场截止缓冲层及具有场截止缓冲层的IGBT器件制造技术

本实用新型专利技术提供一种场截止缓冲层，形成在IGBT器件中，包括：N型衬底；以及P型埋层，形成在N型衬底中。本实用新型专利技术还提供一种具有场截止缓冲层的IGBT器件，包括：场截止缓冲层，场截止缓冲层包括N型衬底和形成在N型衬底中的P型埋层；N-外延层，形成在N型衬底表面上；IGBT正面结构，形成在N-外延层表面上；阳极空穴发射区，形成在远离N-外延层的N型衬底的背面上；以及背面阳极集电极，形成在阳极空穴发射区上。本实用新型专利技术又提出一种具有场截止缓冲层的IGBT器件，通过增加场截止缓冲层厚度以及调整P型埋层与N型衬底之间的浓度和厚度，以提高IGBT器件的电流密度，降低导通损耗。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于功率半导体器件
，尤其涉及一种具有场截止缓冲层的IGBT器件。技术背景 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种常用的通过电压控制的功率开关器件，具有输入电容大、输入阻抗高、驱动电流小、速度快、耐压高、热稳定性强、工作温度高、控制电路简单等特点，现阶段已经成为电力电子装置的主流器件。IGBT器件从20世纪80年代技术至今，经历了 PT (穿通)型，具有N+缓冲层的PT (穿通)型，以及NPT (非穿通)型等场截止(FS)型IGBT等一系列的演变，IGBT芯片的厚度也从初期的300um减小至现在的70um左右，芯片加工工艺，尤其薄片加工工艺要求越来越高。IGBT器件作为现代电力电子装置的主流器件，在开关电源、整流器、逆变器、UPS (不断电系统)以及感应加热等领域有着广泛的应用。早期的IGBT器件在器件关断时存在拖尾电流引起的关断时间较长、工作频率无法进一步提升的问题。后续经不断的努力，发展出了最新的场截止(FS)型IGBT，以现有600V场截止型IGBT器件为例，其制造方法为:提供一 N-外延层，在所述N-外延层的表面上形成IGBT正面结构，减薄所述N-外延层至60-70um后，向远离IGBT正面结构的所述N-外延层的背面上注入N型杂质,形成场截止N型缓冲层，在所述场截止N型缓冲层上形成阳极空穴发射区，在所述阳极空穴发射区上形成背面阳极集电极。因此，现有600V场截止型IGBT器件的典型厚度在60-80um之间，尤其所述N-外延层的厚度为60-70um，减薄后的所述N-外延层在后续加工工艺中，容易损坏，增加了后续工艺加工难度。虽然这种场截止型IGBT基本解决了 IGBT器件存在的关断时间过长的问题，其关断时间及关断损耗已经小于其导通损耗。但是，在整个IGBT器件应用过程中，由于所述场截止N型缓冲层的厚度却在2-lOum之间，其导通损耗占了较大的比重的问题却变的日益突出，不可再被忽略。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有场截止缓冲层的IGBT器件，以提高IGBT器件的电流密度，降低导通损耗。为了解决上述问题，本技术提供一种场截止缓冲层，形成在IGBT器件中，包括:N型衬底；以及P型埋层，形成在所述N型衬底中。优选的，所述N型衬底为直拉单晶法的N型〈100〉衬底。优选的，所述P型埋层掺杂的浓度与N型衬底掺杂的浓度在同一数量级。优选的，所述N型衬底的厚度为15-40um，电阻率为1.0-10.0Q *011。优选的，所述P型埋层的厚度为5-20um，电阻率为1.0-10.0 Q cm，且距离所述N型衬底的上边界的间距大于2um。根据本技术的另一方面，提供一种具有场截止缓冲层的IGBT器件，包括:场截止缓冲层，所述场截止缓冲层包括N型衬底和形成在所述N型衬底中的P型埋层；N-外延层，形成在所述N型衬底表面上；IGBT正面结构，形成在所述N-外延层表面上；阳极空穴发射区，形成在远离所述N-外延层的N型衬底的背面上；以及背面阳极集电极，形成在所述阳极空穴发射区上。优选的，所述N型衬底为直拉单晶法的N型〈100〉衬底。优选的，所述P型埋层掺杂的浓度与N型衬底掺杂的浓度在同一数量级。优选的，所述N型衬底的厚度为15-40um，电阻率为1.0-10.0 Q cm。优选的，所述P型埋层的厚度为5-20um，电阻率为1.0-10.0 Q cm，且距离所述N型衬底的上边界的间距大于2um。优选的，所述N-外延层的电阻率为20.0-60.0Q cm，厚度为30.0-100.0um。由上述技术方案可见，本技术在提供的N型衬底中形成P型埋层后，由所述N型衬底和P型埋层形成了场截止缓冲层，在所述场截止缓冲层上生长N-外延层，在所述N-外延层上形成了 IGBT正面结构，再减薄所述N型衬底，在远离所述N-外延层的N型衬底的表面上进行P型杂质注入后，采用第一退火工艺形成阳极空穴发射层，以及在所述阳极空穴发射层上淀积金属层 形成背面阳极集电极。