[发明专利]一种绝缘栅双极晶体管(IGBT)衬底硅片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由深扩散形成的P+/N-或者N+/P-硅片用于制作绝缘栅双极晶体管(IGBT)衬底的方法.

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种同时具有多数载流子和少数载流子电流的大功率半导体器件。它的独特之处在于结合了双极型晶体管少数载流子的电导调制大电流和金属氧化物半导体(MOS)晶体管绝缘栅控大跨导的优点，近年在大功率半导体器件领域逐步取代传统的双极型晶体管，在工业控制，汽车和家庭电器电源调节中获得极大的应用。电磁炉，变频空调，变频冰箱都离不开IGBT。

IGBT由金属氧化物半导体(MOS)的上层结构与PN结的基极-发射极共同组成。由于基极承受了全部的耐压，1000V以上的IGBT基极需要有较厚的基区，传统的IGBT使用了复杂的多层外延或者高能量的背面离子注入来建立基极-发射极。这样做的结果是器件生产成本的大幅度上升和生产效率的降低。使用深扩散形成的P+/N-或者N+/P-来形成绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基极-发射极PN结具有实际意义。

发明内容

本发明旨在提供一种在外延和高能量离子注入之外形成绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基极-发射极PN结的方法。

本发明包括以下步骤：

1).在厚度大于450微米，电阻率高于15.0Ω.cm的具第一导电性硅单晶片1上施行形成第二导电性的杂质的引入，在硅片的单面或者双面表面形成一个含高浓度的形成第二导电性的杂质层2，见图1；

2).在1200～1300℃温度下进行50～250小时的扩散使得形成第二导电性的杂质经扩散形成深度为50～250微米的高斯函数分布的具有第二导电性的扩散区3，见图2；

3).对硅片的一个表面施行抛光减薄直至该表面降至未受杂质扩散的第一导电性区，形成具有P+/N-或者N+/P-结的衬底，见图3；

4).在衬底的抛光面上制作绝缘栅双极晶体管(IGBT)的金属氧化物半导体(MOS)的部分，通常为双扩散金属氧化物半导体结构(DMOS)，见图4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。

图1示出了本方法的第一步。起始材料为厚度大于450微米，电阻率大于15.0Ω.cm的硅单晶片，P或者N型。使用业界都熟悉的方法对具有第一导电性的起始单晶片用形成第二导电性的杂质做杂质的引入，即对P型单晶片用磷或砷，对N型单晶片用硼。引入的方法可以是常用的饱和气氛中的热传递，即预扩散。硅单晶片在预扩散中暴露在形成第二导电性的杂质源的饱和氛围中从而在表面形成达到硅的固溶度的杂质层，并以余误差函数形式分布在硅中。杂质的引入也可以通过其它方法如离子注入，含杂质的介质在单晶片表面的涂敷或淀积来实现。形成第二导电性的杂质的引入可以对单晶片的一面，也可以对单晶片的双面同时进行。

图2示出本方法的第二步。第二步的目的是将在第一步引入单晶片的形成第二导电性的杂质进一步扩散推入较深的内部。使用业界都熟悉的热扩散方法，在1200～1300℃的温度下扩散50～250小时以上，使得在第一步中引入单晶片的形成第二导电性的杂质以高斯函数形式分布于硅中，深度达到50～250微米以上。扩散进入的形成第二导电性的杂质使得具有第二导电性的扩散区的电阻率远小于具第一导电性的未受扩散区。单面受到杂质预扩散的单晶片此时形成了单个PN结，双面受到杂质预扩散的单晶片此时形成了背靠背的二个PN结。此时单晶片成为了扩散片。

图3示出本方法的第三步。在这一步中使用为业界所熟悉的机械和化学方法来对扩散片的一面实行减薄抛光，使得硅片的一面为经扩散形成的第二导电区，另一面为具第一导电性的未受扩散区并且使其厚度达到目标值。对具第一导电性的未受扩散区表面的抛光必须达到相应的器件级的光洁度和平整度。

图4示出使用由本方法制成的具有P+/N-或者N+/P-结的硅片由众所周知的方法进一步制成IGBT。P+/N-或者N+/P-结形成了IGBT中的基-射极。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。