[发明专利]制造场截止型绝缘栅双极晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种场截止型绝缘栅双极晶体管的制备方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，它同时具有MOSFET的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性及易实现较大电流的能力，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点，这使得IGBT成为近年来电力电子领域中尤为瞩目的电力电子驱动器件，并且得到越来越广泛的应用。

IGBT的发展主要经历了穿通型（PT）、非穿通型（NPT）和场截止型（FS）三种类型。

PT-IGBT以数百微米厚的重掺杂P型单晶为衬底，之后外延生长重掺杂的N型外延层形成缓冲层和外延生长轻掺杂的N型外延层形成耐压层，在耐压层上制造正面结构。这种结构的IGBT，器件高温稳定性差，不利于并联工作。

1980年代末出现了NPT-IGBT。NPT-IGBT采用轻掺杂的N型单晶为衬底，在单晶衬底上直接制造正面结构，正面结构完成后从衬底背面采用研磨、腐蚀的方法减薄到耐压所需的厚度，之后通过离子注入形成P集电区。这种结构的IGBT，由于漂移区过长，有正向导通压降较大的缺点。

这种传统NPT-IGBT中存在的问题，通过在它的漂移区和集电区之间加入一个附加层得到了改善。这个附加层被称为场截止（Field Stop，FS）层，它是N型掺杂的。这一层的掺杂总剂量设计为能使电场强度在这一层中基本降低为零。这就是说在该层以下衬底中电场强度的降低可以忽略，因而，IGBT的电压阻断能力与衬底厚度不再有关系，因此衬底可以研磨得更薄。这就使IGBT具有很低的饱和电压，因而有很低的通态损耗。这就是具有场截止层的FS-IGBT。

目前通常采用先做正面结构，背面减薄后进行背面离子注入，然后激光退火的方式来制造场截止层。由于要保护正面结构，退火温度不能过高，此时杂质激活率很低，影响器件性能。而且背面离子注入方式无法使杂质深层推进，只能在背部获得一层较薄FS层，较薄的FS层会对器件性能造成影响。也有通过长时间扩散和推阱形成场截止层然后再外延生长耐压层的方法，但是此种方法生产周期较长，浓度分布不理想，浓度梯度较大，控制减薄厚度也存在难度。而且上述的背面离子注入和激光退火工艺还需要较为昂贵的高能离子注入设备和激光退火设备，开发成本较大。

发明内容

基于此，有必要提供一种使用常规设备即可方便制造具有理想场截止层的场截止型绝缘栅双极晶体管的方法。

一种制造场截止型绝缘栅双极晶体管的方法，包括下列步骤：

提供衬底；

在所述衬底正面外延生长形成重掺杂的N型外延层，作为场截止层；

在所述场截止层注入N型杂质；

在所述场截止层上外延生长形成轻掺杂的N型外延层，作为耐压层；

在所述耐压层上制造所述场截止型绝缘栅双极晶体管的正面结构；

将所述衬底自背面开始进行减薄处理；

自所述减薄后的衬底背面进行P型离子注入并退火；

对所述衬底背面进行背面金属化。

在其中一个实施例中，所述在场截止层注入N型杂质的步骤中，采用离子注入方法或扩散方法。

在其中一个实施例中，所述在场截止层注入N型杂质的步骤之后，进一步包括，在所述场截止层上进行推阱。

在其中一个实施例中，所述场截止层的厚度的范围为5～200微米，电阻率的范围为0.001～200欧姆·米。

在其中一个实施例中，所述耐压层的厚度的范围为5～400微米，电阻率的范围为0.001～200欧姆·米。

在其中一个实施例中，所述正面结构包括栅极结构，栅极结构为平面栅结构、沟槽栅结构，或者是以平面栅或沟槽栅结构为基础含有埋层的栅极结构。

在其中一个实施例中，所述衬底材料为硅、碳化硅、砷化镓或者氮化镓。

在其中一个实施例中，所述重掺杂和轻掺杂工艺中所用的杂质为带有施主能级的杂质。

在其中一个实施例中，所述带有施主能级的杂质为磷或砷。

在其中一个实施例中，在所述衬底正面外延生长形成重掺杂的N型外延层和在所述场截止层上外延生长形成轻掺杂的N型外延层的步骤中，所述外延工艺为气相外延、液相外延、分子束外延或化学分子束外延。