一种绝缘栅双极型晶体管结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结构及其制造方法，该结构是平面IGBT结构，并且其特征在于超薄沟道和位于沟道下面的掩埋氧化物。该结构可以提供理论上最低的通态压降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及功率半导体器件的结构和制造工艺，并且具体是涉及IGBT。专利技术背景绝缘栅双极型晶体管(IGBT)已经被广泛用于高压功率电子系统，如变频驱动器和逆变器，令人希望的是器件内具有低功率损耗。IGBT的导通损耗是功率损耗的主要组成部分，并且导通损耗可以用器件的通态压降来表征。因此，本专利技术的目的是提供具有理论上最低通态压降的IGBT。现有技术图1示出了现有技术IGBT器件100的横截面。器件100是MOS控制PNP双极结型晶体管。MOS沟道由n+发射区(112)、p型基区(113)、n-漂移区(114)、栅电介质(130)和栅电极(121)组成，其中p型基区(113)通过p+扩散区(111)连接到发射极(120)。器件的导通或关断是由MOS沟道控制的。在器件100的通态下，空穴从背面的p+集电区(116)/n型缓冲区(115)结注入，另一方面，电子通过MOS沟道导通，非平衡电子和空穴在轻掺杂n-漂移区(114)中形成高浓度等离子体，这引起该区的高电导率。然而，由于轻微反向偏置的n-漂移区(114)/p型基区(113)结，该结附近的电子空穴等离子体的浓度相对较低。图2中示出了根据距离变化的n-漂移区(114)中的电子空穴等离子体浓度。如图中所示，由于在n-漂移区(114)/p型基区(113)结位置的漂移电流，电子空穴等离子体在那里的浓度几乎为零。在那里减小的浓度使器件100的通态压降相对大于p-i-n型二极管的通态压降。如果能够消除反向偏置的n-漂移区(114)/p型基区(113)结，器件100的理论上最低通态压降可以与p-i-n型二极管的通态压降相同。在器件100中，为了实现理论上最低的通态压降，需要降低沟槽之间的硅台面宽度。当台面宽度为大约为20nm时，两个相邻的反型层可以合并在一起，当p型基区(113)完全转换为n+反型层时，器件的通态压降可与p-i-n型二极管的通态压降相同。然而，在器件100中制造大约20nm的台面宽度实际上是非常困难的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供具有理论上最低通态压降的IGBT结构及其制造方法。为了实现这个和其他目的，本专利技术提供了一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结构，其包括：位于底部的集电极(322)；位于集电极(322)顶上的p+集电区(316)；位于p+集电区(316)顶上的n型缓冲区(315)；位于n型缓冲区(315)顶上的n-漂移区(314)；p型浮置区(317)，该浮置区部分地被n-漂移区(314)的上表面包围；位于p型浮置区(317)顶上的掩埋氧化物(332)；位于掩埋氧化物(332)顶上的超薄p型基区(313)；邻近p型基区(313)的p+接触区(311)；邻近p型基区(313)和p+接触区(311)的n+发射区(312)；短接n+发射区(312)和p+接触区(311)的发射极(321)；栅电介质(330)，该栅电介质覆盖p型基区(313)并且因此形成从n+发射区(312)到n-漂移区(314)的电子沟道；位于栅电介质(330)顶上的栅电极(320)；将栅电极(320)与发射极(321)隔离的层间电介质(331)。为了实现这个和其他目的，本专利技术还提供了IGBT结构的制造方法。一种绝缘栅双极型晶体管结构，位于底部的集电极；位于所述集电极顶上的第二导电型集电区；位于所述第二导电型集电区顶上的第一导电型缓冲区；位于所述第一导电型缓冲区顶上的第一导电型漂移区；位于第一导电型漂移区上的浮置区；位于所述浮置区顶上的掩埋氧化物；位于所述掩埋氧化物顶上的第二导电型基区、接触区和发射区，所述的接触区和发射区交替排列，所述的第二导电型基区与接触区和发射区并列排列；位于发射区和所述的接触区的顶部并短接所述发射区和所述接触区的发射极；位于所述的第二导电型基区上方并覆盖所述的第二导电型基区的柵电介质，并且因此形成从所述发射区到所述漂移区的电子沟道；位于所述栅电介质顶上的栅电极，将所述栅电极与所述发射极隔离的层间电介质；所述的柵电介质、浮置区、电极和第二导电型基区均和第一导电型漂移区接触。