因此，本技术具有以下有益效果:1.提供的N型衬底较厚，在较厚的N型衬底中形成P型埋层后，形成的场截止缓冲层可以具有比传统的场截止型IGBT器件更厚的场截止区域，因此在得到同样性能的条件下，使得IGBT芯片厚度增加，可降低由于现有IGBT器件中减薄N-外延层后导致的加工工艺要求，可用常规工艺来实现N型衬底的加工，提高工艺可实施性。2.本技术中的场截止缓冲层中的内嵌P型埋层与N型衬底之间形成的自建电场能够减缓集电极注入过来的空穴的漂移，在P型埋层附近形成空穴的积累，提高器件导通时IGBT器件阳极区域的空穴少子浓度，从而提高电流密度，降低IGBT器件的饱和压降，减少IGBT器件导通损耗，进而改善IGBT器件的导通特性。3.本技术在较厚的N型衬底中形成P型埋层后，预留出较大的N型衬底，不仅增加了场截止缓冲层的厚度，且仍预留出较大的场截止缓冲层，保持了传统的场截止型IGBT器件的拖尾小，关断时间短的优点，并进一步地减少了 IGBT器件导通时的上升时间和关断损耗。附图说明图1为本技术具有场截止缓冲层的IGBT器件的制造方法流程；图2至图7为本技术具有场截止缓冲层的IGBT器件的制造方法；图8为本技术IGBT器件与传统场截至型IGBT器件输出特性对照图；图9为本技术IGBT器件与传统场截至型IGBT器件导通特性对照图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多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技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。参见图7，本技术提供一种场截止缓冲层，形成在IGBT器件中，包括:N型衬底100 ；以及P型埋层108，形成在所述N型衬底100中。参见图7，本技术还提供一种具有场截止缓冲层的IGBT器件，包括:场截止缓冲层，所述场截止缓冲层包括N型衬底100和形成在所述N型衬底100中的P型埋层108 ；N-外延层112，形成在所述N型衬底100表面上；IGBT正面结构128，形成在所述N-外延层112表面上；阳极空穴发射区130，形成在远离所述N-外延层112的N型衬底100的背面上；以及背面阳极集电极132，形成在所述阳极空穴发射区130上。参见图1，结合图2·至图7，本技术提供一种具有场截止缓冲层的IGBT器件的制造方法，包括:S1:提供一 N型衬底，在所述N型衬底中形成P型埋层后，形成一场截止缓冲层。参见图2，提供一 N型衬底100，所述N型衬底100为直拉单晶法的N型〈100〉衬底，所述N型衬底100的电阻率为1.0-10.0Q cm。在所述N型衬底100上形成一厚度为0.2-0.6um的埋层氧化层102 ;在所述埋层氧化层102上形成一光阻层104，采用光刻工艺去除部分所述光阻层104，在去除部分所述光阻层104的区域形成埋层窗口 106，以留下的所述光阻层104为掩膜层，向所述埋层窗口 106进行P型离子注入，所述P型离子为硼，注入能量为60-200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场截止缓冲层，形成在IGBT器件中，包括：?N型衬底；以及?P型埋层，形成在所述N型衬底中。

【技术特征摘要】
1.一种场截止缓冲层，形成在IGBT器件中，包括: N型衬底；以及 P型埋层，形成在所述N型衬底中。2.如权利要求1所述的场截止缓冲层，其特征在于，所述N型衬底为直拉单晶法的N型衬底(100)。3.如权利要求1所述的场截止缓冲层，其特征在于，所述P型埋层掺杂的浓度与N型衬底掺杂的浓度在同一数量级。4.如权利要求1所述的场截止缓冲层，其特征在于，所述N型衬底的厚度为15-40um，电阻率为1.0-10.0Q cm。5.如权利要求1所述的场截止缓冲层，其特征在于，所述P型埋层的厚度为5-20um，电阻率为1.0-10.0 Q Cm,且距离所述N型衬底的上边界的间距大于2um。6.—种场截止缓冲层的IGBT器件,包括: 场截止缓冲层，所述场截止缓冲层包括N型衬底和形成在所述N型衬底中的P型埋层； N-外延层，形成在所述N型衬底表面上； IGBT正面结构，形成在所述N-外延层表面上； 阳极空穴发...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾悦吉，闻永祥，刘琛，刘慧勇，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：实用新型
国别省市：