【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，特別是涉及一種場(chǎng)截止型(field?stop，fs)絕緣柵雙極型晶體管(insulated?gate?bipolar?transistor，igbt)器件；本專(zhuān)利技術(shù)還涉及一種fs-igbt器件及其制造方法。
技術(shù)介紹
1、igbt器件是由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)與雙極型三極管(bjt)復(fù)合而成的一種電壓驅(qū)動(dòng)型器件。mosfet輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快，但載流子密度低，導(dǎo)通電阻高；bjt電流密度大、導(dǎo)通壓降低，但驅(qū)動(dòng)電流大；igbt綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，既具有驅(qū)動(dòng)損耗低、開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)，也具有導(dǎo)通壓降低的優(yōu)勢(shì)，因此廣泛應(yīng)用于家電、光伏、工業(yè)控制、新能源汽車(chē)、軌道交通等中高壓領(lǐng)域。
2、fs-igbt器件具有場(chǎng)阻層即場(chǎng)截止層和透明陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，場(chǎng)阻層可以適當(dāng)減小漂移區(qū)的厚度，加快器件的開(kāi)關(guān)速度，同時(shí)降低導(dǎo)通損耗；透明陽(yáng)極結(jié)構(gòu)調(diào)控了集電區(qū)的注入效率，使igbt器件的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)速度獲得了良好的折中。
3、fs-igbt器件的集電區(qū)側(cè)具有pn結(jié)二極管結(jié)構(gòu)。在器件導(dǎo)通時(shí)，器件正面的溝道開(kāi)啟，電子從發(fā)射區(qū)注入到漂移區(qū)；同時(shí)集電區(qū)側(cè)的pn結(jié)開(kāi)啟，大量空穴從集電區(qū)注入到漂移區(qū)，于是在漂移區(qū)積累了大量的載流子，形成電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。這極大減小了igbt的導(dǎo)通電阻，并進(jìn)而降低其導(dǎo)通損耗。
4、現(xiàn)有技術(shù)中，在si基器件中，igbt器件形成于硅襯底上，由于si的禁帶寬度約為1.12ev，硅基的pn結(jié)二極管的開(kāi)啟電壓為0.7v，幾乎達(dá)到現(xiàn)有igbt導(dǎo)通壓降的一半。這意味著5
5、如圖1所示，是現(xiàn)有fs-igbt器件的結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有fs-igbt器件通常采用n型器件，以n型器件為例，現(xiàn)有fs-igbt器件包括：
6、漂移區(qū)103，由形成于硅襯底表面的n型輕摻雜區(qū)組成。
7、p型摻雜的阱區(qū)105，形成于所述漂移區(qū)103表面。
8、柵極結(jié)構(gòu)，包括依次疊加的柵氧化層104和多晶硅柵106。圖1中，所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，所述柵氧化層104形成于柵極溝槽的內(nèi)側(cè)表面，所述多晶硅柵106填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過(guò)所述阱區(qū)105，被所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)面覆蓋的所述阱區(qū)105表面作為所述溝道區(qū)。所述柵極結(jié)構(gòu)也能采用平面柵。
9、n型重?fù)诫s的發(fā)射區(qū)107，形成于所述阱區(qū)105的表面且和所述柵極結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)。
10、在所述漂移區(qū)103的背面形成有n型摻雜的場(chǎng)截止層102，場(chǎng)截止層102通常采用背面注入形成，所述場(chǎng)截止層102的摻雜濃度大于所述漂移區(qū)103的摻雜濃度。
11、在場(chǎng)截止層102的背面形成有p型重?fù)诫s的集電區(qū)101。
12、所述集電區(qū)101的頂部表面和所述場(chǎng)截止層102的底部表面相接觸并形成背面pn結(jié)。
13、背面pn結(jié)的開(kāi)啟電壓主要由硅材料的禁帶寬度決定，硅的禁帶寬度約為1.12ev，所述背面pn結(jié)的開(kāi)啟電壓約為0.7v。
14、正面金屬層109圖形化后形成柵極和發(fā)射極。圖1中僅顯示了發(fā)射極，由所述正面金屬層109組成的柵極并不在圖1的剖面中，故未顯示。所述柵極會(huì)和底部的所述多晶硅柵106連接，所述發(fā)射極則會(huì)和底部的所述發(fā)射區(qū)107連接。在所述阱區(qū)105的表面還形成有阱接觸區(qū)108，所述阱接觸區(qū)108為第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s，所述發(fā)射極也和所述阱接觸區(qū)108連接。
