[发明专利]IGBT结构及制造方法

说明书

本发明提供一种IGBT结构及制造方法，集电区及所述缓冲区分别自CZ衬底的正面延伸入所述CZ衬底内，且所述集电区的背面邻近所述CZ衬底的背面，正面覆盖有所述缓冲区的背面，所述缓冲区的正面平齐于所述CZ衬底的正面，漂移区的背面覆盖所述缓冲区及所述CZ衬底的正面。上述各区均采用正面工艺，完全兼容现有主流制程，无需昂贵的背面设备的采购，且设备性能成熟，备件损耗少。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，更具体地，涉及一种IGBT结构及制造方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)是具有MOSGate的BJT晶体管，是MOSFET和BJT的组合体，由于是两种载流子导电，既有MOSFET易于驱动及控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，广泛应用于600V以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

图1示出了现有主流IGBT结构示意图，图2示出图1中现有主流IGBT结构的等效电路示意图，如图1所示，两个等效的BJT背靠背相连以提高电流驱动能力，但存在如下问题点：

1.易出现栓锁(Latch-up)；

2.器件关断时，沟道关断迅速而没有多子电流，可是集电区(图中Collector，即Drain)端还存续少子空穴注入，导致器件出现拖尾电流(tailing current)，直接影响器件的关断时间及工作频率。

为解决上述问题，现有技术的解决方法为：

1.为了防止栓锁(Latch-up)，需要控制Rs，满足α1+α21。

2.为了缩短关断时间，提高工作效率，现有技术中引入了新的结构：在P+与N-漂移区之间加入N+缓冲区，以此在关断器件时，Collector端注入的空穴迅速在N+缓冲区被复合，从而提高关断频率。

目前主流的IGBT没有采用普通硅衬底上生长外延的技术，而是采用FZ(区熔法)衬底，并采用离子注入的技术来生成P+集电区(透明集电极技术)。工艺步骤包括，先FZ衬底背面减薄至6mil～8mil，然后在FZ衬底背面注入，之后激光退火激活。其作用是为了尽量精准的控制结深而控制发射效率尽可能低，增快载流子抽取速度来降低关断损耗，可以保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗，同时具有正温度系数特点，所以在稳态损耗和关断损耗之间折衷。其中为了实现足够的注入深度，背面注入只能采用是硼离子注入技术。

但是采用上述FZ衬底和工艺存在下列问题：

1.迄今使用由通过FZ法育成的硅单晶切出的直径为150mm或以下的晶片。虽然与外延片相比，FZ晶片较便宜，但是为了进一步降低IGBT的制造成本，有必要使晶片大口径化，但是，通过FZ法育成直径大于150mm的单晶极其困难，即使能够制造，其成本较高。而且，FZ衬底的代表公司是西门子公司，其衬底材料制备的关键技术也被其及国外公司所垄断和掌握，所以采用FZ衬底制备的IGBT，在来料上受制于人。

2.背面工艺所需的设备需要极大的资金投入，所购入设备并不能与其他工艺合用，且目前设备尤其减薄设备仍较易发成碎片，损耗较高。

因此，需要开发一种完全自主的使用常规切克劳斯基法(CZ直拉法)生长的硅衬底，与主流工艺和设备完全兼容的全正面IGBT结构及其制造方法，并且本发明的IGBT结构特别针对12寸以及以上的大硅片，提高片内器件的性能一致性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种IGBT结构及制造方法。