一種實現局域壽命控制的IGBT及其制造方法技術

本發明專利技術提出了一種實現局域壽命控制的IGBT及其制造方法，該IGBT包括集電區，在集電區之上形成有緩沖層，在緩沖層之上形成有漂移區，在集電區與漂移區之間形成有至少一層低壽命高復合層，該低壽命高復合層內具有復合中心，能夠降低載流子的壽命，在漂移區內形成有阱區，在阱區內形成有發射區，在漂移區之上依次形成有柵介質層、柵極和發射極，在集電區之下形成有集電極。本發明專利技術在集電區與漂移區之間形成有至少一層低壽命高復合層，該低壽命高復合層可以復合器件通態時產生的大量過剩載流子，提高復合電流，減小集電區空穴注入，從而降低關斷拖尾時間，達到降低開關時間、開關損耗的目的，并提高器件抗閂鎖能力。

【技術實現步驟摘要】
一種實現局域壽命控制的IGBT及其制造方法
本專利技術屬于基本電氣元件領域，涉及半導體器件的制備，特別涉及一種實現局域壽命控制的IGBT結構及其制造方法。
技術介紹
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)是一種由BJT(雙極型三極管)和MOSFET(絕緣柵型場效應管)組成的復合型電壓控制的功率半導體器件，這種器件同時具有功率BJT和功率MOSFET的主要優點：輸入阻抗高，輸入驅動功率小，導通電阻小，電流容量大，開關速度快等。在這個高壓高頻電力電子器件時代，IGBT無疑成為電力電子應用領域的主流器件。IGBT發展到現在大致經歷了三代技術：PT-IGBT(穿通型IGBT)，NPT-IGBT(非穿通型IGBT)和FS-IGBT(電場終止型IGBT)。穿通與非穿通是指在擊穿電壓下，耗盡層是否穿通n-漂移區(耐壓層)。盡管NPT-IGBT和FS-IGBT技術越來越受到行內青睞，然而對于低壓類IGBT(如600VIGBT)，考慮到NPT-IGBT和FS-IGBT要求能夠處理薄片技術，工藝要求高的特點，普遍采用PT-IGBT結構，從而降低加工難度，減少制造成本。如圖1所示的PT-IGBT，P+型單晶硅為集電區109，n-耐壓層107和n+緩沖層108通過外延獲得。集電區109作為集電區(背發射區)，具有厚度大、摻雜濃度高等特點。器件導通時，PNP晶體管的空穴發射率很高，n-耐壓層107積累了大量的電子空穴對，電導調制效應顯著。器件關斷時，電子很難從背面發射結流出，主要靠基區復合消失，因此開關時間長，開關損耗大。為提高關斷速度，PT-IGBT采用電子輻照或者重金屬摻雜的方法在n-耐壓層107產生大量復合中心，大幅降低其中的載流子壽命，加快IGBT關斷時n-耐壓層107中電子、空穴的復合。這種方法雖然能夠提高PT-IGBT的關斷速度，但是電子輻照與重金屬摻雜壽命控制的方法屬于全局壽命控制，難以做到局域壽命控制，如在圖1所示的PT-IGBT中，正面PN結J1和J2附近是不需要做壽命控制的，但是電子輻照和重金屬摻雜都不可避免會影響這里的載流子壽命。這種全局壽命控制有一個顯著的缺陷就是，整個器件體區的載流子壽命都會隨著溫度的升高而顯著增加，當溫度升高時，整個n-耐壓層107存儲的載流子濃度顯著增加，通態壓降明顯降低，呈現顯著的負溫度系數，不利于并聯使用，而且關斷損耗也明顯增大，影響了器件的長期可靠使用。
技術實現思路
本專利技術旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種實現局域壽命控制的IGBT及其制造方法。為了實現本專利技術的上述目的，根據本專利技術的第一個方面，本專利技術提供了一種實現局域壽命控制的IGBT，其包括：集電區，所述集電區為重摻雜；在所述集電區之上形成有緩沖層，所述緩沖層為重摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述緩沖層之上形成有漂移區，所述漂移區為輕摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述集電區與所述漂移區之間形成有至少一層低壽命高復合層，所述低壽命高復合層內具有復合中心；在所述漂移區內形成有阱區，在所述阱區內形成有發射區，所述阱區的導電類型與所述集電區的導電類型相同，所述發射區為重摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述漂移區之上依次形成有柵介質層、柵極和發射極；在所述集電區之下形成有集電極。本專利技術在集電區與漂移區之間形成有至少一層低壽命高復合層，該低壽命高復合層可以復合器件通態時產生的大量過剩載流子，提高復合電流，減小集電區空穴注入，從而降低關斷拖尾時間，達到降低開關時間、開關損耗的目的，并提高器件抗閂鎖能力。為了實現本專利技術的上述目的，根據本專利技術的第二個方面，本專利技術提供了一種實現局域壽命控制的IGBT的制造方法，其包括如下步驟：S11：提供第一基片和第二基片，所述第一基片為輕摻雜，所述第二基片為重摻雜，所述第一基片的導電類型與所述第二基片的導電類型相反，所述第一基片用于形成漂移區，所述第二基片用于形成集電區；S12：在所述第一基片背面形成緩沖層，所述緩沖層為重摻雜，其導電類型與所述第一基片的導電類型相同；S13；將所述第一基片的緩沖層與所述第二基片鍵合，在所述緩沖層與所述第二基片之間形成低壽命高復合層，所述低壽命高復合層內具有復合中心；S14：在所述第一基片的正面形成阱區，在所述阱區內形成發射區，所述阱區的導電類型與所述第一基片的導電類型相反，所述發射區為重摻雜，其導電類型與所述第一基片的導電類型相同；在所述第一基片之上依次形成柵介質層、柵極和發射極；在所述第二基片之下形成集電極。為了實現本專利技術的上述目的，根據本專利技術的第三個方面，本專利技術提供了一種實現局域壽命控制的IGBT的制造方法，其包括如下步驟：S21：提供第一基片和第二基片，所述第一基片為輕摻雜，所述第二基片為重摻雜，所述第一基片的導電類型與所述第二基片的導電類型相反，所述第一基片用于形成漂移區，所述第二基片用于形成集電區；S22：在所述第二基片正面形成緩沖層，所述緩沖層為重摻雜，其導電類型與所述第一基片的導電類型相同；S23：將所述第一基片與所述第二基片的緩沖層鍵合，在所述第一基片與所述緩沖層之間形成低壽命高復合層，所述低壽命高復合層內具有復合中心；S24：在所述第一基片的正面形成阱區，在所述阱區內形成發射區，所述阱區的導電類型與所述第一基片的導電類型相反，所述發射區為重摻雜，其導電類型與所述第一基片的導電類型相同；在所述第一基片之上依次形成柵介質層、柵極和發射極；在所述第二基片之下形成集電極。為了實現本專利技術的上述目的，根據本專利技術的第四個方面，本專利技術提供了一種實現局域壽命控制的IGBT的制造方法，其包括如下步驟：S31：提供第一基片、第二基片和第三基片，所述第一基片為輕摻雜，所述第二基片為重摻雜，所述第二基片的導電類型與所述第一基片的導電類型相同，所述第三基片為重摻雜，所述第三基片的導電類型與所述第一基片的導電類型相反，所述第一基片用于形成漂移區，所述第二基片用于形成緩沖層，所述第三基片用于形成集電區；S32：將所述第二基片與所述第三基片鍵合，在所述第二基片與所述第三基片之間形成第二低壽命高復合層，所述第二低壽命高復合層內具有復合中心；S33：將所述第二基片與所述第一基片鍵合，在所述第二基片與所述第一基片之間形成第一低壽命高復合層，所述第一低壽命高復合層內具有復合中心，能夠降低載流子的壽命；S34：在所述第一基片的正面形成阱區，在所述阱區內形成發射區，所述阱區的導電類型與所述第一基片的導電類型相反，所述發射區為重摻雜，其導電類型與所述第一基片的導電類型相同；在所述第一基片之上依次形成柵介質層、柵極和發射極；在所述第三基片之下形成集電極。本專利技術的采用的鍵合技術，能夠實現精確局域壽命控制，可以在器件最優需要做壽命控制的局部降低載流子壽命，而不影響其它部位的載流子壽命。且實現本專利技術局域壽命控制的低壽命高復合層形成在集電結與漂移區之間，通過鍵合的方法在鍵合界面附近形成一高缺陷層，該層缺陷引入復合中心使載流子復合，降低載流子壽命。在本專利技術的一種優選實施例中，低壽命高復合層形成在所述集電區與所述緩沖層之間。在本專利技術的另一種優選實施例中，低壽命高復合層形成在所述漂移區與所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實現局域壽命控制的IGBT，其特征在于，包括：集電區，所述集電區為重摻雜；在所述集電區之上形成有緩沖層，所述緩沖層為重摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述緩沖層之上形成有漂移區，所述漂移區為輕摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述集電區與所述漂移區之間形成有至少一層低壽命高復合層，所述低壽命高復合層內具有復合中心；在所述漂移區內形成有阱區，在所述阱區內形成有發射區，所述阱區的導電類型與所述集電區的導電類型相同，所述發射區為重摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述漂移區之上依次形成有柵介質層、柵極和發射極；在所述集電區之下形成有集電極。

