[发明专利]具有抗辐照结构的IGBT器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种IGBT器件及其制备方法，尤其是一种具有抗辐照结构的IGBT器件及其制备方法，属于半导体器件的技术领域。

背景技术

SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此，SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。

SOI工艺集成技术与传统硅材料工艺集成技术的差别，主要是在制造器件的材料层底部增加了一层绝缘层，而且制造器件的材料层一般更薄。在20世纪60年代末期，由于军用集成电路的抗辐射应用需求，推出了一种SOS(兰宝石材料上的硅材料)工艺集成技术，这种技术实际上就是SOI技术之一。后来由于直接利用成熟的硅和二氧化硅等材料构成SOI结构的技术突破及其技术优势明显，使这种SOI技术得到迅速发展，并在硅CMOS、互补双极、SiGe BiCMOS等工艺集成技术中得到广泛应用。

SOI结构可以实现MOS数字电路芯片上电路元件之间的全介质隔离；SOI加上深槽隔离，也可使双极或BiCMOS模拟和混合信号电路芯片上的元件实现全介质隔离。

SOI结构本质上是在制造电路的材料层与衬底层之间增加了一层绝缘层，且制造器件的材料层极薄，器件结构的纵向电场小，反型层较厚，表面散射作用降低，器件的迁移率高，跨导大，加上寄生电容主要来自隐埋二氧化硅层电容，远小于体硅MOSFET中的电容，也不随器件按比例缩小而改变，SOI的结电容和连线电容都很小等等，所以SOI电路，特别是SOI CMOS电路具有极好的速度特性，随着向纳米工艺技术逼近，这一优势更加突出；同时，由于这种结构是全介质隔离结构，彻底消除了体硅CMOS电路的闭锁效应和短沟道效应，且具有极小的结面积，因此，具有很强的抗软误差、瞬时辐射和单粒子扰动效应的能力；这种结构的泄漏电流和结电容小，因而功耗降低(结电容功耗约等于CV乘积)，如可使动态功耗改进38％，静态功耗改进46％；可选用高阻硅材料作衬底，以降低与衬底有关的射频损耗，提高电阻、电容、电感等无源元件的RF性能，从而提高电路性能，特别是可降低电路噪声；有源元件与衬底之间达到有效隔离，切断了衬底电流的注入通路，有利于降低元件之间的串扰。特别是SOI CMOS比体硅CMOS工艺可减少30％的工艺步骤，芯片面积也可缩小40％～60％，集成度可提高30％，显然成本也随之显著降低。

由此可见，SOI结构可有效地克服体硅材料的不足，充分发挥硅集成技术的潜力，在高性能ULSI、VHSI、高压、高温、抗辐射、低压、低功耗及三维集成等领域均有极其广泛的应用前景。在21世纪以来，SOI工艺技术的应用更加活跃，一些先进的数字、模拟和混合信号电路产品都得益于SOI工艺技术的应用。如AMD和Intel公司的64位微处理器均采用了90纳米和65纳米SOI CMOS工艺技术，并进一步开发45纳米SOI CMOS工艺技术；Motorola公司的微控制器采用0.13μmSOI CMOS工艺技术；ADI公司的一些低噪声放大器、数据转换器、RF电路等采用SOI互补双极工艺；NEC公司采用1.5μmSOI SiGe双极工艺制造了用于20Gb/s光纤的接收器芯片，其SiGe HBT的fT达60GHz；日立公司用SOI SiGe双极工艺制造的多路转换器、乘法器可稳定地工作于20Gb/s，其SiGe HBT的fT为76GHz，fmax达180GHz；

SOI结构材料的制备方法很多，应用得较多的主要有硅－硅材料片键合法、硅材料的注氧隔离法、智能剥离法、外延生长法。以硅－硅材料片键合法为例，其工艺流程是：将硅片进行热氧化；把经氧化后的两片硅片进行亲水处理；把有氧化层面的两片硅片叠放在一起，经适当的温度退火，使硅片键合在一起；利用机械化学研磨、抛光方法，将其中制造器件的硅片减薄至1微米或以下，即形成SOI结构的材料片。利用这种结构的材料片，可采用各种硅工艺集成技术在其上制造各类集成电路。

SOI技术为以其高耐压和高抗辐照能力在功率器件及功率集成电路中得到了大量的使用。但SOI技术主要应用在横向MOS功率器件(LDMOS：Lateral dou—ble diffusion metal oxide semiconductor)上，迄今尚未见其应用于IGBT的报道。

发明内容