CN103855000A - 逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法 - Google Patents

逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103855000A
CN103855000A CN201310102479.5A CN201310102479A CN103855000A CN 103855000 A CN103855000 A CN 103855000A CN 201310102479 A CN201310102479 A CN 201310102479A CN 103855000 A CN103855000 A CN 103855000A
Authority
CN
China
Prior art keywords
doped layer
lightly
igbt
neutron
inverse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310102479.5A
Other languages
English (en)
Inventor
朱阳军
张文亮
胡爱斌
卢烁今
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Microelectronics of CAS
Jiangsu IoT Research and Development Center
Jiangsu CAS IGBT Technology Co Ltd
Original Assignee
Institute of Microelectronics of CAS
Jiangsu IoT Research and Development Center
Jiangsu CAS IGBT Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Microelectronics of CAS, Jiangsu IoT Research and Development Center, Jiangsu CAS IGBT Technology Co Ltd filed Critical Institute of Microelectronics of CAS
Priority to CN201310102479.5A priority Critical patent/CN103855000A/zh
Publication of CN103855000A publication Critical patent/CN103855000A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/261—Bombardment with radiation to produce a nuclear reaction transmuting chemical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法，包括：提供一轻掺杂层，通过嬗变掺杂工艺形成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的终端结构，退火处理。所述终端结构在轻掺杂层内掺杂的区域分明，横向扩散较小，节省了逆阻型绝缘栅双极晶体管的终端所占用的面积，降低了逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作成本。

Description

逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法
本申请要求于2012年12月6日提交中国专利局、申请号为201210519858.X、发明名称为“逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法。
背景技术
RB-IGBT（Reverse Blocking-Insulated Gate Bipolar Transistor，逆阻型绝缘栅双极晶体管）是在传统穿通型IGBT的基础上演化而来，是一种具有反向阻断能力的新型功率半导体器件，正、反向均可承受电压。
现有的RB-IGBT的制作过程为（以N沟道的RB-IGBT为例）：
在P+的衬底上外延一定厚度的N-外延层；
通过具有RB-IGBT终端结构的掩膜向N-外延层内注入P型杂质，经过长时间的退火，形成一个P+扩展结，结深大于N-外延层，则所述P+扩展区与P+衬底连接，形成一个连续的P+区，得到所述RB-IGBT的终端结构；
形成所述RB-IGBT的正面结构和背面结构。
但是，现有的RB-IGBT制作方法中，由于P+区的横向扩散距离很大，使得终端结构占用RB-IGBT的面积比较大，从而增加了RB-IGBT的制作成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种RB-IGBT的制作方法，以降低RB-IGBT的制作成本。
