用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法技術(shù)

一種用于制備陽極-短路的場闌絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的方法，包含選擇性地制備導(dǎo)電類型相反的第一和第二半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)。第二導(dǎo)電類型的場闌層生長在襯底上方或植入到襯底中。外延層可以生長在襯底上或場闌層上。在外延層中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的方法。
技術(shù)介紹
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為三端子功率半導(dǎo)體器件。IGBT把金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的簡單柵極-驅(qū)動性能，與雙極晶體管的高電流、低飽和電壓等性能相結(jié)合。在一個單獨(dú)器件中，通過將絕緣柵FET與雙極晶體管相結(jié)合，絕緣柵FET作為IGBT的控制輸入，雙極晶體管作為IGBT的開關(guān)。如圖IA所不,為一種原有技術(shù)的傳統(tǒng)IGBT的剖面不意圖。傳統(tǒng)的IGBT包含一個位于P+襯底101上的η-型場闌層103。N-外延/電壓閉鎖層105生長在場闌層103上方。 可以在外延/電壓閉鎖層105中形成一個或多個器件元。每個器件元可以含有形成在外延/電壓閉鎖層105中的P-型本體區(qū)107，以及形成在P-型本體區(qū)107中的一個或多個η+發(fā)射區(qū)109。每個器件元還可以包含形成在P-型本體區(qū)107和η+發(fā)射區(qū)109的裸露部分上的柵極絕緣物111 (例如氧化物)。柵極電極113形成在柵極絕緣物111上。發(fā)射極電極115形成在本體區(qū)107和發(fā)射區(qū)109的不同部分上。集電極電極117形成在ρ+襯底101的背面。IGBT 100的結(jié)構(gòu)除了用η+漏極代替ρ+集電極層101之外，其他都與η-通道垂直MOSFET的結(jié)構(gòu)類似，從而構(gòu)成一個垂直PNP雙極結(jié)型晶體管。額外的ρ+集電極層101構(gòu)成PNP雙極結(jié)型晶體管與背面η-通道MOSFET的串聯(lián)連接。在一些應(yīng)用中，IGBT具有比傳統(tǒng)的MOSFET器件更加優(yōu)越的性能。這主要是由于IGBT與MOSFET相比，具有極其低的正向電壓降。然而，IGBT器件正向電壓降上的改進(jìn)，被其緩慢的開關(guān)速度抵消。注入到η-外延層/電壓閉鎖層105中的少數(shù)載流子，需要時間進(jìn)入并退出，或者在開啟和斷開時再結(jié)合，造成比MOSFET更長的開關(guān)時間以及更高的開關(guān)損耗。為了響應(yīng)傳統(tǒng)IGBT器件緩慢的開關(guān)速度，推出了陽極-短路的IGBT器件。陽極-短路的IGBT器件優(yōu)于傳統(tǒng)IGBT的地方在于，它不僅保持了提升后的正向電壓降，同時還具有更令人滿意的開關(guān)性能。如圖IB所示，為現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)陽極-短路的IGBT的剖面示意圖。如圖IB所示，陽極-短路的IGBT 100’除了用圖IB中的ρ-型區(qū)101和η-型區(qū)119交替構(gòu)成的層，代替圖IA中的ρ+襯底101之外，其他都與圖IA中的IGBT大致相同。通過交替P-型區(qū)101和η-型區(qū)119，IGBT成為高效的附加體二極管，并且改善了開關(guān)速度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，用于制備陽極-短路的絕緣柵雙極晶體管。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特點(diǎn)是，該方法包含a、在半導(dǎo)體襯底的頂面中，選擇性地構(gòu)成第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，其中第一導(dǎo)電類型與襯底的導(dǎo)電類型相反； b、在襯底的頂面上生長一個第一導(dǎo)電類型的場闌層，其中場闌層的電荷載流子濃度低于第一半導(dǎo)體區(qū)； C、在場闌層上方，生長一個第一導(dǎo)電類型的外延層，其中外延層的電荷載流子濃度低于場闌層； d、在外延層中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元； e、將襯底背面減薄至所需厚度，并且裸露出第一半導(dǎo)體區(qū)； f、進(jìn)行無掩膜植入，制備第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，第二導(dǎo)電類型與襯底背面中的外延層和場闌層的導(dǎo)電類型相反；以及· g、蒸發(fā)金屬到襯底背面上。上述的襯底為P-型襯底。上述的第一半導(dǎo)體區(qū)摻雜η+,場闌層摻雜η,外延層摻雜η_。上述的植入?yún)^(qū)摻雜P+。其中制備第一半導(dǎo)體區(qū)包含在帶掩膜的植入后進(jìn)行擴(kuò)散。 其中第一半導(dǎo)體區(qū)擴(kuò)散進(jìn)入襯底頂面至少lOMffl。上述步驟e中所需的厚度為場闌層以下5Mm。上述步驟f中的無掩膜植入為40KeV下，lel6濃度的硼植入。上述步驟g是在450 V下進(jìn)行。