IGBT器件及其制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)施例公開了一種IGBT器件及其制作方法，該方法包括：提供基底，所述基底包括本體層、位于所述本體層表面內(nèi)的阱區(qū)和源區(qū)以及位于所述本體層表面上的第一柵介質(zhì)層和柵區(qū)；在所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的橫向?qū)挾任瓷钊氲剿鰱艆^(qū)下方的溝道區(qū)，并且所述摻雜區(qū)的深度小于所述阱區(qū)的深度，大于所述源區(qū)的深度，摻雜濃度大于所述阱區(qū)的摻雜濃度。本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)施例在器件的阱區(qū)內(nèi)形成的是高摻雜濃度的淺結(jié)，降低了源區(qū)與阱區(qū)接觸面的接觸電阻，避免了閂鎖效應(yīng)，且由于淺結(jié)并未擴(kuò)散到溝道處，保證了該IGBT器件具有較低的閾值電壓，改善了器件的性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體制造
，更具體地說，涉及一種IGBT器件及其制作方法。
技術(shù)介紹
絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡稱 IGBT)是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET器件的高輸入阻抗和電力晶體管(即巨型晶體管，簡稱GTR)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，由于IGBT具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低的優(yōu)點(diǎn)，目前IGBT作為一種新型的電力電子器件被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。對于平面柵結(jié)構(gòu)的IGBT器件，如圖I所示，以N型溝道為例，主要包括N型輕摻雜(N-)的襯底101及其正面上的柵介質(zhì)層104、柵極105 ；位于N-襯底101表面內(nèi)的P型阱區(qū)102 ( 一般為P型輕摻雜)，位于P型阱區(qū)102表面內(nèi)的N型源區(qū)103 ；位于P型阱區(qū)102和N型源區(qū)103表面上的發(fā)射極106 ；位于N-襯底101背面的P型重?fù)诫s漏區(qū)107，位于漏區(qū)107表面的集電極108。圖I所示的襯底101的等效電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖I中的IGBT器件具有3個(gè)PN結(jié)，即圖中的Jl、J2和J3，II、12為該IGBT器件導(dǎo)通時(shí)的電流走向，理想情況下，由N型源區(qū)103和P型阱區(qū)102形成的PN結(jié)J3的電阻很小(圖2中的電阻R即為J3結(jié)的等效電阻)，且J3 —般情況下不會開啟。但是，實(shí)際上由于N型源區(qū)103和P型阱區(qū)102的摻雜濃度較低，J3結(jié)的等效電阻就較大，當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，N型源區(qū)103和P型阱區(qū)102的接觸面就會有空穴的橫向流動(dòng)，使J3結(jié)導(dǎo)通，即使NPN管的基區(qū)導(dǎo)通，形成電流13，如此就形成內(nèi)部反饋放大電路，該內(nèi)部反饋電路的電流走向?yàn)椋琋PN管的基區(qū)-NPN管的集電極-PNP管的基區(qū)-PNP管的集電極-NPN管的基區(qū)，當(dāng)流經(jīng)NPN管的基區(qū)的反饋電流足夠大時(shí)，在電路內(nèi)部形成持續(xù)不斷的內(nèi)部反饋電流，可以使IGBT器件脫離柵極的控制，從而使柵極失效，這種現(xiàn)象稱為閂鎖效應(yīng)。閂鎖效應(yīng)通常還會引起器件擊穿和燒毀等問題。 現(xiàn)有技術(shù)中往往采用2種方式避免閂鎖效應(yīng)，一是直接增大N型源區(qū)103和P型阱區(qū)102的注入劑量，減小二者的電阻，從而有效的降低J3結(jié)的橫向接觸電阻；如圖3所示，二是在形成源區(qū)103之前，先采用擴(kuò)散工藝形成一個(gè)較深的高濃度P+摻雜區(qū)109，P+摻雜區(qū)109直接覆蓋到源區(qū)103的下方，且深度要大于阱區(qū)102的深度，由于P+摻雜區(qū)109存在，J3結(jié)的等效電阻即為P+摻雜區(qū)109與N型源區(qū)103的接觸電阻，由于P+摻雜區(qū)109的濃度大于P型阱區(qū)102的濃度，從而減小J3結(jié)的橫向接觸電阻。但是，實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)有技術(shù)的兩種方法生產(chǎn)的IGBT器件，雖然減輕了閂鎖效應(yīng)，但是均在一定程度上提高了器件的閾值電壓，使器件的開啟變得困難
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種IGBT器件及其制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，在消除閂鎖效應(yīng)的同時(shí)，改善了器件的性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案一種IGBT器件制作方法，包括提供基底，所述基底包括本體層、位于所述本體層表面內(nèi)的阱區(qū)和源區(qū)以及位于所述本體層表面上的第一柵介質(zhì)層和柵區(qū)；在所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的橫向?qū)挾任瓷钊氲剿鰱艆^(qū)下方的溝道區(qū)，并且所述摻雜區(qū)的深度小于所述阱區(qū)的深度，大于所述源區(qū)的深度，摻雜濃度大于所述阱區(qū)的摻雜濃度。優(yōu)選的，在所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)的過程具體為在所述柵區(qū)上形成第二柵介質(zhì)層；以具有摻雜區(qū)圖形的第二柵介質(zhì)層為掩膜，采用離子注入工藝在所述阱區(qū)內(nèi)注入所述摻雜區(qū)雜質(zhì)；采用退火工藝激活所述摻雜區(qū)雜質(zhì)，形成摻雜區(qū)。