该RB-IGBT的制作方法，包括：
提供一轻掺杂层；通过嬗变掺杂工艺形成所述RB-IGBT的终端结构；退火处理。
优选的，所述通过嬗变掺杂工艺形成所述RB-IGBT的终端结构的过程，包括：以具有RB-IGBT终端结构图形的掩膜版为掩膜，对所述轻掺杂层进行粒子辐照，形成所述RB-IGBT的终端结构。
优选的，所述轻掺杂层为P型轻掺杂。所述轻掺杂层的制作材料为硅、或碳化硅、或砷化镓、或锑化铟。对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：提供中子源，形成中子束；利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成N型杂质。所述掩膜版的制作材料为中子吸收剂。
优选的，所述轻掺杂层为N型轻掺杂。所述轻掺杂层的制作材料为硅、或锗、或碳化硅、或金刚石、或砷化镓、或锑化铟。对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：提供光子源，形成高能光子束；利用所述高能光子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成P型杂质。
所述高能光子束的能量为17.5MeV～22.5MeV，所述掩膜版的制作材料为高能光子吸收剂。
优选的，所述轻掺杂层的制作材料为锗，且所述掩膜版的制作材料为中子吸收剂。对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：提供中子源，形成中子束；利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成P型杂质。
优选的，所述退火处理的退火温度为800℃～900℃。
优选的，所述RB-IGBT终端结构与RB-IGBT的正面结构共用一退火处理过程，或者，所述RB-IGBT终端结构与RB-IGBT的背面结构共用一退火处理过程。
一种RB-IGBT，所述RB-IGBT的终端结构采用上述方法制作。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的技术方案，首先提供一轻掺杂层，然后通过嬗变掺杂工艺形成所述RB-IGBT的终端结构。由于嬗变掺杂工艺是通过核反应形成的RB-IGBT的终端结构，且所用的粒子束具有很强的穿透能力，而且粒子在轻掺杂层中的路径几乎是直线，因此在轻掺杂层内几乎形成了一致的掺杂分布，掺杂的区域分明，横向扩散较小，故可以形成非常窄的柱型掺杂区域，节省了RB-IGBT的终端所占用的面积，降低了RB-IGBT的制作成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种RB-IGBT的制作流程图；
图2～图4为本发明另一实施例提供的一种RB-IGBT终端结构掺杂流程示意图；
图5为本发明另一实施例提供的另一种RB-IGBT终端结构掺杂流程示意图；
图6为本发明又一实施例提供的一种RB-IGBT结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中，由于P+区的横向扩散距离很大，使得终端结构占用RB-IGBT的面积比较大，从而增加了RB-IGBT的制作成本。
发明人研究发现，现有技术中一般是利用离子注入或扩散工艺形成的RB-IGBT终端结构，由于RB-IGBT终端的结深较大，且受到现有常规工艺的限制，在形成结深较大的RB-IGBT终端结构时，不可避免的，RB-IGBT终端结构的横向扩散距离也很大，使得终端结构占用RB-IGBT的面积比较大，从而增加了RB-IGBT的制作成本。然而若是通过核反应形成的掺杂区则可以精确控制掺杂区域，从而得到结深较大且横向较窄的RB-IGBT终端结构。
基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种RB-IGBT的制作方法，该方法包括以下步骤：
提供一轻掺杂层；
通过嬗变掺杂工艺形成所述RB-IGBT的终端结构。
本发明实施例所提供的技术方案，由于嬗变掺杂工艺是通过核反应形成的RB-IGBT的终端结构，且所用的粒子束具有很强的穿透能力，而且粒子在轻掺杂层中的路径几乎是直线，因此在轻掺杂层内几乎形成了一致的掺杂分布，掺杂的区域分明，横向扩散较小，故可以形成非常窄的柱型掺杂区域，节省了RB-IGBT的终端所占用的面积，降低了RB-IGBT的制作成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例一：
本实施例公开了一种RB-IGBT的制作方法，如图1所示，包括：
提供一轻掺杂层，所述轻掺杂层为N型轻掺杂或P型轻掺杂，其制作材料为可用于半导体器件制作的硅、或锗、或碳化硅、或金刚石、或砷化镓、或锑化铟等材料。
通过嬗变掺杂工艺形成所述RB-IGBT的终端结构。
其中，所述通过嬗变掺杂工艺形成所述RB-IGBT的终端结构的过程，包括：
以具有RB-IGBT终端结构图形的掩膜版为掩膜，对所述轻掺杂层进行粒子辐照，通过注入粒子与轻掺杂层内原子的核反应，形成所述RB-IGBT的终端结构；