【技術特征摘要】
1.一種實現局域壽命控制的IGBT，其特征在于，包括：集電區，所述集電區為重摻雜；在所述集電區之上形成有緩沖層，所述緩沖層為重摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述緩沖層之上形成有漂移區，所述漂移區為輕摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述漂移區與所述緩沖層之間形成第一低壽命高復合層，在所述集電區與所述緩沖層之間形成第二低壽命高復合層，所述第一低壽命高復合層內和所述第二低壽命高復合層內均具有復合中心；在所述漂移區內形成有阱區，在所述阱區內形成有發射區，所述阱區的導電類型與所述集電區的導電類型相同，所述發射區為重摻雜，其導電類型與所述集電區的導電類型相反；在所述漂移區之上依次形成有柵介質層、柵極和發射極；在所述集電區之下形成有集電極。2.如權利要求1所述的實現局域壽命控制的IGBT，其特征在于，所述第一低壽命高復合層的厚度為0.03um-0.5um,其內部過剩載流子的壽命為5ns-40ns；所述第二低壽命高復合層的厚度為0.03um-0.5um，其內部過剩載流子的壽命為5ns-40ns。3.一種實現局域壽命控制的IGBT的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：S31：提供第一基片、第二基片和第三基片，所述第一基片為輕摻雜，所述第二基片為重摻雜，所述第二基片的導電類型與所述第一基片的導電類型相同，所述第三基片為重摻雜，所述第三基片的導電類型與所述第一基片的導電類型相反，所述第一基片用于形成漂移區，所述第二基片用于形成緩沖層，所述第三基片用于形成集電區；S32：將所述第二基片與所述第三基片鍵合，在所述第二基片與所述第三基片之間形成第二低壽命高復合層，所述第二低壽命高復合層內具有復合中心；S33：將所述第二基片與所述第一基片鍵合，在所述第二基片與所述第一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳海平，秦博，肖秀光，
申請(專利權)人：比亞迪股份有限公司，
類型：發明
國別省市：