15、在所述集電區(qū)101的背面形成有由背面金屬層110組成的集電極。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種fs-igbt器件，能對(duì)集電區(qū)的材料進(jìn)行改進(jìn)，從而降低背面pn結(jié)的開(kāi)啟電壓，并進(jìn)而降低整個(gè)器件的導(dǎo)通壓降以及導(dǎo)通損耗。為此，本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種fs-igbt器件的制造方法。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供的fs-igbt器件包括：
3、漂移區(qū)，由形成于半導(dǎo)體襯底表面的n型輕摻雜區(qū)組成。
4、p型摻雜的阱區(qū)，形成于所述漂移區(qū)表面。
5、柵極結(jié)構(gòu)，包括依次疊加的柵介質(zhì)層和柵極導(dǎo)電材料層。
6、n型重?fù)诫s的發(fā)射區(qū)，形成于所述阱區(qū)的表面且和所述柵極結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)；位于所述發(fā)射區(qū)和所述漂移區(qū)之間的所述阱區(qū)表面作為溝道區(qū)且被所述柵極結(jié)構(gòu)所覆蓋。
7、形成于所述半導(dǎo)體襯底的背面的第二半導(dǎo)體材料層，所述第二半導(dǎo)體材料層的禁帶寬度低于所述半導(dǎo)體襯底的禁帶寬度。
8、由背面氫注入形成的氫注入層，所述氫注入層的頂部表面和所述漂移區(qū)的底部表面接觸，所述氫注入層的等效n型摻雜濃度大于所述漂移區(qū)的摻雜濃度。
9、p型重?fù)诫s的集電區(qū)，所述集電區(qū)的頂部表面和所述氫注入層的底部表面相接觸并形成背面pn結(jié)。
10、所述集電區(qū)的頂部表面和所述第二半導(dǎo)體材料層的頂部表面相平或者位于所述第二半導(dǎo)體材料層的頂部表面之下，使所述背面pn結(jié)的界面位于所述第二半導(dǎo)體材料層內(nèi)部或者所述背面pn結(jié)的內(nèi)建空間電荷區(qū)的部分或全部位于所述第二半導(dǎo)體材料層內(nèi)部，以使所述背面pn結(jié)的開(kāi)啟電壓由所述第二半導(dǎo)體材料層確定并利用所述第二半導(dǎo)體材料層的禁帶寬度更低的特點(diǎn)來(lái)降低所述背面pn結(jié)的開(kāi)啟電壓。
11、進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述半導(dǎo)體襯底的材料包括si。
12、進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二半導(dǎo)體材料層的材料包括ge，gesi。
13、進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二半導(dǎo)體材料層采用形成于所述半導(dǎo)體襯底背面的沉積層。
14、或者，當(dāng)所述半導(dǎo)體襯底的材料為si以及所述第二半導(dǎo)體材料層的材料為gesi時(shí)，所述第二半導(dǎo)體材料層采用通過(guò)背面ge注入到si中形成的gesi層。
15、進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二半導(dǎo)體材料層經(jīng)歷過(guò)退火處理，所述氫注入層和所述集電區(qū)經(jīng)歷過(guò)背面激光退火處理。
16、所述第二半導(dǎo)體材料層的退火采用爐管退火或者所述背面激光退火。
17、進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述集電區(qū)的摻雜雜質(zhì)為p型重?fù)诫s的背面注入雜質(zhì)或者所述第二半導(dǎo)體材料層在位摻雜雜質(zhì)。
18、所述集電區(qū)的底部表面和所述第二半導(dǎo)體材料層的底部表面相平。
19、所述集電區(qū)的結(jié)深小于0.5μm。
20、所述第二半導(dǎo)體材料層的厚度大于所述集電區(qū)的結(jié)深且所述第二半導(dǎo)體材料層的厚度為0.3μm～1μm。
21、進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，所述柵介質(zhì)層形成于柵極溝槽的內(nèi)側(cè)表面，所述柵極導(dǎo)電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過(guò)所述阱區(qū)，被所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)面覆蓋的所述阱區(qū)表面作為所述溝道區(qū)。
22、或者，所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵，所述柵介質(zhì)層覆蓋在所述阱區(qū)的頂部表面上并延伸到和所述阱區(qū)相鄰的所述漂移區(qū)的頂部表面上，所述柵極導(dǎo)電材料層疊加在所述柵介質(zhì)層的頂部表面上，被所述柵極結(jié)構(gòu)從所述阱本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種FS-IGBT器件，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述半導(dǎo)體襯底的材料包括Si。
3.如權(quán)利要求2所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層的材料包括Ge，GeSi。
4.如權(quán)利要求3所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層采用形成于所述半導(dǎo)體襯底背面的沉積層；
5.如權(quán)利要求4所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層經(jīng)歷過(guò)退火處理，所述氫注入層和所述集電區(qū)經(jīng)歷過(guò)背面激光退火處理；
