CN103268861A - 一种通过多次外延制造fs型igbt的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法，包括：步骤1.选取N型衬底硅片；步骤2.在N型衬底硅片的正面生长第一N型外延层，将第一N型外延层作为FS层；步骤3.在第一N型外延层上生长第二N型外延层，且第二N型外延层比第一N型外延层厚，并将第二N型外延层作为外延飘移区；步骤4.在外延飘移区制作所需的FS型IGBT器件的正面结构；步骤5.将N型衬底硅片的背面减薄，并在N型衬底硅片的背面注入P型杂质，再通过退火形成P型集电区；步骤6.将N型衬底硅片的背面金属化形成金属电极。本发明在衬底硅片上通过外延制作FS层，不需要高能注入和激光退火设备支持，且能根据器件参数调整FS的厚度和浓度，获得更优异的性能。

Description

一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制作技术领域，特别是涉及一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）简称IGBT，是近年来高速发展的新型电力半导体场控自关断功率器件，集功率MOSFET的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高、电压控制功耗低、控制电路简单、耐高压，承受电流大等特性，其单体或模块主要应用于UPS、电焊机、电机驱动等大功率场合，以及微波炉、洗衣机、电磁灶、电子整流器、照相机的家用低功率电器。
随着IGBT技术的不断发展,其结构设计和工艺结束发生了较大的变化,从结构上面来讲,IGBT在纵向电场分布上经历了PT(穿通型)、NPT(非穿通型)及FS(场截止型),在沟道结构上主要有Planar(平面型)和Trench(沟槽型)。
第一代PT（穿通型）运用P+型CZ硅片为衬底，外延N-层作为漂移区，由于衬底集电极掺杂浓度很高，发射效率过大，导致拖尾时间长，关断损耗无法接受。因而，PT型IGBT需要使用载流子寿命控制技术来减少载流子寿命，减小关断损耗，但这种方法会使器件呈现出电压负温系数，无法并联使用。NPT型IGBT使用FZ硅片，让衬底直接作为漂移区，使用透明阳极技术，拥有低发射效率的特点，从而免去了使用寿命控制技术，使得器件拥有电压正温系数。这使得IGBT可以并联使用，大幅扩展了器件的应用范围。但NPT-IGBT由于漂移区过长，有正向导通压降较大的缺点。FS-IGBT利用N型场截止层使得电场分布由NPT型的三角形分布转为了类梯形分布，缩短了器件的厚度，大幅降低了器件的导通压降和损耗。但这给工艺增加了难度，目前通常采用先做正面工艺，背部薄片后背注的方式来引入FS层，由于要保护正面金属图形，退火温度不能过高，此时杂质激活率很低，影响器件性能。
部分厂家采用激光退火的方式来解决这一问题，虽然这种先进的工艺技术可以解决杂质激活率过低的问题，但无法使杂质推进，并且由于波长的限制，退火深度有一定限制，只能在背部集电区处获得一层较薄的FS层，该FS层无法使器件的耐压水平达到最大，此外较薄的FS层会对器件的可靠性造成影响，关断时容易产生振荡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法，用于解决现有技术中制作IGBT时不易形成FS层的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法，包括：
步骤1，选取N型衬底硅片；
步骤2，在N型衬底硅片的正面生长第一N型外延层，将第一N型外延层作为FS层；
步骤3，在第一N型外延层上生长第二N型外延层，且第二N型外延层比第一N型外延层厚，并将第二N型外延层作为外延飘移区；
步骤4，在外延飘移区制作所需的FS型IGBT器件的正面结构;
步骤5，将N型衬底硅片的背面减薄,并在N型衬底硅片的背面注入P型杂质，再通过退火形成P型集电区；
步骤6，将N型衬底硅片的背面金属化形成金属电极。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤2和所述步骤3中生长的第一N型外延层及第二N型外延层中掺杂有带有施主能级的杂质。施主能级表示：一个能级被电子占据时呈中性，不被电子占据时带正电。
进一步，所述掺杂的带有施主能级的杂质包括但不限于磷和砷。
