[发明专利]绝缘栅双极型晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件领域，特别涉及绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称“IGBT”)是由双极型三极管(Bipolar Junction Transistor，简称“BJT”)和金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，简称“MOS”)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。BJT饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOS驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路和牵引传动等领域。

图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区05称为发射区，附于其上的电极02称为发射极。P+区07称为集电区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极01称为栅极，沟道在紧靠栅区边界形成。在集电区、发射区之间的P型区(包括P+和P区)(沟道在该区域形成)，称为亚沟道区(Subchannel region)。集电区和外延层以及亚沟道区一起形成PNP双极型晶体管，其中，集电区起发射极的作用，向外延层注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极03称为集电极。另外，图中04表示的是N外延层，06表示的是N缓冲层。

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOS基本相同，只需控制输入极N沟道MOS，所以具有高输入阻抗特性。当MOS的沟道形成后，从P+集电极注入到N层的空穴(少子)，对N外延层进行电导调制，减小N外延层的电阻，使IGBT在拥有高电压特性时，也具有低的通态电压。

传统IGBT结构主要为平面栅和沟槽栅两种，但无论哪种结构，均需选择很高的电阻率和很厚的外延层或衬底得到较大耐压，从而导致饱和压降较高，功率密度较低，随着新一代器件对结温和功率密度的要求，需要将IGBT厚度做得更薄，尺寸做得更小，而当前主要依靠引入场中止(Field Stop，简称“FS”)层来达到这个目的；此外，在标准的半桥电路的开关应用中，IGBT必须与一个外置快速恢复二极管FRD反向并联成为一个小模组，两个小模组串联形成半桥电路，分别是上半桥和下半桥，而上半桥与感性负载并联。在测试过程中，保持上半桥IGBT处于关断状态，当开启下半桥IGBT时，感性负载和下半桥IGBT形成回路，电流上升，电感储能；此时关断下半桥的IGBT时，感性负载将与上半桥的FRD形成自回路，避免感性负载的能量强行冲击下半桥的IGBT，造成器件受损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘栅双极型晶体管及其制作方法，结合了超结MOS和逆导IGBT的优点，可以有效减小IGBT的饱和压降，获得更高的功率密度，同时在模块封装中省去了快速恢复二极管，可以有效降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种绝缘栅双极型晶体管，在第一半导体类型的衬底的一侧，在该衬底与第二半导体类型的沟道区之间，存在第二半导体类型的第一掺杂区，其中，该第一掺杂区的掺杂浓度小于沟道区的掺杂浓度；

在衬底的另一侧，在该衬底与集电极金属电极之间，存在第一半导体类型的第二掺杂区。

本发明的实施方式还公开了一种绝缘栅双极型晶体管的制作方法，包括以下步骤：

在第一半导体类型的硅衬底上进行外延生长，在外延过程中先生长缓冲区层，再生长外延层，然后光刻注入第二半导体类型材料，再外延，然后再光刻，最后形成第一掺杂区；

生长栅氧化层，淀积多晶硅，利用栅极光刻掩膜形成栅极；

利用多晶硅做阻挡层，普注第二半导体类型材料并退火推阱形成第二半导体类型的沟道区；

利用多晶硅做阻挡层，普注第一半导体类型材料形成增强型第一半导体类型源区；

利用光刻掩膜形成增强型第二半导体类型图案，注入高浓度的第二半导体类型材料，形成增强型第二半导体类型源区，淀积硼磷硅玻璃，形成氧化绝缘层，利用掩膜版光刻形成接触区；

淀积金属形成金属发射极；

背面研磨至所需厚度，然后利用同一块光刻掩膜，利用正负光刻胶原理，形成背面第一半导体类型的第二掺杂区的集电区和第二半导体类型的集电区，最后形成背面合金。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：