6.如權(quán)利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述集電區(qū)的摻雜雜質(zhì)為P型重?fù)诫s的背面注入雜質(zhì)或者所述第二半導(dǎo)體材料層在位摻雜雜質(zhì)；
7.如權(quán)利要求1所述的FS-IGBT器件，其特征在于：所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，所述柵介質(zhì)層形成于柵極溝槽的內(nèi)側(cè)表面，所述柵極導(dǎo)電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過(guò)所述阱區(qū)，被所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)面覆蓋的所述阱區(qū)表面作為所述溝道區(qū)；
8.一種FS-IGBT器件的制造方法，其特
9.如權(quán)利要求8所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述半導(dǎo)體襯底的材料包括Si。
10.如權(quán)利要求9所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層的材料包括Ge，GeSi。
11.如權(quán)利要求10所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：步驟三中，采用沉積工藝在減薄后的所述半導(dǎo)體襯底的背面形成所述第二半導(dǎo)體材料層；
12.如權(quán)利要求11所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層經(jīng)歷過(guò)退火處理，所述氫注入層和所述集電區(qū)經(jīng)歷過(guò)背面激光退火處理；
13.如權(quán)利要求12所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：當(dāng)所述第二半導(dǎo)體材料層的退火中包括所述爐管退火時(shí)，所述第二半導(dǎo)體材料層的爐管退火放置在步驟三之后以及步驟四和步驟五之前進(jìn)行；
14.如權(quán)利要求10所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：步驟五中，采用P型重?fù)诫s的背面離子注入形成所述集電區(qū)；
15.如權(quán)利要求8所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，所述柵介質(zhì)層形成于柵極溝槽的內(nèi)側(cè)表面，所述柵極導(dǎo)電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過(guò)所述阱區(qū)，被所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)面覆蓋的所述阱區(qū)表面作為所述溝道區(qū)；
16.如權(quán)利要求8所述的FS-IGBT器件的制造方法，其特征在于：步驟四中，所述背面氫離子注入的注入深度為20微米以內(nèi)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種fs-igbt器件，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述半導(dǎo)體襯底的材料包括si。
3.如權(quán)利要求2所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層的材料包括ge，gesi。
4.如權(quán)利要求3所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層采用形成于所述半導(dǎo)體襯底背面的沉積層；
5.如權(quán)利要求4所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述第二半導(dǎo)體材料層經(jīng)歷過(guò)退火處理，所述氫注入層和所述集電區(qū)經(jīng)歷過(guò)背面激光退火處理；
6.如權(quán)利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述集電區(qū)的摻雜雜質(zhì)為p型重?fù)诫s的背面注入雜質(zhì)或者所述第二半導(dǎo)體材料層在位摻雜雜質(zhì)；
7.如權(quán)利要求1所述的fs-igbt器件，其特征在于：所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵，所述柵介質(zhì)層形成于柵極溝槽的內(nèi)側(cè)表面，所述柵極導(dǎo)電材料層填充在所述柵極溝槽中，所述柵極溝槽縱向穿過(guò)所述阱區(qū)，被所述柵極結(jié)構(gòu)側(cè)面覆蓋的所述阱區(qū)表面作為所述溝道區(qū)；
8.一種fs-igbt器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：
9.如權(quán)利要求8所述的fs-igbt器件的制造方法，其特征在于：所述半導(dǎo)體襯底的材料包括si。
10.如權(quán)利要求9所...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳為真，曾大杰，高宗朋，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海鼎陽(yáng)通半導(dǎo)體科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
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