进一步，所述第一N型外延层及第二N型外延层中的外延厚度及电阻率可以根据IGBT器件参数要求进行调整。
进一步，所述步骤4中FS型IGBT器件的正面结构为栅极结构。
进一步，所述栅极结构包括平面栅结构或沟槽栅结构。
本发明的有益效果是：本发明在制作IGBT器件正面结构之前，首先在衬底硅片上通过外延制作FS层,不需要高能注入和激光退火设备支持,而且可以根据器件参数需要调整FS的厚度和浓度,获得更优异的性能。
附图说明
图1为本发明所述通过多次外延制造FS型IGBT器件的流程示意图；
图2至图6为本发明实施例一所述平面栅FS型IGBT器件的详细工艺示意图；
图7为本发明实施例二中沟槽栅FS型IGBT器件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例一给出了一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法，包括：
步骤1，选取N型衬底硅片；
步骤2，在N型衬底硅片的正面生长第一N型外延层，将第一N型外延层作为FS层；
步骤3，在第一N型外延层上生长第二N型外延层，且第二N型外延层比第一N型外延层厚，并将第二N型外延层作为外延飘移区；
步骤4，在外延飘移区制作所需的FS型IGBT器件的正面结构;
步骤5，将N型衬底硅片的背面减薄,并在N型衬底硅片的背面注入P型杂质，再通过退火形成P型集电区；
步骤6，将N型衬底硅片的背面金属化形成金属电极。
本实施例中，所述步骤2和所述步骤3中生长的第一N型外延层及第二N型外延层中掺杂有带有施主能级的杂质，这里掺杂的带有施主能级的杂质包括但不限于磷和砷。并且所述第一N型外延层及第二N型外延层中的外延厚度及电阻率可以根据IGBT器件参数要求进行调整。
所述步骤4中FS型IGBT器件的正面结构为栅极结构，包括平面栅结构或沟槽栅结构。
如图2至图6所示，按照上述6个步骤及其细节部分，实施例一以平面栅FS型IGBT器件为例，给出了通过多次外延制造平面栅FS型IGBT器件的详细工艺流程，图6即为最终结构。
如图7所示，实施例二以沟槽栅FS型IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的沟槽栅FS型IGBT器件的最终结构，其详细的工艺步骤可参照图2至图6，与制造平面栅FS型IGBT器件的工艺相近，仅区别于步骤4中提到的IGBT器件的正面结构。
本发明所述通过多次外延制造FS型IGBT器件的方法不局限于IGBT的正面结构，且其不管外延的厚度与浓度，不管外延的杂质类型，不管相应IGBT器件的电压范围，不管是平面栅型IGBT还是沟槽栅型IGBT。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通过多次外延制造FS型IGBT的方法，其特征在于，包括：
步骤1，选取N型衬底硅片；
步骤2，在N型衬底硅片的正面生长第一N型外延层，将第一N型外延层作为FS层；
步骤3，在第一N型外延层上生长第二N型外延层，且第二N型外延层比第一N型外延层厚，并将第二N型外延层作为外延飘移区；
步骤4，在外延飘移区制作所需的FS型IGBT器件的正面结构;
步骤5，将N型衬底硅片的背面减薄,并在N型衬底硅片的背面注入P型杂质，再通过退火形成P型集电区；
步骤6，将N型衬底硅片的背面金属化形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2和所述步骤3中生长的第一N型外延层及第二N型外延层中掺杂有带有施主能级的杂质。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述掺杂的带有施主能级的杂质包括磷和砷。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一N型外延层及第二N型外延层中的外延厚度及电阻率可以根据IGBT器件参数要求进行调整。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤4中FS型IGBT器件的正面结构为栅极结构。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述栅极结构包括平面栅结构或沟槽栅结构。
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