退火处理，恢复所述轻掺杂层的电学性能，其中，所述退火处理的退火温度为800℃～900℃。
由于嬗变掺杂工艺是通过核反应形成的RB-IGBT的终端结构，且所用的粒子束具有很强的穿透能力，而且粒子在轻掺杂层中的路径几乎是直线，因此在轻掺杂层内几乎形成了一致的掺杂分布，掺杂的区域分明，横向扩散较小，故可以形成非常窄的柱型掺杂区域，节省了RB-IGBT的终端所占用的面积，降低了RB-IGBT的制作成本。
所述RB-IGBT的制作方法还包括：
形成所述RB-IGBT的正面结构和背面结构。
实施例二：
本实施例公开了另一种RB-IGBT的制作方法，包括：
提供一轻掺杂层，所述轻掺杂层为P型轻掺杂，其制作材料优选为硅、或碳化硅、或砷化镓、或锑化铟，且所述轻掺杂层可以为一P型轻掺杂衬底，还可以在一N型重掺杂衬底上通过外延工艺形成。
以具有RB-IGBT终端结构图形的掩膜版为掩膜，对所述轻掺杂层进行粒子辐照，形成所述RB-IGBT的终端结构。
具体的，对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：
步骤S11、提供中子源，形成中子束。
由于自由中子是不稳定的，它可以衰变为质子放出电子和反电中微子，平均寿命只有15分钟，无法长期储存，所以需要由适当的产生方法源源供应。所述中子源有以下3种：
1、放射性同位素中子源。所述放射性同位素中子源包括：（α，n）中子源，其利用核反应9Be+α→12C+n+5.701MeV，将放射α射线的238Pu、226Ra或241Am同金属铍粉末按一定比例均匀混合后压制成小圆柱体，并密封在金属壳中得到的；（γ，n）中子源，其利用核反应中发出的γ射线来产生中子，有24Na-Be源，124Sb-Be源等。所述放射性同位素中子源的体积小，制备简单，使用方便。
2、加速器中子源。所述加速器中子源利用加速器加速的带电粒子轰击适当的靶核，通过核反应产生中子，最常用的核反应有（d，n）、（p，n）和（γ，n）等，其中子强度比放射性同位素中子源大得多，可以在很宽的能区上获得单能中子。而且，加速器采用脉冲调制后，可成为脉冲中子源。
3、反应堆中子源。所述反应堆中子源利用原子核裂变反应堆产生大量中子。反应堆是最强的热中子源，通过在反应堆的壁上开孔，即可把中子引出，且所得的中子能量是连续分布的，很接近麦克斯韦分布。采取一定的措施，可获得各种能量的中子束。
为了能实现局部的掺杂，所述中子源产生的中子束中的中子运动方向需要相互平行，即类似平行光的中子束（至少也是有一定的平行度要求）。
步骤S12、利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成N型杂质。
上述方法是采用中子辐照的办法来对材料进行的掺杂。由于同位素原子在晶体中的分布是非常均匀的，而且中子在半导体材料内的穿透深度又很大(约为100cm)，所以利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，通过元素的嬗变形成的掺杂非常均匀，这对于大功率半导体器件和辐射探测器件的制作是很有用的。
并且，对于以硅为材料的轻掺杂层，在用中子束辐照后，可以通过引发核反应形成N型的杂质。即，硅30吸收一个中子后变成了硅31，并释放出一个光子，然后经过2.6h的半衰期后放出一个电子后变成了磷31，具体的核反应为：
Figure BDA00002973987900061
此反应生成的稳定P就是N型硅所需要掺入的施主元素。
经照射后达到的P浓度ND（单位：cm-3）可用以下公式计算：
式中，NSi30为硅中30Si的丰度（单位：cm-3）；σ为Si原子对于热中子的辐射俘获截面(σ=0.11靶恩)；ψ为热中子的辐照剂量（单位：cm-2s-1）；t为照射时间（单位：s）。
由于在一特定的轻掺杂层内，30Si的丰度NSi30是固定的，而且Si原子对于热中子的辐射俘获截面σ也是一定值，则通过控制热中子的辐照剂量ψ和照射时间t即可精确控制N型硅中杂质的掺杂浓度。并且，上述反应只产生一种元素（P），则不会出现嬗变引起的补偿。
另外，30Si在硅中的分布天然地均匀，从而嬗变产生的31P的分布也均匀，即N型硅中的杂质分布均匀。
此外，为避免中子束通量不均匀分布的影响，可采用金属通量均匀器，以得到通量均匀分布的中子束。
对于以碳化硅为材料的轻掺杂层，与硅类似，在用中子束辐照后，硅30吸收一个中子后变成了硅31，并释放出一个光子，然后经过2.6h的半衰期后放出一个电子后变成了磷31，从而在碳化硅中出现施主磷，使碳化硅成为N型掺杂的碳化硅。
由于所述粒子辐照过程是利用中子束实现的，所以所述掩膜版的制作材料为中子吸收剂，以阻挡不需要的粒子辐照。
其中，有效的中子吸收剂是可以通过吸收一个中子产生稳定原子核的放射性同位素。例如，氙135（半衰期约9.1小时），可以吸收一个中子变成稳定的氙136。而氙135可以在核反应堆里通过铀235，铀233和钚239核裂变，伴随产生碘135，碘135又可以迅速发生衰变，放射出一粒β粒子（高能电子）并产生氙135。
