一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管，傳統絕緣柵雙極晶體管的背P+發射區完全覆蓋器件背面，本發明專利技術的絕緣柵雙極晶體管通過溝槽將器件背面部分或全部區域設置為多晶P+發射區，以此調節背P+發射區向N型基區注入空穴的效率，提高器件高頻特性的應用范圍。本發明專利技術還提供了一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的制備方法。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管，傳統絕緣柵雙極晶體管的背P+發射區完全覆蓋器件背面，本專利技術的絕緣柵雙極晶體管通過溝槽將器件背面部分或全部區域設置為多晶P+發射區，以此調節背P+發射區向N型基區注入空穴的效率，提高器件高頻特性的應用范圍。本專利技術還提供了一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的制備方法。【專利說明】
本專利技術涉及到一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管，本專利技術還涉及一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的制備方法。
技術介紹
絕緣柵雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡稱 IGBT)是一種集金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)的柵電極電壓控制特性和雙極晶體管(BJT)的低導通電阻特性于一身的半導體功率器件，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅動功率小、導通電阻小、開關損耗低及工作頻率高等特性，是比較理想的半導體功率開關器件，有著廣闊的發展和應用前景。一般說來，從IGBT的正面結構區分，可以把IGBT分為平面型和溝槽柵型兩種結構；從IGBT擊穿特性區分，可以分為穿通型和非穿通型兩種結構，穿通型在器件背面P+表面具有N+緩沖層，其通態壓降比非穿通型要小，同時穿通型器件也增加了器件的制造難度。
技術實現思路
本專利技術提供。一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括:N型基區，由N-基區組成；p型基區、N+集電區、柵氧化層和柵極介質，位于N型基區上方；背溝槽多晶P+發射區，為多個溝槽結構，位于N型基區下方，P型多晶半導體材料臨靠溝槽內壁，N+緩沖層臨靠P型多晶半導體材料，N+緩沖層位于P型多晶半導體材料與N型基區之間，同時背溝槽內填充電極金屬。一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在N型上表面形成P型基區、N+集電區、柵氧化層和柵極介質；在背表面通過掩膜刻蝕形成溝槽；背部進行N型雜質擴散退火；)在背表面形成P型多晶半導體材料。傳統絕緣柵雙極晶體管的背P+發射區完全覆蓋器件背面，本專利技術的絕緣柵雙極晶體管通過溝槽將器件背面部分或全部區域設置為多晶P+發射區，以此調節背P+發射區向N型基區注入空穴的效率，提高器件高頻特性的應用范圍。【專利附圖】【附圖說明】圖1為本專利技術的一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；圖2為本專利技術的第二種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；圖3為本專利技術的第三種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；圖4為本專利技術的第四種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；圖5為本專利技術的第五種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖；圖6為本專利技術的第六種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管剖面示意圖。其中，1、背溝槽多晶P+發射區；2、N+緩沖層；3、N-基區；4、P型基區；5、N+集電區；6、柵氧化層；7、柵極介質；10、背面氧化層。【具體實施方式】實施例1圖1為本專利技術的一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結合圖1詳細說明本專利技術的半導體裝置。