優(yōu)選的，所述具有摻雜區(qū)圖形的第二柵介質(zhì)層覆蓋部分位于柵區(qū)之外的源區(qū)區(qū)域。優(yōu)選的，所述摻雜區(qū)的摻雜類型與所述阱區(qū)的摻雜類型相同，且與所述源區(qū)的摻雜類型相反。優(yōu)選的，所述退火工藝的溫度為900°C -1000°C。優(yōu)選的，所述退火工藝的時(shí)間為30min-90min。優(yōu)選的，還包括在具有摻雜區(qū)的基底上形成金屬層；在所述柵區(qū)表面上形成柵極，在所述源區(qū)表面上形成發(fā)射極；在金屬化的基底表面上覆蓋鈍化層；對所述基底的背面減薄后形成集電區(qū)；在所述集電區(qū)形成集電極。優(yōu)選的，形成所述集電區(qū)的過程為在所述基底的背面減薄后注入集電區(qū)雜質(zhì)離子；采用激光退火的方式激活所述集電區(qū)的雜質(zhì)離子，形成所述集電區(qū)。本專利技術(shù)實(shí)施例還公開了一種IGBT器件，包括基底，所述基底包括本體層、位于所述本體層表面內(nèi)的阱區(qū)和源區(qū)以及位于所述本體層表面上的第一柵介質(zhì)層和柵區(qū)；位于所述阱區(qū)內(nèi)的摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的橫向?qū)挾任瓷钊氲剿鰱艆^(qū)下方的溝道區(qū)，并且所述摻雜區(qū)的深度小于所述阱區(qū)的深度，大于所述源區(qū)的深度，摻雜濃度大于所述阱區(qū)的摻雜濃度。優(yōu)選的，還包括位于所述柵區(qū)表面上的第二柵介質(zhì)層，位于所述第二柵介質(zhì)層表面上的柵極；位于所述源區(qū)表面上的發(fā)射極；位于所述基底背面的集電區(qū)和集電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本專利技術(shù)實(shí)施例提供的IGBT器件及其制作方法，通過在器件的阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的橫向?qū)挾任瓷钊氲剿鰱艆^(qū)下方，并且所述摻雜區(qū)的深度小于所述阱區(qū)的深度，大于所述源區(qū)的深度，摻雜濃度大于所述阱區(qū)的摻雜濃度。也就是說，本專利技術(shù)實(shí)施例在器件的阱區(qū)內(nèi)形成的是高摻雜濃度的淺結(jié)，由于淺結(jié)的形成過程容易控制，從而能夠精確控制該淺結(jié)的橫向擴(kuò)散區(qū)域，以保證該高摻雜濃度的淺結(jié)能夠擴(kuò)散到源區(qū)下方而不至于擴(kuò)散到溝道處。因此，由于高濃度淺結(jié)的注入，降低了源區(qū)與阱區(qū)接觸面的接觸電阻，當(dāng)IGBT器件中的空 穴電流從該接觸面流過時(shí)，由于電阻比較低，所以會產(chǎn)生比較小的電壓降，不足以引起閂鎖效應(yīng)，而且由于該淺結(jié)并未擴(kuò)散到溝道處，從而保證了該IGBT器件具有較低的閾值電壓，改善了器件的性能。附圖說明通過附圖所示，本專利技術(shù)的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本專利技術(shù)的主旨。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中IGBT器件的結(jié)構(gòu)圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中IGBT器件的等效電路圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中增加深P+摻雜區(qū)后的IGBT器件的結(jié)構(gòu)圖；圖4-圖9為本專利技術(shù)實(shí)施例公開的IGBT芯片制造方法的剖面圖。具體實(shí)施例方式正如
技術(shù)介紹
所述，采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法雖然減輕了閂鎖效應(yīng)，但是器件的閾值電壓升高了，專利技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種問題的原因是，不論是提高阱區(qū)的摻雜濃度還是增加較深的高濃度摻雜區(qū)，都會增加?xùn)艠O下方的溝道區(qū)的摻雜濃度，也就是直接導(dǎo)致柵極下面的P型層反型困難，從而使器件的閾值電壓升高。現(xiàn)有技術(shù)中方法一出現(xiàn)上述問題是必然的，因?yàn)槠涮岣叩氖钦麄€(gè)阱區(qū)的摻雜濃度，專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，方法二中出現(xiàn)上述問題的根本原因在于該摻雜區(qū)的結(jié)深較深，在深結(jié)注入后，必須采用高溫長時(shí)間的退火工藝，才能完成深結(jié)的推進(jìn)，在深結(jié)縱向擴(kuò)散的過程中，橫向擴(kuò)散也是不可避免的，而且深結(jié)的橫向擴(kuò)散很不容易控制，一旦擴(kuò)散到柵極下面的溝道區(qū)，就會增加溝道區(qū)的摻雜濃度，從而導(dǎo)致器件的閾值電壓升高。基于此，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種IGBT器件制作方法，包括提供基底，所述基底包括本體層、位于所述本體層表面內(nèi)的阱區(qū)和源區(qū)以及位于所述本體層表面上的第一柵介質(zhì)層和柵區(qū)；在所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的橫向?qū)挾任幢疚臋n來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種IGBT器件制作方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括本體層、位于所述本體層表面內(nèi)的阱區(qū)和源區(qū)以及位于所述本體層表面上的第一柵介質(zhì)層和柵區(qū)；在所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的橫向?qū)挾任瓷钊氲剿鰱艆^(qū)下方的溝道區(qū)，并且所述摻雜區(qū)的深度小于所述阱區(qū)的深度，大于所述源區(qū)的深度，摻雜濃度大于所述阱區(qū)的摻雜濃度。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫寶剛，吳振興，朱陽軍，盧爍今，趙佳，田曉麗，左小珍，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：