CN102412270A - Igbt结构及其制备方法 - Google Patents

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张帅
刘坤
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Abstract

本发明公开了一种IGBT结构，该IGBT结构中的集电极区域和基区之间的PN结界面为类波浪形界面。这种结构增大了PN结界面的实际面积，将有效提高IGBT集电极端的单位硅片面积发射效率，提高了器件的导电能力。本发明还公开了一种IGBT结构的制备方法。

Description

IGBT结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘栅双极型晶体管结构。本发明还涉及一种绝缘栅双极型晶体管的制备方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是一种大功率的分立器件，具有很高的耐压以及导电能力。该器件的导电能力的提高与位于衬底背面的集电极端形成的PN结有很大的关系，这是因为其背面的集电极与耐压基区形成了IGBT中由发射极/基极形成的寄生PN结。此PN结的发射效率提高了IGBT的导电能力。在常规的IGBI制备工艺中，在最后实施背面全面注入工艺，形成一个平面的集电极结界面，这样形成的PN结的发射效率以及IGBT的导电能力受限于背面注入工艺以及注入之后掺杂离子的激活率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种IGBT结构，其能有效提高IGBT器件的导电能力。
为解决上述技术问题，本发明的IGBT结构，在IGBT结构的集电极区域和基区之间的PN结界面为类波浪形界面。
本发明还提供一种IGBT结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，在硅片背面进行离子注入，所述离子的导电类型与所述硅片的相反，形成间隔排列的注入深度不同的离子注入区域；
步骤二，采用热处理工艺，使所述离子注入区域中的离子扩散，在硅片和所述注入区域之间形成波浪形的PN结界面；
步骤三，之后在硅片正面制备其余结构。
更进一步的，在所述步骤三之前，还包括根据需要对硅片正面进行减薄处理。
更进一步的，所述步骤一的具体制备方法为：先利用光刻工艺，在硅片背面形成间隔排列的光刻胶图案；进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域，之后去除所述光刻胶图案。
更进一步的，所述步骤一的具体制备方法为：先在硅片背面淀积二氧化硅层；之后利用光刻工艺和刻蚀工艺，在硅片背面形成间隔排列的二氧化硅层图案；紧接着进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域，之后去除所述二氧化硅层。
更进一步的，所述步骤一中，所注入的离子的面密度大于1×1012个原子/cm2，注入能量设为大于32千电子伏，所形成的注入深度较大的离子注入区域的间隔范围为0.2～20微米。
更进一步的，所述步骤二所形成的PN结界面中，不同的界面处距离衬底背面的深度差为0.1～15微米。
本发明的IGBT结构，在集电极区域与耐压基区的PN结界面形成一个波浪形界面。这种结构增大了PN结界面的实际面积，将有效提高IGBT集电极端的单位硅片面积发射效率，提高了器件的导电能力，比之同样工艺制作的IGBT器件有更高的电流导通能力。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的IGBT结构的制备流程图；
图2为本发明的IGBT结构部分示意图；
图3为本发明的IGBT结构制备中离子注入的具体实施示意图；
图4为最终的IGBT结构示意图。
具体实施方式
本发明的IGBT结构中，集电极区域和基区之间的PN结界面为类波浪形界面(见图2)。由此，提高了IGBT器件背面集电极区和基区形成的PN结的实际面积，在原有硅片面积上得到面积更大的有效发射面积，即使在不提高集电极区PN掺杂浓度和器件面积的条件下也可以提高器件实际发射效率，提高单位面积IGBT器件的导电能力。
本发明的IGBT结构的制备方法，包括如下步骤(见图1)：
步骤一，在硅片背面进行离子注入，所述离子的导电类型与所述硅片的相反，形成间隔排列的注入深度不同的离子注入区域(见图3)；
步骤二，采用热处理工艺，使所述离子注入区域中的离子扩散，在硅片和所述离子注入区域之间形成波浪形的PN结界面；
步骤三，之后在硅片正面制备其余结构，如图4中的场截止环、终端保护环、沟槽栅、发射极、体电极或体区的制备。更进一步的，在衬底背面形成背面电极。上述所有的结构的制备，均可按现有的工艺流程来进行。在所述步骤三之前，还包括根据需要对硅片正面进行减薄处理。
上述的步骤一不同注入深度的离子注入区的形成方法，可以有多种。一种具体的方法为：先利用光刻工艺，在作为衬底的硅片背面形成间隔排列的光刻胶图案；进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域(见图3)，之后去除光刻胶图案。当光刻胶足够厚时，被光刻胶覆盖的部分硅片中将没有离子注入，故最终形成部分有注入，部分没有注入(即该部分的注入深度为零)的情形，且注入部分和无注入部分间隔排列。
另一种具体制备方法为：先在硅片背面淀积二氧化硅层；之后利用光刻工艺和刻蚀工艺，在硅片背面形成间隔排列的二氧化硅层图案；紧接着进行离子注入工艺，形成注入深度不同的两种离子注入区域，之后去除二氧化硅层。同样的，当二氧化硅层足够厚时，也会形成部分有注入，部分没有注入(即该部分的注入深度为零)的情形。
在一个具体实施中，所注入的离子的面密度大于1×1012个原子/cm2，注入能量设为大于32Kev，所形成的注入深度较大的离子注入区域的间隔范围为0.2～20微米。所形成的PN结界面中，不同的界面处距离衬底背面的深度差为0.1～15微米。
在上述制备方法中，因为在进行IGBT结构的制备中，还需要用到其他的离子注入和之后的热处理的步骤。上述步骤二中的热处理步骤，均可以利用硅片正面工艺过程中的热过程中实现，即在硅片正面工艺中，需要进行热处理时，同时使所述两种注入区域中的离子扩散，在硅片和注入区域之间形成波浪形的PN结界面。