其他主要的中子吸收剂还包括氦3同位素，它吸收中子后可以产生氚（氢的一种较重同位素）；硼10，它吸收中子后可以产生锂和氦核；钐149也是一种有效的中子吸收剂，吸收中子后产生稳定的同位素钐150。所述中子吸收剂可以为上述同位素中的几种或至少一种。
另外一些在核反应堆里的控制棒所使用的中子吸收剂包括镉、铪和稀土金属钆，这些都含有若干种同位素，有一些还是非常高效的中子吸收剂。
上述这些物质均可作为本实施例所述的中子吸收剂，即均可用作制作所述掩膜版。而且，通过选出合适的材料及足够的厚度的掩膜版，可以有效的吸收中子，而达到掩膜的效果，实现局部的掺杂。
另外，为了便于理解，图2～图4示出了上述掺杂的具体过程。如图2所示，N型轻掺杂层102是通过外延工艺形成在P型重掺杂衬底101上的；如图3所示，在N型轻掺杂层102上覆盖具有RB-IGBT终端结构图形的掩膜版103，并进行对准，之后通过入射方向垂直于N型轻掺杂层102表面的中子束对所述N型轻掺杂层102进行辐照，在掩膜版103遮挡的部位，中子束被掩膜版103吸收，而未被掩膜版103遮挡的RB-IGBT终端结构区域，中子束可以直接注入到N型轻掺杂层102内部，发生核反应（例如Si嬗变为P），最终得到的RB-IGBT终端结构104如图4所示。
并且，如图5所示，还可以通过改变中子束的入射方向，使所述中子束与倾斜的注入到所述N型轻掺杂层202内，在所述N型轻掺杂层202内形成上宽下窄的RB-IGBT终端结构204，使所述RB-IGBT能够承受更大的反向耐压。或者，通过类似的方式，形成其他形状的RB-IGBT终端结构，以适应其他的实际需求。
可见，通过上述方法在N型轻掺杂层内形成的RB-IGBT终端结构，其掺杂分布一致，掺杂的区域分明，横向扩散较小，为非常窄的柱型或梯形掺杂区域，节省了RB-IGBT的终端所占用的面积，降低了RB-IGBT的制作成本。
此外，由于上述方法会在轻掺杂层中造成许多辐照缺陷，使所述轻掺杂层的物理性能发生显著变化。为恢复所述轻掺杂层的电学性能，还需要对其进行退火处理，其中，退火温度优选为800℃～900℃。
最后，还需要形成所述RB-IGBT的正面结构和背面结构。
实施例三：
本实施例公开了又一种RB-IGBT的制作方法，包括：
提供一轻掺杂层，所述轻掺杂层为N型轻掺杂，其制作材料优选为硅、或锗、或碳化硅、或金刚石、或砷化镓、或锑化铟，且所述轻掺杂层可以为一N型轻掺杂衬底，还可以在一P型重掺杂衬底上通过外延工艺形成。
以具有RB-IGBT终端结构图形的掩膜版为掩膜，对所述轻掺杂层进行粒子辐照，形成所述RB-IGBT的终端结构。
具体的，对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：
步骤S21、提供光子源，形成高能光子束。
由于高能光子束可以由来自电子线性加速器的韧致辐射所产生，所以，本实施例所述光子源优选为电子线性加速器光子源。产生的高能光子束的能量为17.5MeV～22.5MeV。当然，和对中子束的要求一样，我们也需要所述高能光子束中光子的运动方向相互平行（至少也是有一定的平行度要求）。
步骤S22、利用所述高能光子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成P型杂质。
上述方法是采用光子辐照的办法来对材料进行的掺杂。由于高能的电子在硅中的衰减系数很小，故可以实现半导体的深掺杂。且同位素原子在晶体中的分布是非常均匀的，所以利用所述高能光子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，通过元素的嬗变形成的掺杂非常均匀。
并且，对于以硅为材料的轻掺杂层，在用高能光子束辐照后，可以通过引发核反应形成P型的杂质。
即，硅30吸收一个光子后，变成了铝27，并释放出一个质子，具体的核反应为：
或者，硅30吸收一个光子后变成了硅27，并释放出一个中子，然后经过4.2s的半衰期后放出一个正电子后变成了铝27，具体的核反应为：
Figure BDA00002973987900102
此反应生成的稳定Al就是P型硅所需要掺入的施主元素。
其中，虽然核反应的阈值光子能量为11.6MeV，但是当光子能量在17.5MeV～22.5MeV之间时，巨大的共振会产生最大的光子俘获截面，因此，本实施例高能光子束的能量为17.5MeV～22.5MeV，优选为20MeV。
对于以金刚石为材料的轻掺杂层，在用高能光子束辐照后，也可以通过引发核反应形成P型的杂质。
即，碳12吸收一个光子后，变成了硼11，并释放出一个质子，具体的核反应为：
Figure BDA00002973987900103
或者，碳12吸收一个光子后，变成了碳11，并释放出一个质子，然后碳11放出一个正电子后变成了硼11，具体的核反应为：
Figure BDA00002973987900104
对于以碳化硅为材料的轻掺杂层，在用高能光子束辐照后，综合了硅与金刚石两种晶体的核反应，形成P型的杂质。
由于所述粒子辐照过程是利用高能光子束实现的，所以所述掩膜版的制作材料为光子吸收剂，以阻挡不需要的粒子辐照。
其中，所述高能光子吸收剂包括：重金属元素原子的单质或化合物以及钛酸酯或硅烷类偶联剂等能够有效吸收光子的物质中的至少一种。
