[发明专利]一种电场阻断型IGBT结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种电场阻断型IGBT结构的制备方法，属于半导体功率器件技术领域。制备方法为选择N+单晶片作为N+型衬底，在N+型衬底上通过外延的方法依次形成第一外延层和第二外延层，在外延层上依次形成P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；将N+型衬底的背面减薄，移除部分第一外延层，形成N+型缓冲层，第二外延层为N‑基区；在N+型缓冲层的背面通过离子注入的方法形成P+集电极层，然后在P+集电极层上面生长背金金属层，N+型缓冲层厚度为5‑35μm，N+型缓冲层的电阻率为1–10Ωcm。本发明可以使N‑基区的厚度变得更薄，从而降低IGBT的导通电压和关断时间。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，特别涉及一种电场阻断型IGBT结构的制备方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率开关被广泛应用到电力电子系统中。导通压降和关断时间是影响IGBT在工作状态下的关键参数。导通压降越低，则IGBT在导通状态下的功率损耗越小。关断时间越小，则IGBT从导通到关断的切换过程中的功率损耗越低。在导通状态下，载流子从正面的MOS沟道和背面集电极注入并在IGBT N-基区形成大量的载流子（电子和空穴），从而降低基区的电阻进而使其导通压降降低。另一方面，在从导通到关断的切换过程中，需要把N-基区存储的载流子完全移除，通过减小基区的宽度或者降低基区中的载流子浓度可以降低关断时间。

IGBT的制备包括衬底的形成，正面工艺和背面工艺。在IGBT制备工艺中，首先通过正面工艺形成正面的PN结、栅电极和发射极图形，然后是背面的研磨和腐蚀。依照器件的结构和应用的电压等级的不同，最终减薄之后的Si衬底厚度也各不相同。对于穿通型IGBT一般采用外延衬底，在P+衬底上依次外延N+缓冲层和N-基区层。减薄后的P+衬底作为P+集电极区域。由于背面P+集电极的掺杂浓度较大，穿通型IGBT具有较低的导通压降，然而其关断时间较大。对于非穿通型器件一般采用轻掺杂N型区熔单晶衬底，在背面减薄后，集电极通过离子注入的方法制备。集电极掺杂浓度可以精确控制，一般要低于相同条件穿通型IGBT。在相同的阻断电压下，非穿通型IGBT具有更厚的基区厚度，因此其导通压降相对较高。

电场阻断型IGBT具有穿通型和非穿通型IGBT二者的优点，其衬底采用轻掺杂N型区熔单晶衬底，在减薄之后首先是N型离子注入（例如P离子）并退火形成一层N+缓冲层。然后是P型离子注入（例如B离子）并退火形成集电极层。N+缓冲层的引入可以使N-型基区的宽度变得更小，从而具有更小的导通压降和关断时间。N+缓冲层的厚度受离子注入的能量和退火温度的限制，一般其厚度小于2μm。若要制备更厚的N+型缓冲层，则要采用昂贵的高能离子注入设备和激光退火设备，这增加了制造成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电场阻断型IGBT结构的制备方法，解决了现有技术中制备更厚的N+型缓冲层技术复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电场阻断型IGBT结构的制备方法，包括如下步骤：

选择N+单晶片作为N+型衬底；

在所述N+型衬底的正面通过外延的方法依次形成第一外延层和第二外延层；

在所述外延层上依次形成P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；

将所述N+型衬底的背面减薄，移除部分所述第一外延层，形成N+型缓冲层，所述第二外延层为N-基区；

在所述N+型缓冲层的背面通过离子注入的方法形成P+集电极层；

在所述P+集电极层上生长背金金属层。

进一步地，所述N+型缓冲层厚度为5-35μm，所述N+型缓冲层的电阻率为1–10Ωcm。

优选地，所述N+型缓冲层厚度为10-30μm。