Claims (10)

1.一种IGBT结构，其特征在于：所述IGBT结构的集电极区域和基区之间的PN结界面为类波浪形界面。
2.一种IGBT结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在硅片背面进行离子注入，所述离子的导电类型与所述硅片的相反，形成间隔排列的注入深度不同的离子注入区域，其中包括注入深度为零的情形；
步骤二，采用热处理工艺，使所述离子注入区域中的离子扩散，在硅片和所述注入区域之间形成波浪形的PN结界面；
步骤三，之后在硅片正面制备其余结构。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤三之前，还包括根据需要对硅片正面进行减薄处理。
4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一的具体制备方法为：先利用光刻工艺，在硅片背面形成间隔排列的光刻胶图案；进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域，之后去除所述光刻胶图案。
5.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一的具体制备方法为：先在硅片背面淀积二氧化硅层；之后利用光刻工艺和刻蚀工艺，在硅片背面形成间隔排列的二氧化硅层图案；紧接着进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域，之后去除所述二氧化硅层。
6.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所注入的离子的面密度大于1×1012个原子/cm2，注入能量设为大于32千电子伏，所形成的注入深度较大的离子注入区域的间隔范围为0.2～20微米。
7.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤二所形成的PN结界面中，不同的界面处距离衬底背面的深度差为0.1～15微米。
8.一种IGBT器件结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在硅片背面进行离子注入，所述离子的导电类型与所述硅片的相反，形成间隔排列的注入深度不同的离子注入区域，其中包括注入深度为零的情形；
步骤二，之后在硅片正面制备其余结构，其中在需要进行热处理时，同时使所述两种注入区域中的离子扩散，在硅片和所述注入区域之间形成波浪形的PN结界面。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一的具体制备方法为：先利用光刻工艺，在硅片背面形成间隔排列的光刻胶图案；进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域，之后去除所述光刻胶图案。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一的具体制备方法为：先在硅片背面淀积二氧化硅层；之后利用光刻工艺和刻蚀工艺，在硅片背面形成间隔排列的二氧化硅层图案；紧接着进行离子注入工艺，形成注入深度不同的离子注入区域，之后去除所述二氧化硅层。
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