另外，与上述实施例类似，还可以通过改变高能光子束的入射方向，使所述高能光子束倾斜的注入到N型轻掺杂层内，在所述N型轻掺杂层内形成上宽下窄的RB-IGBT终端结构，使所述RB-IGBT能够承受更大的反向耐压。或者，通过类似的方式，形成其他形状的RB-IGBT终端结构，以适应其他的实际需求，在此不再赘述。
通过上述方法在N型轻掺杂层内形成的RB-IGBT终端结构，其掺杂分布一致，掺杂的区域分明，横向扩散较小，为非常窄的柱型或梯形掺杂区域，节省了RB-IGBT的终端所占用的面积，降低了RB-IGBT的制作成本。
此外，由于上述方法也会在轻掺杂层中造成许多辐照缺陷，使所述轻掺杂层的物理性能发生显著变化。为恢复所述轻掺杂层的电学性能，还需要对其进行退火处理，其中，退火温度优选为800℃～900℃。
最后，还需要形成所述RB-IGBT的正面结构和背面结构。
实施例四：
本实施例公开了又一种RB-IGBT的制作方法，包括：
提供一轻掺杂层，所述轻掺杂层为N型轻掺杂，其制作材料为锗，且所述轻掺杂层可以为一N型轻掺杂衬底，还可以在一P型重掺杂衬底上通过外延工艺形成。
以具有RB-IGBT终端结构图形的掩膜版为掩膜，对所述轻掺杂层进行粒子辐照，形成所述RB-IGBT的终端结构。
具体的，对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：
步骤S31、提供中子源，形成中子束。
由于自由中子是不稳定的，它可以衰变为质子放出电子和反电中微子，平均寿命只有15分钟，无法长期储存，所以需要由适当的产生方法源源供应。所述中子源优选为放射性同位素中子源、或加速器中子源、或反应堆中子源。为了能实现局部的掺杂，所述中子源产生的中子束中的中子运动方向需要相互平行，即类似平行光的中子束（至少也是有一定的平行度要求）。
步骤S32、利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成P型杂质。
上述方法是采用中子辐照的办法来对材料进行的掺杂。由于同位素原子在晶体中的分布是非常均匀的，而且中子在锗内的穿透深度又很大，所以利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，通过元素的嬗变形成的掺杂非常均匀，这对于大功率半导体器件和辐射探测器件的制作是很有利的。
由于所述粒子辐照过程是利用中子束实现的，所以所述掩膜版的制作材料为中子吸收剂，以阻挡不需要的粒子辐照。
其中，所述中子吸收剂包括：氙135、或氦3同位素、或硼10、或钐149等能够有效吸收中子的物质。
另外，与上述实施例类似，还可以通过改变中子束的入射方向，使所述中子束倾斜的注入到N型轻掺杂层内，在所述N型轻掺杂层内形成上宽下窄的RB-IGBT终端结构，使所述RB-IGBT能够承受更大的反向耐压。或者，通过类似的方式，形成其他形状的RB-IGBT终端结构，以适应其他的实际需求，在此不再赘述。
通过上述方法在N型轻掺杂层内形成的RB-IGBT终端结构，其掺杂分布一致，掺杂的区域分明，横向扩散较小，为非常窄的柱型或梯形掺杂区域，节省了RB-IGBT的终端所占用的面积，降低了RB-IGBT的制作成本。
步骤S33、退火处理，恢复所述轻掺杂层的电学性能，其中，所述退火处理的退火温度为800℃～900℃。
最后，还需要形成所述RB-IGBT的正面结构和背面结构。
实施例五：
本实施例公开了又一种RB-IGBT的制作方法，与上述实施例不同之处在于：
所述RB-IGBT终端结构与RB-IGBT的正面结构共用一退火处理过程，或者，所述RB-IGBT终端结构与RB-IGBT的背面结构共用一退火处理过程。而形成所述RB-IGBT的正面结构和背面结构的过程，包括：
在所述轻掺杂层上形成阱区、发射区、场限环、场截止环、栅和正面金属，完成所述RB-IGBT的正面结构的制作；
在所述轻掺杂层背面形成集电区和背面金属，完成所述RB-IGBT背面结构的制作。
下面以所述RB-IGBT终端结构与RB-IGBT的正面结构共用一退火处理过程为例。
所述RB-IGBT的制作方法，包括：
提供一重掺杂衬底；
在所述重掺杂衬底表面外延生长轻掺杂层；
在所述轻掺杂层表面的有源区内形成阱区，同时在所述轻掺杂层表面有源区的外围形成场限环；
在所述轻掺杂层表面的最外侧形成所述RB-IGBT终端结构；
退火，激活所述阱区和场限环内的掺杂离子，并恢复所述轻掺杂层的电学性能。
在所述轻掺杂层上形成发射区、场截止环、栅和正面金属，完成所述RB-IGBT的正面结构的制作；
在所述轻掺杂层背面形成集电区和背面金属，完成所述RB-IGBT背面结构的制作。其中，所述集电区是通过减薄所述重掺杂衬底形成的。
以所述RB-IGBT终端结构与RB-IGBT的背面结构共用一退火处理过程为例，所述RB-IGBT的制作方法，包括：
提供一轻掺杂衬底；
在所述轻掺杂衬底表面的有源区内形成阱区、发射区、场限环、场截止环、栅和正面金属，完成所述RB-IGBT的正面结构的制作；
在所述轻掺杂衬底表面的最外侧形成所述RB-IGBT终端结构；
减薄所述轻掺杂衬底，并通过离子注入工艺在所述轻掺杂衬底背面形成集电区；
