[发明专利]用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法

说明书

本案是分案申请

原案名称：用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法

原案申请号：201210251772.3

原案申请日：2012年07月20日。

技术领域

本发明涉及一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管（IGBT）的方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）为三端子功率半导体器件。IGBT把金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的简单栅极-驱动性能，与双极晶体管的高电流、低饱和电压等性能相结合。在一个单独器件中，通过将绝缘栅FET与双极晶体管相结合，绝缘栅FET作为IGBT的控制输入，双极晶体管作为IGBT的开关。

如图1A所示，为一种原有技术的传统IGBT的剖面示意图。传统的IGBT包含一个位于p+衬底101上的n-型场阑层103。N-外延/电压闭锁层105生长在场阑层103上方。可以在外延/电压闭锁层105中形成一个或多个器件元。每个器件元可以含有形成在外延/电压闭锁层105中的p-型本体区107，以及形成在p-型本体区107中的一个或多个n+发射区109。每个器件元还可以包含形成在p-型本体区107和n+发射区109的裸露部分上的栅极绝缘物111（例如氧化物）。栅极电极113形成在栅极绝缘物111上。发射极电极115形成在本体区107和发射区109的不同部分上。集电极电极117形成在p+衬底101的背面。IGBT 100的结构除了用n+漏极代替p+集电极层101之外，其他都与n-通道垂直MOSFET的结构类似，从而构成一个垂直PNP双极结型晶体管。额外的p+集电极层101构成PNP双极结型晶体管与背面n-通道MOSFET的串联连接。

在一些应用中，IGBT具有比传统的MOSFET器件更加优越的性能。这主要是由于IGBT与MOSFET相比，具有极其低的正向电压降。然而，IGBT器件正向电压降上的改进，被其缓慢的开关速度抵消。注入到n-外延层/电压闭锁层105中的少数载流子，需要时间进入并退出，或者在开启和断开时再结合，造成比MOSFET更长的开关时间以及更高的开关损耗。

为了响应传统IGBT器件缓慢的开关速度，推出了阳极-短路的IGBT器件。阳极-短路的IGBT器件优于传统IGBT的地方在于，它不仅保持了提升后的正向电压降，同时还具有更令人满意的开关性能。如图1B所示，为现有技术的传统阳极-短路的IGBT的剖面示意图。如图1B所示，阳极-短路的IGBT 100’除了用图1B中的p-型区101和n-型区119交替构成的层，代替图1A中的p+衬底101之外，其他都与图1A中的IGBT大致相同。通过交替p-型区101和n-型区119，IGBT成为高效的附加体二极管，并且改善了开关速度。

发明内容

本发明提供一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，用于制备阳极-短路的绝缘栅双极晶体管。

为实现上述目的，本发明提供一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特点是，该方法包含：

a、在半导体衬底的顶面中，选择性地构成第一导电类型的第一半导体区，其中第一导电类型与衬底的导电类型相反；

b、在衬底的顶面上生长一个第一导电类型的场阑层，其中场阑层的电荷载流子浓度低于第一半导体区；

c、在场阑层上方，生长一个第一导电类型的外延层，其中外延层的电荷载流子浓度低于场阑层；

d、在外延层中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；

e、将衬底背面减薄至所需厚度，并且裸露出第一半导体区；

f、进行无掩膜植入，制备第二导电类型的植入区，第二导电类型与衬底背面中的外延层和场阑层的导电类型相反；以及

g、蒸发金属到衬底背面上。

上述的衬底为p-型衬底。

上述的第一半导体区掺杂n+，场阑层掺杂n，外延层掺杂n-。

上述的植入区掺杂p+。

其中制备第一半导体区包含在带掩膜的植入后进行扩散。

其中第一半导体区扩散进入衬底顶面至少10µm。

上述步骤e中所需的厚度为场阑层以下5µm。

上述步骤f中的无掩膜植入为40KeV下，1e16浓度的硼植入。

上述步骤g是在450℃下进行。

一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特点是，该方法包含：

a、在第一导电类型的外延层的顶面中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；