一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特點(diǎn)是，該方法包含 a、在第一導(dǎo)電類型的外延層的頂面中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元； b、將外延層的背面減薄至所需厚度； C、對外延層的背面進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的無掩膜植入，構(gòu)成場闌層，其中場闌層中電荷載流子的濃度高于外延層； d、利用第一陰影掩膜，在場闌層的背面中，選擇性地植入第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，其中第一半導(dǎo)體區(qū)的電荷載流子濃度高于場闌層； e、利用第二陰影掩膜，在場闌層的背面中，選擇性地植入第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)，其中第二半導(dǎo)體區(qū)的電荷載流子濃度高于場闌層；并且 f、激光激活第一和第二半導(dǎo)體區(qū)； g、在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)的背面沉積一個金屬層。上述外延層摻雜η-,場闌層摻雜η,第一半導(dǎo)體區(qū)摻雜ρ+,第二半導(dǎo)體區(qū)摻雜η+。上述第一陰影掩膜和第二陰影掩膜是互補(bǔ)的。上述第二導(dǎo)電類型的第一植入?yún)^(qū)的寬度遠(yuǎn)大于第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)的覽度。上述步驟c中的無掩膜植入為100-300KeV下，在lX1013/cm3和2X1013/cm3之間的濃度下的磷植入。一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特點(diǎn)是，該方法包含: a、在第一導(dǎo)電類型的外延層的頂面中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元； b、將外延層的背面減薄至所需厚度； C、對外延層的背面進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的無掩膜植入，構(gòu)成場闌層，其中場闌層中電荷載流子的濃度高于外延層； d、對場闌層的背面進(jìn)行第二導(dǎo)電類型的無掩膜植入，以形成第一半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反； e、激光激活場闌層和第一半導(dǎo)體區(qū)； f、在第一半導(dǎo)體層的表面沉積第一金屬層； g、通過激光切割第一金屬層和第一半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)的一個或多個部分，選擇性地形成分立的半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)，以便使場闌層的一個或多個部分裸露出來； h、對場闌層的裸露部分進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的無掩膜植入，以便在場闌層的裸露部分中形成第二半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)，其中第二半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)的電荷載流子濃度高于場闌層； i、在第一金屬層和第二半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)的裸露部分上，沉積一個第二金屬層。上述外延層摻雜η-,場闌層摻雜η,第二半導(dǎo)體區(qū)摻雜η+。上述第一半導(dǎo)體層摻雜ρ+。上述第一金屬層與第一半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)形成良好的接觸，第二金屬層與第二半導(dǎo)體植入?yún)^(qū)形成良好的接觸。一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特點(diǎn)是，該方法包含 a、在半導(dǎo)體襯底的頂面上,制備一個半導(dǎo)電的第一外延層，其中第一外延層和襯底的導(dǎo)電類型相同，第一外延層的電荷載流子濃度低于襯底； b、在第一外延層上方，制備一個半導(dǎo)電的場闌層，其中場闌層的導(dǎo)電類型與襯底和第一外延層相同，其中場闌層的電荷載流子濃度高于第一外延層，低于襯底的電荷載流子濃度； C、在場闌層上方，制備一個半導(dǎo)電的第二外延層，其中第二外延層的導(dǎo)電類型與襯底、第一外延層和場闌層相同，其中第二外延層的電荷載流子濃度低于襯底和場闌層； d、在第二外延層中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元； e、通過除去襯底背面的材料，將襯底減薄至所需厚度； f、在襯底的背面，形成一個金屬圖案； g、利用金屬圖案作為掩膜，在襯底的背面進(jìn)行各向異性的刻蝕，其中各向異性的刻蝕使第一外延層的一個或多個部分裸露出來； h、在第一外延層的裸露部分中進(jìn)行摻雜物本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，該方法包含：？a、在半導(dǎo)體襯底的頂面中，選擇性地構(gòu)成第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，其中第一導(dǎo)電類型與襯底的導(dǎo)電類型相反；b、在襯底的頂面上生長一個第一導(dǎo)電類型的場闌層，其中場闌層的電荷載流子濃度低于第一半導(dǎo)體區(qū)；c、在場闌層上方，生長一個第一導(dǎo)電類型的外延層，其中外延層的電荷載流子濃度低于場闌層；d、在外延層中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元；e、將襯底背面減薄至所需厚度，并且裸露出第一半導(dǎo)體區(qū)；f、進(jìn)行無掩膜植入，制備第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，第二導(dǎo)電類型與襯底背面中的外延層和場闌層的導(dǎo)電類型相反；以及g、蒸發(fā)金屬到襯底背面上。