退火，激活所述集电区内的掺杂离子，并恢复所述轻掺杂衬底的电学性能。
在所述集电区表面形成背面金属，完成所述RB-IGBT背面结构的制作。
此外，所述RB-IGBT终端结构还可以发射区共用一退火过程，在此不再赘述。
完成后的RB-IGBT结构如图6所示，其中，集电区301位于轻掺杂层302背面，背面金属300位于集电区301背面，在轻掺杂层302内（所述RB-IGBT的边缘位置）设置有所述RB-IGBT终端结构303，在轻掺杂层302表面内（所述RB-IGBT的有源区位置）设置有阱区304、发射区307和栅308，在轻掺杂层302表面内（所述RB-IGBT的有源区与边缘之间的位置）设置有场限环305和场截止环306，在所述RB-IGBT终端结构303、阱区304、场限环305、场截止环306、发射区307和栅308表面上覆盖有正面金属309。
实施例六：
本实施例公开了一种RB-IGBT，所述RB-IGBT的终端结构采用上述实施例所公开的方法制作而成。
则本实施例所提供的方法形成的RB-IGBT的终端结构掺杂区域分明，浓度可以精确控制，且具有一致的掺杂分布。
需要说明的是，本申请各个实施例中的粒子辐照能量是至少要能引发核反应，辐照剂量需要根据实际需求预先计算。对于其它的半导体材料和辐照粒子，只要能形成相应的掺杂类型都可用此方法形成超深结终端，在此不一一列出。而且，由于某些材料或粒子的辐照时间比传统通过扩散所用的时间要短，因此，本申请所提供的RB-IGBT的制作方法还可以提高生产效率。
此外，需要注意的是，由于半导体核嬗变掺杂具有残余放射性，因此，在粒子照射后，轻掺杂层或轻掺杂衬底需经一定时间的辐射冷却，方可作为非放射性材料进行后续操作。
本说明书中的附图为示意图，并不代表真实比例。而且，本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (24)

1.一种逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
提供一轻掺杂层；
通过嬗变掺杂工艺形成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的终端结构；
退火处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过嬗变掺杂工艺形成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的终端结构的过程，包括：
以具有逆阻型绝缘栅双极晶体管终端结构图形的掩膜版为掩膜，对所述轻掺杂层进行粒子辐照，形成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的终端结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述轻掺杂层为P型轻掺杂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轻掺杂层的制作材料为硅、或碳化硅、或砷化镓、或锑化铟。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：
提供中子源，形成中子束；
利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成N型杂质。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中子源为放射性同位素中子源、或加速器中子源、或反应堆中子源。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中子束中的中子运动方向相互平行。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述掩膜版的制作材料为中子吸收剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述中子吸收剂包括：氙135、或氦3同位素、或硼10、或钐149中的至少一种。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述轻掺杂层为N型轻掺杂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述轻掺杂层的制作材料为硅、或锗、或碳化硅、或金刚石、或砷化镓、或锑化铟。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：
提供光子源，形成高能光子束；