进一步的，所述第二导电型集电区具有从1×1018cm-3到1×1021cm-3的掺杂浓度。进一步的，所述第二导电型集电区具有在0.1μm与1μm之间的深度。进一步的，所述第一导电型漂移区具有从1×1012cm-3到1×1015cm-3的掺杂浓度。进一步的，所述第一导电型漂移区具有在30μm与400μm之间的长度。进一步的，所述浮置区的掺杂浓度至少比所述第一导电型漂移区的掺杂浓度高10倍。进一步的，所述浮置区具有在0.3μm与3μm之间的深度。进一步的，所述第一导电型缓冲区具有比所述第一导电型漂移区的掺杂浓度相对更高的掺杂浓度以及比所述第一导电型漂移区的长度更短的长度。进一步的，所述掩埋氧化物具有在20nm与200nm之间的厚度。进一步的，所述掩埋氧化物完全被所述的浮置区、所述的第一导电型漂移区、所述的第二导电型基区、所述接触区和所述发射区所构成的半导体区域包围。进一步的，所述第二导电型基区具有在5nm与20nm之间的厚度。进一步的，所述接触区具有从1×1019cm-3到1×1021cm-3的掺杂浓度。进一步的，所述发射区具有从1×1019cm-3到1×1021cm-3的掺杂浓度。一种制造IGBT结构的方法，包括如下步骤：从轻掺杂衬底晶圆开始，在所述晶圆的表面上形成图案化氧化物层，将所述图案化氧化物层用作硬掩膜来将氧离子注入到所述晶圆中，在高温下退火以形成掩埋氧化物，通过湿法蚀刻去除所述硬掩膜氧化物，通过光刻法、注入和退火来形成所述第二导电型基区和所述浮置区，形成所述柵电介质，通过多晶硅淀积和图案化形成栅电极，通过光刻法、注入和退火形成接触区，通过光刻法、注入和退火形成发射区，淀积层间电介质，通过图案化所述层间电介质形成接触孔，通过金属淀积和图案化形成发射极，减薄所述衬底晶圆以形成所述第一导电型漂移区，通过背面注入和退火形成第一导电型缓冲区，通过背面注入和退火形成第二导电型集电区，通过在背部金属淀积并通过合金来形成集电极。一种制造IGBT结构的方法，包括：从轻掺杂衬底晶圆开始，在所述晶圆的表面上形成图案化氧化物层，将所述图案化氧化物层用作硬掩膜来将氧离子注入所述晶圆中，在高温下退火以形成掩埋氧化物，通过湿法蚀刻去除所述硬掩膜氧化物，通过光刻法、注入和退火来形成所述第二导电型基区和所述浮置区，形成所述栅电介质，通过多晶硅淀积和图案化形成栅电极，通过光刻法、注入和退火形成接触区，通过光刻法、注入和退火形成发射区，淀积层间电介质，减薄所述衬底晶圆以形成所述第一导电型漂移区，通过背面注入和退火形成第一导电型缓冲区，通过背面注入和退火形成第二导电型集电区，通过图案化所述层间电介质形成接触孔，通过金属淀积和图案化形成发射极，通过在背部金属淀积并通过合金来形成集电极。进一步的，所述第二导电型基区和所述浮置区被单次注入。进一步的，所述第二导电型基区和所述浮置区被多次注入。进一步的，所述栅电介质是通过氧化所述晶圆的表面形成的。进一步的，所述栅电介质是通过氧化所述晶圆的表面并且然后淀积高介电常数电介质形成的。本专利技术的有益效果在于：提供具有理论上最低通态压降的IGBT。附图说明图1是现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，其包括位于底部的集电极(322)；位于所述集电极(322)顶上的第二导电型集电区(316)；位于所述第二导电型集电区(316)顶上的第一导电型缓冲区(315)；位于所述第一导电型缓冲区(315)顶上的第一导电型漂移区(314)；位于第一导电型漂移区(314)上的第二导电类型的浮置区(317)；位于所述浮置区(317)顶上的掩埋氧化物(332)；位于所述掩埋氧化物(332)顶上的第二导电型基区(313)、接触区(311)和发射区(312)，所述的接触区(311)和发射区(312)交替排列，所述的第二导电型基区(313)与接触区(311)和发射区(312)并列排列；位于发射区(312)和所述的接触区(311)的顶部并短接所述发射区(312)和所述接触区(311)的发射极(321)；位于所述的第二导电型基区(313)上方并覆盖所述的第二导电型基区(313)的柵电介质(330)，并且因此形成从所述发射区(312)到所述漂移区(314)的电子沟道；位于所述栅电介质(330)顶上的栅电极(320)，将所述栅电极(320)与所述发射极(321)隔离的层间电介质(331)；所述的柵电介质(330)、浮置区(317)、掩埋氧化物(332)和第二导电型基区(313)均和第一导电型漂移区(314)临近。...