【技術(shù)特征摘要】
2011.07.27 US 13/192,3851.一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，該方法包含: a、在半導(dǎo)體襯底的頂面中，選擇性地構(gòu)成第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，其中第一導(dǎo)電類型與襯底的導(dǎo)電類型相反； b、在襯底的頂面上生長一個第一導(dǎo)電類型的場闌層，其中場闌層的電荷載流子濃度低于第一半導(dǎo)體區(qū)； C、在場闌層上方，生長一個第一導(dǎo)電類型的外延層，其中外延層的電荷載流子濃度低于場闌層； d、在外延層中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元； e、將襯底背面減薄至所需厚度，并且裸露出第一半導(dǎo)體區(qū)； f、進(jìn)行無掩膜植入，制備第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，第二導(dǎo)電類型與襯底背面中的外延層和場闌層的導(dǎo)電類型相反；以及 g、蒸發(fā)金屬到襯底背面上。2.如權(quán)利要求I所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述的襯底為P-型襯底。3.如權(quán)利要求2所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述的第一半導(dǎo)體區(qū)摻雜n+，場闌層摻雜n，外延層摻雜η-。4.如權(quán)利要求3所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述的植入?yún)^(qū)摻雜P+。5.如權(quán)利要求I所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，其中制備第一半導(dǎo)體區(qū)包含在帶掩膜的植入后進(jìn)行擴(kuò)散。6.如權(quán)利要求5所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，其中第一半導(dǎo)體區(qū)擴(kuò)散進(jìn)入襯底頂面至少lOMffl。7.如權(quán)利要求I所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述步驟e中所需的厚度為場闌層以下5μπι。8.如權(quán)利要求I所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述步驟f中的無掩膜植入為40KeV下，lel6濃度的硼植入。9.如權(quán)利要求I所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在 于，所述步驟g是在450°C下進(jìn)行。10.一種用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，該方法包含 a、在第一導(dǎo)電類型的外延層的頂面中，制備一個或多個絕緣柵雙極晶體管器件元； b、將外延層的背面減薄至所需厚度； C、對外延層的背面進(jìn)行第一導(dǎo)電類型的無掩膜植入，構(gòu)成場闌層，其中場闌層中電荷載流子的濃度高于外延層； d、利用第一陰影掩膜，在場闌層的背面中，選擇性地植入第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，其中第一半導(dǎo)體區(qū)的電荷載流子濃度高于場闌層； e、利用第二陰影掩膜，在場闌層的背面中，選擇性地植入第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)，其中第二半導(dǎo)體區(qū)的電荷載流子濃度高于場闌層；并且 f、激光激活第一和第二半導(dǎo)體區(qū)； g、在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)的背面沉積一個金屬層。11.如權(quán)利要求10所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述外延層摻雜η-,場闌層摻雜η,第一半導(dǎo)體區(qū)摻雜P+,第二半導(dǎo)體區(qū)摻雜η+。12.如權(quán)利要求11所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述第一陰影掩膜和第二陰影掩膜是互補(bǔ)的。13.如權(quán)利要求11所述的用于制備陽極短路的場闌絕緣柵雙極晶體管的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型的第一植入?yún)^(qū)的寬度遠(yuǎn)大于第一導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)的寬...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：安荷·叭剌，馬督兒·博德，丁永平，張曉天，何約瑟，
申請(專利權(quán))人：萬國半導(dǎo)體股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：