利用所述高能光子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成P型杂质。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述光子源为电子线性加速器光子源。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述高能光子束的能量为17.5MeV～22.5MeV。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述高能光子束中光子的运动方向相互平行。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述掩膜版的制作材料为高能光子吸收剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述高能光子吸收剂包括：重金属元素原子的单质或化合物以及钛酸酯或硅烷类偶联剂中的至少一种。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述轻掺杂层的制作材料为锗，且所述掩膜版的制作材料为中子吸收剂。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，对所述轻掺杂层进行粒子辐照的过程，包括：
提供中子源，形成中子束；
利用所述中子束对所述轻掺杂层进行粒子辐照，引发核反应，在所述轻掺杂层内形成P型杂质。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度为800℃～900℃。
21.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
形成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的正面结构和背面结构。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述逆阻型绝缘栅双极晶体管终端结构与逆阻型绝缘栅双极晶体管的正面结构共用一退火处理过程，或者，所述逆阻型绝缘栅双极晶体管终端结构与逆阻型绝缘栅双极晶体管的背面结构共用一退火处理过程。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，形成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的正面结构和背面结构的过程，包括：
在所述轻掺杂层上形成阱区、发射区、场限环、场截止环、栅和正面金属，完成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的正面结构的制作；
在所述轻掺杂层背面形成集电区和背面金属，完成所述逆阻型绝缘栅双极晶体管背面结构的制作。
24.一种逆阻型绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述逆阻型绝缘栅双极晶体管的终端结构采用权利要求1-23任一项所述的方法制作。
CN201310102479.5A 2012-12-06 2013-03-27 逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法 Pending CN103855000A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310102479.5A CN103855000A (zh) 2012-12-06 2013-03-27 逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210519858.X 2012-12-06
CN201210519858 2012-12-06
CN201310102479.5A CN103855000A (zh) 2012-12-06 2013-03-27 逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103855000A true CN103855000A (zh) 2014-06-11

Family

ID=50862504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310102479.5A Pending CN103855000A (zh) 2012-12-06 2013-03-27 逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103855000A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108231560A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 全球能源互联网研究院 一种控制电极制备方法及mosfet功率器件
CN111341838A (zh) * 2020-03-09 2020-06-26 华东师范大学 硅同位素Si-30在抗中高能中子辐射半导体材料或半导体器件的应用

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108231560A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 全球能源互联网研究院 一种控制电极制备方法及mosfet功率器件