一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N-基區3，為N傳導類型的半導體硅材料，厚度為260um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ;背溝槽多晶P+發射區1，為P傳導類型多晶半導體硅材料，分布背面溝槽內壁和N-基區3表面，溝槽寬度和間距為5um，溝槽深度為50um，硼原子表面摻雜濃度為5E17cm_3 ；N+緩沖層2，為N傳導類型的半導體硅材料，位于背溝槽多晶P+發射區I周圍，磷原子摻雜濃度為5E13cnT3?5E16cnT3，厚度為2um ；P型基區4，位于N-基區3之上，為硼原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為5um ;N+集電區5，位于P型基區4之上，為磷原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為2um ;柵氧化層6，為硅材料的氧化物，位于器件表面；柵極介質7，位于柵氧化層6表面，為重摻雜的多晶半導體硅材料。本實施例的工藝制造流程如下:第一步，在N型厚度為260um磷原子摻雜濃度為5E13cm_3的硅片上表面形成P型基區4、N+集電區5、柵氧化層6和柵極介質7 ；第二步，在下表面光刻腐蝕形成膠掩膜，刻蝕形成溝槽，腐蝕去除膠掩膜；第三步，在背部進行磷雜質擴散，形成N+緩沖層2，腐蝕背部氧化層；第四步，在背部淀積P型多晶半導體材料，形成背溝槽多晶P+發射區1，如圖1所/Jn ο然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過背面金屬化工藝為器件引出發射極。同時圖1實施例中表面柵氧化層6和柵極介質7也可以為溝槽結構，如圖2所示。實施例2圖3為本專利技術的第三種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結合圖3詳細說明本專利技術的半導體裝置。一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N-基區3，為N傳導類型的半導體硅材料，厚度為260um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ;背溝槽多晶P+發射區1，為P傳導類型多晶半導體硅材料，分布背面溝槽內壁和N-基區3表面，溝槽寬度和間距為5um，溝槽深度為50um，硼原子表面摻雜濃度為5E17cm_3 ；N+緩沖層2，為N傳導類型的半導體硅材料，位于背溝槽多晶P+發射區I周圍，磷原子摻雜濃度為5E13cnT3?5E16cnT3，厚度為2um ；P型基區4，位于N-基區3之上，為硼原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為5um ;N+集電區5，位于P型基區4之上，為磷原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為2um ;柵氧化層6，為硅材料的氧化物，位于器件表面；柵極介質7，位于柵氧化層6表面，為重摻雜的多晶半導體硅材料；背面氧化層10，位于N-基區3表面。本實施例的工藝制造流程如下:第一步，在N型厚度為260um磷原子摻雜濃度為5E13cm_3的硅片上表面形成P型基區4、N+集電區5、柵氧化層6和柵極介質7 ；第二步，在背表面熱氧化形成氧化層，光刻腐蝕形成掩膜，刻蝕形成溝槽；第三步，在背部進行磷雜質擴散，形成N+緩沖層2，腐蝕背部溝槽內氧化層；第四步，在背部淀積P型多晶半導體材料，形成背溝槽多晶P+發射區1，如圖3所/Jn ο然后在此基礎上，淀積金屬鋁，然后光刻腐蝕進行反刻鋁，為器件引出集電極和柵電極，通過背面金屬化工藝為器件引出發射極。同時圖3實施例中表面柵氧化層6和柵極介質7也可以為溝槽結構，如圖4所示。實施例3圖5為本專利技術的第五種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管的剖面圖，下面結合圖5詳細說明本專利技術的半導體裝置。一種絕緣柵雙極晶體管，包括:N-基區3，為N傳導類型的半導體硅材料，厚度為260um，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3 ;背溝槽多晶P+發射區1，為P傳導類型多晶半導體硅材料，分布背面溝槽內壁，溝槽寬度和間距為5um，溝槽深度為50um，硼原子表面摻雜濃度為5E17cm_3 ;N+緩沖層2，為N傳導類型的半導體硅材料，位于背溝槽多晶P+發射區I周圍，磷原子摻雜濃度為5E13cm_3飛E16cm_3，厚度為2um ；P型基區4，位于N-基區3之上，為硼原子重摻雜的半導體硅材料，厚度為5um ;N+集電區5，位于P型基區4之上，為磷原子重摻雜的半導體娃材料，厚度為2um ;柵氧化層6,為娃材料的氧化物,位于器件表面；柵極介質7,位于柵氧化層6表面,為重摻雜的多晶半導體娃材料。本實施例的工藝制造流程如下:第一步，在N型厚度為260um磷原子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種背部溝槽結構絕緣柵雙極晶體管，其特征在于：包括：N型基區，由N?基區組成；P型基區、N+集電區、柵氧化層和柵極介質，位于N型基區上方；背溝槽多晶P+發射區，為多個溝槽結構，位于N型基區下方，P型多晶半導體材料臨靠溝槽內壁，N+緩沖層臨靠P型多晶半導體材料，N+緩沖層位于P型多晶半導體材料與N型基區之間，同時背溝槽內填充電極金屬。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱江，
申請(專利權)人：朱江，
類型：發明
國別省市：浙江;33