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，其包括位于底部的集电极(322)；位于所述集电极(322)顶上的第二导电型集电区(316)；位于所述第二导电型集电区(316)顶上的第一导电型缓冲区(315)；位于所述第一导电型缓冲区(315)顶上的第一导电型漂移区(314)；位于第一导电型漂移区(314)上的第二导电类型的浮置区(317)；位于所述浮置区(317)顶上的掩埋氧化物(332)；位于所述掩埋氧化物(332)顶上的第二导电型基区(313)、接触区(311)和发射区(312)，所述的接触区(311)和发射区(312)交替排列，所述的第二导电型基区(313)与接触区(311)和发射区(312)并列排列；位于发射区(312)和所述的接触区(311)的顶部并短接所述发射区(312)和所述接触区(311)的发射极(321)；位于所述的第二导电型基区(313)上方并覆盖所述的第二导电型基区(313)的柵电介质(330)，并且因此形成从所述发射区(312)到所述漂移区(314)的电子沟道；位于所述栅电介质(330)顶上的栅电极(320)，将所述栅电极(320)与所述发射极(321)隔离的层间电介质(331)；所述的柵电介质(330)、浮置区(317)、掩埋氧化物(332)和第二导电型基区(313)均和第一导电型漂移区(314)临近。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述第二导电型集电区(316)具有从1×1018cm-3到1×1021cm-3的掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的IGBT结构，其特征在于，所述第二导电型集电区(316)具有在0.1μm与1μm之间的深度。4.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述第一导电型漂移区(314)具有从1×1012cm-3到1×1015cm-3的掺杂浓度。5.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述第一导电型漂移区(314)具有在30μm与400μm之间的长度。6.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述第二导电类型浮置区(317)的掺杂浓度至少比所述第一导电型漂移区(314)的掺杂浓度高10倍。7.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述浮置区(317)具有在0.3μm与3μm之间的深度。8.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述第一导电型缓冲区(315)具有比所述第一导电型漂移区(314)的掺杂浓度相对更高的掺杂浓度以及比所述第一导电型漂移区(314)的长度更短的长度。9.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述掩埋氧化物(332)具有在20nm与200nm之间的厚度。10.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征在于，所述掩埋氧化物(332)完全被所述的浮置区(317)、所述的第一导电型漂移区(314)、所述的第二导电型基区(313)、所述接触区(311)和所述发射区(312)所构成的半导体区域包围。11.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贤达，黄嘉杰，单建安，
申请(专利权)人：黄嘉杰，
类型：发明
国别省市：中国香港;81