分布背面溝槽內(nèi)壁和N-基區(qū)3表面，溝槽寬度和間距為5um，溝槽深度為50um，硼原子表面摻雜濃度為5E17cm_3 ；N+緩沖層2，為N傳導類型的半導體硅材料，位于背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)I周圍，磷原子摻雜濃度為5E13cnT3?5E16cnT3，厚度為2um ；P型基區(qū)4，位于N-基區(qū)3之上，為硼原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為5um ;N+集電區(qū)5，位于P型基區(qū)4之上，為磷原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為2um ;柵氧化層6，為硅材料的氧化物，位于器件表面；柵極介質(zhì)7，位于柵氧化層6表面，為重摻雜的多晶半導體硅材料。
[0018]本實施例的工藝制造流程如下:
[0019]第一步，在N型厚度為260um磷原子摻雜濃度為5E13cm_3的硅片上表面形成P型基區(qū)4、N+集電區(qū)5、柵氧化層6和柵極介質(zhì)7 ；
[0020]第二步，在下表面光刻腐蝕形成膠掩膜，刻蝕形成溝槽，腐蝕去除膠掩膜；
[0021]第三步，在背部進行磷雜質(zhì)擴散，形成N+緩沖層2，腐蝕背部氧化層；
[0022]第四步，在背部淀積P型多晶半導體材料，形成背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)1，如圖1所
/Jn ο
[0023]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過背面金屬化工藝為器件引出發(fā)射極。同時圖1實施例中表面柵氧化層6和柵極介質(zhì)7也可以為溝槽結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
[0024]實施例2
[0025]圖3為本發(fā)明的第三種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結(jié)合圖3詳細說明本發(fā)明的半導體裝置。
[0026]一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N-基區(qū)3，為N傳導類型的半導體硅材料，厚度為260um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ;背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)1，為P傳導類型多晶半導體硅材料，分布背面溝槽內(nèi)壁和N-基區(qū)3表面，溝槽寬度和間距為5um，溝槽深度為50um，硼原子表面摻雜濃度為5E17cm_3 ；N+緩沖層2，為N傳導類型的半導體硅材料，位于背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)I周圍，磷原子摻雜濃度為5E13cnT3?5E16cnT3，厚度為2um ；P型基區(qū)4，位于N-基區(qū)3之上，為硼原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為5um ;N+集電區(qū)5，位于P型基區(qū)4之上，為磷原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為2um ;柵氧化層6，為硅材料的氧化物，位于器件表面；柵極介質(zhì)7，位于柵氧化層6表面，為重摻雜的多晶半導體硅材料；背面氧化層10，位于N-基區(qū)3表面。
[0027]本實施例的工藝制造流程如下:
[0028]第一步，在N型厚度為260um磷原子摻雜濃度為5E13cm_3的硅片上表面形成P型基區(qū)4、N+集電區(qū)5、柵氧化層6和柵極介質(zhì)7 ；
[0029]第二步，在背表面熱氧化形成氧化層，光刻腐蝕形成掩膜，刻蝕形成溝槽；
[0030]第三步，在背部進行磷雜質(zhì)擴散，形成N+緩沖層2，腐蝕背部溝槽內(nèi)氧化層；
[0031]第四步，在背部淀積P型多晶半導體材料，形成背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)1，如圖3所
/Jn ο
[0032]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過背面金屬化工藝為器件引出發(fā)射極。同時圖3實施例中表面柵氧化層6和柵極介質(zhì)7也可以為溝槽結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
[0033]實施例3
[0034]圖5為本發(fā)明的第五種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結(jié)合圖5詳細說明本發(fā)明的半導體裝置。
[0035]一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N-基區(qū)3，為N傳導類型的半導體硅材料，厚度為260um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ;背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)1，為P傳導類型多晶半導體硅材料，分布背面溝槽內(nèi)壁，溝槽寬度和間距為5um，溝槽深度為50um，硼原子表面摻雜濃度為5E17cm_3 ;N+緩沖層2，為N傳導類型的半導體硅材料，位于背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)I周圍，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3飛E16cm_3，厚度為2um ；P型基區(qū)4，位于N-基區(qū)3之上，為硼原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為5um ;N+集電區(qū)5，位于P型基區(qū)4之上，為磷原子重摻雜的半導體娃材料，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,為重摻雜的多晶半導體娃材料。
[0036]本實施例的工藝制造流程如下:
[0037]第一步，在N型厚度為260um磷原子摻雜濃度為5E13cm_3的硅片上表面形成P型基區(qū)4、N+集電區(qū)5、柵氧化層6和柵極介質(zhì)7 ；
[0038]第二步，在背表面光刻腐蝕形成膠掩膜，刻蝕形成溝槽，腐蝕去除膠掩膜；
[0039]第三步，在背部進行磷雜質(zhì)擴散，形成N+緩沖層2，腐蝕背部氧化層；
[0040]第四步，在背部淀積P型多晶半導體材料，形成背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)1，進行背面減薄，如圖5所示。
[0041]然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過背面金屬化工藝為器件引出發(fā)射極。同時圖5實施例中表面柵氧化層6和柵極介質(zhì)7也可以為溝槽結(jié)構(gòu)，如圖6所示。
[0042]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其它實例實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種背部溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括: N型基區(qū)，由N-基區(qū)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； 背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)，為多個溝槽結(jié)構(gòu)，位于N型基區(qū)下方，P型多晶半導體材料臨靠溝槽內(nèi)壁，N+緩沖層臨靠P型多晶半導體材料，N+緩沖層位于P型多晶半導體材料與N型基區(qū)之間，同時背溝槽內(nèi)填充電極金屬。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)的溝槽寬度和溝槽間距小于等于10um，溝槽深度小于等于lOOum。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)表面的摻雜濃度大于等于lE17Cm_3，P型多晶半導體材料厚度為0.lunTlum。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)的P型多晶半導體材料可以僅位于溝槽內(nèi)壁。
5.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述背溝槽之間N型基區(qū)表面可以為絕緣層覆蓋、歐姆接觸區(qū)或肖特基勢壘結(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)的P型多晶半導體材料可以位于N型基區(qū)背表面和溝槽內(nèi)壁。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述的背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)的P型多晶半導體材料的雜質(zhì)可以通過擴散進入N型基區(qū)。
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N+緩沖層的摻雜濃度從背溝槽多晶P+發(fā)射區(qū)向N型基區(qū)方向逐漸降低，厚度為5μm-30μm，摻雜濃度為lE13cm_3~lE17cm_3，不同背溝槽附近的N+緩沖層可以相連。
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)可以位于器件表面為平面結(jié)構(gòu)，也可以位于器件上表面溝槽內(nèi)為溝槽結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種背部溝槽結(jié)構(gòu)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)在N型上表面形成P型基區(qū)、N+集電區(qū)、柵氧化層和柵極介質(zhì)； 2)在背表面通過掩膜刻蝕形成溝槽； 3)背部進行N型雜質(zhì)擴散退火； 4)在背表面形成P型多晶半導體材料。
【文檔編號】H01L29/739GK103681814SQ201210328177
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6日
【發(fā)明者】朱江 申請人:朱江