CN111341838A (zh) * 2020-03-09 2020-06-26 华东师范大学 硅同位素Si-30在抗中高能中子辐射半导体材料或半导体器件的应用
CN111341838B (zh) * 2020-03-09 2021-05-07 华东师范大学 硅同位素Si-30在抗中高能中子辐射半导体材料或半导体器件的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spencer et al. High power direct energy conversion by nuclear batteries
Guoping et al. A Simple theoretical model for 63Ni betavoltaic battery
US9224901B1 (en) Scintillator and semiconductor based materials incorporating radioactive materials
CN103871485B (zh) 一种基于加速器驱动次临界清洁核能系统的深度负反馈嬗变反应堆堆芯
Wu et al. Optimization design of betavoltaic battery based on titanium tritide and silicon using Monte Carlo code
CN202677861U (zh) 一种多晶硅β辐射伏特效应同位素电池
Zuhair et al. The implication of thorium fraction on neutronic parameters of pebble bed reactor
CN103855000A (zh) 逆阻型绝缘栅双极晶体管的制作方法
CN202662298U (zh) 一种新型钍基反应堆装置
Hashimoto et al. Optimal moderator materials at various proton energies considering photon dose rate after irradiation for an accelerator-driven 9Be (p, n) boron neutron capture therapy neutron source
CN103854999A (zh) 超结的制作方法
Ho et al. Proposal of a neutron transmutation doping facility for n-type spherical silicon solar cell at high-temperature engineering test reactor
KR101546310B1 (ko) 베타전지의 제조 방법
EP2930739A1 (en) Super-junction manufacturing method
US11037687B2 (en) Co-60 breeding reactor tandem with thermionic avalanche cell
CN102789821A (zh) 一种新型钍基反应堆装置
WO2014086011A1 (zh) Rb-igbt的制作方法
CN107705860B (zh) 一种高增殖比反应堆堆芯
Xiao et al. Neutronic study of an innovative natural uranium–thorium based fusion–fission hybrid energy system
JP3245277U (ja) 放射性廃棄物を用いたｃｖｄダイヤモンド半導体薄膜原子力電池の放熱を設けた安全性の金属製容器装置。
Park et al. Test of neutron transmutation doping of SiC by implantation of phosphorous
Davis A theoretical model of a Sr-90 nuclear battery
Degtyarev et al. Cascade subcritical liquid-salt reactor for burning transplutonium actinides
Tunkl Development of a new runaway electron diagnostics method based on strip semiconductor detectors
Rahastama et al. Carrier generation response in ZnO/Si heterojunction due to irradiation of Pm-147 beta source for betavoltaic application

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140611