[发明专利]一种FS‑IGBT的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，具体涉及场截止型绝缘栅双极型晶体管(FS-IGBT)的制备方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种MOS场效应和双极型晶体管复合的新型电力电子器件，它既有MOSFET易于驱动，控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，已成为现代电力电子电路中的核心电子元器件之一，广泛应用在诸如通信、能源、交通、工业、医学、家用电器及航空航天等国民经济的各个领域。IGBT的发明和应用对电力电子系统性能的提升起到了极为重要的作用，自上世纪90年代以来，经过器件结构和制备工艺的不断发展，商业量产的IGBT器件及其模块已涵盖电压从370V至6500V，电流从2A至4000A的应用范围。

从器件漂移区结构及其制备方法上讲，IGBT经历了从PT(穿通型)到NPT(非穿通型)再到FS(场截止型)的发展。第一代PT型结构元胞如图1所示，采用P⁺型CZ单晶硅片作为衬底，通过在P⁺型CZ硅片上依次外延N型buffer层和N^-漂移区，然后在N^-漂移区上制备MOS结构而成。该结构阻断时器件漂移区电场呈现类梯形分布，在一定的耐压下器件的N^-漂移区厚度较薄，正向导通压降小；但由于作为集电区的P⁺衬底掺杂浓度高，厚度大，导致集电极发射效率过大，关断时间长，电流拖尾现象明显，致使关断损耗很大，难以满足高速应用的要求。因此，通常PT型IGBT需要采用载流子寿命控制技术以减小载流子寿命，从而减小关断时间和关断损耗，但采用该方法后PT型IGBT器件的正向导通压降呈现负温度系数，不利于并联使用。对于PT型IGBT结构，由于是在较厚的P⁺衬底上外延N型buffer层和N^-漂移区，因此可获得薄的N^-漂移区厚度，容易制备中低压的IGBT器件。

为了改善IGBT器件的性能，在PT型IGBT的基础上业界提出了NPT型IGBT结构，元胞如图2所示。NPT型结构不再使用P⁺型衬底上外延N^-层的工艺，而是直接使用N^-型的FZ硅片，利用N^-型FZ衬底材料作为漂移区，在N^-型漂移区正面制备MOS结构，并通过背面离子注入并退火的方式形成P型集电区。对于NPT型IGBT结构，由于通过采用透明阳极(集电极)技术，降低了背面P型集电区的浓度和厚度，大大减小了集电极发射效率，改善了关断损耗大的问题，通过避免使用载流子寿命控制等技术，NPT型IGBT的正向导通压降为正温度系数，使大电流并联应用成为可能。但由于阻断时，NPT型结构电场的三角形分布，在一定的耐压下漂移区过长，导致导通电阻和关断损耗较大，仍难以满足高速应用的要求。