一种场终止型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种场终止型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，其中，该方法包括：提供第一掺杂浓度的N型硅衬底；在N型硅衬底表面通过外延生长形成N-漂移层，N-漂移层的掺杂浓度为第二掺杂浓度，第二掺杂浓度小于第一掺杂浓度，N型硅衬底表面通过外延生长形成N-漂移层的一面为正面，另一面为背面；在N-漂移层上制备绝缘栅双极型晶体管正面结构；将N型硅衬底进行背面减薄，形成场终止层；在N型硅衬底背面注入P+杂质并背面退火形成P+集电区；在P+集电区上通过沉淀或蒸发的方法，形成背面金属电极，背面金属电极与P+集电区欧姆接触。采用该方法，可以解决现有场终止层制造工艺中产品成本较高、可靠性较差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种场终止型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种场终止型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)是由金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)和PNP晶体管复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点，又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点，频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间，可正常工作于几十KHZ频率范围内。场终止(FieldStop，FS)型IGBT是IGBT器件的进一步发展，FS-IGBT器件具有输入阻抗低、通态压降低、驱动电路简单、安全工作区宽、电流处理能力强且几乎无拖尾电流等优点，在电机控制、中频开关电源和逆变器、机器人、空调器以及要求快速低损耗的领域中应用越来越广泛。现有的FS层制造工艺大致分为两种，一种是通过减薄后进行高能注入和激光退火，另一种是通过外延工艺，在N型或P型衬底材料上注入N型杂质，推阱，再进行外延生产，形成了里面浓，外面淡的FS层。采用高能注入和激光退火，设备要求高，产品破片率难控制，增加产品成本，实现较困难；采用注入外延工艺，注入后需要高温长时间推阱，会照成衬底表面缺陷较多，影响外延的质量，影响器件可靠性，同时由于FS浓度在里面，产品的耐压时耗尽层在FS层里基本没有展宽，dv/dt变化较大，容易造成误导通和动态闩锁，影响应用可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种场终止型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，以解决现有场终止层制造工艺中产品成本较高、可靠性较差的技术问题。第一方面，本专利技术提供了一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法，包括以下步骤：提供第一掺杂浓度的N型硅衬底；在所述N型硅衬底表面通过外延生长形成N-漂移层，所述N-漂移层的掺杂浓度为第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度小于所述第一掺杂浓度，所述N型硅衬底表面通过外延生长形成N-漂移层的一面为正面，另一面为背面；在所述N-漂移层上制备绝缘栅双极型晶体管正面结构；将所述N型硅衬底进行背面减薄，形成场终止层；在所述场终止层背面注入P+杂质并背面退火形成P+集电区；在所述P+集电区上通过沉淀或蒸发的方法，形成背面金属电极，所述背面金属电极与所述P+集电区欧姆接触。第二方面，本专利技术还提供了一种场终止型绝缘栅双极型晶体管，包括：N型硅衬底、N-漂移层、P基区、N+发射区、栅氧化层、多晶硅栅电极、介质层、正面金属发射极电极、P+集电区以及背面金属电极；其中，所述N-漂移层位于所述N型硅衬底正面上方；所述P基区位于所述N-漂移层内部；所述N+发射区位于所述P基区内部；所述栅氧化层位于所述N-漂移层正面上方；所述多晶硅栅电极位于所述栅氧化层正面上方；所述介质层延伸并覆盖所述栅氧化层和所述多晶硅电极；所述正面金属发射极电极延伸并覆盖所述介质层，并与所述P基区以及所述N+发射区电接触；所述P+集电区位于所述N型硅衬底背面下方；所述背面金属电极位于所述P+集电区背面下方，与所述P+集电区欧姆接触。本专利技术提供的场终止型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，在均匀低掺的N型硅衬底正面通过外延生长形成N-漂移层，在所述N-漂移层上制备绝缘栅双极型晶体管正面结构，然后将所述N型硅衬底进行背面减薄，形成场终止层，并在所述场终止层背面注入P+杂质并背面退火形成P+集电区，最后背金生成背面金属电极。采用本方法，可以解决现有场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法中场终止层制造工艺产品成本较高、可靠性较差的技术问题。附图说明为了更加清楚地说明本专利技术示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本专利技术所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法中N型硅衬底的剖面示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种在N型硅衬底表面外延生长N-漂移层后的剖面示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法中绝缘栅双极型晶体管正面结构的制备方法的流程示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种在N-漂移层上生长或淀积栅氧化层后的剖面示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种在栅氧化层上淀积多晶硅，形成多晶硅栅电极后的剖面示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种在N-漂移层内形成P基区后的剖面示意图；图8是本专利技术实施例提供的一种在P基区内形成N+发射区后的剖面示意图；图9是本专利技术实施例提供的一种在栅氧化层和多晶硅栅电极的外围淀积形成介质层后的剖面示意图；图10是本专利技术实施例提供的一种在介质层外围形成正面金属发射极电极后的剖面示意图；图11是本专利技术实施例提供的一种将N型硅衬底进行背面减薄，形成场终止层后的剖面示意图；图12是本专利技术实施例提供的一种在场终止层背面注入P+杂质并背面退火形成P+集电区后的剖面示意图；图13是本专利技术实施例提供的一种在P+集电区上形成背面金属电极后的剖面示意图；图14是本专利技术实施例提供的一种场终止型绝缘栅双极型晶体管结构示意图；图15是通过不同工艺得到的场终止型绝缘栅双极型晶体管中离子掺杂浓度曲线对比图；图16是通过不同工艺得到的场终止型绝缘栅双极型晶体管中场终止层电场分布曲线对比图。图中的附图标记所分别指代的技术特征为：201、N型硅衬底；202、N-漂移层；203、P基区；204、N+发射区；205、栅氧化层；206、多晶硅栅电极；207、介质层；208、正面金属发射极电极；209、P+集电区；210、背面金属电极。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本专利技术实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本专利技术的技术方案。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本专利技术的保护范围之内。实施例图1是本专利技术实施例提供的一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法的流程示意图。示例性的，图2是本专利技术实施例提供的一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法中N型硅衬底的剖面示意图，本实施例可适用于制造场终止型绝缘栅双极型晶体管的情况。如图1和图2所示，本实施例提供的场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法具体可以包括步骤S110-S160：S110、提供第一掺杂浓度的N型硅衬底201。N型硅衬底201掺杂均匀，其掺杂浓度为第一掺杂浓度，其掺杂电阻率可以为1-10欧姆*厘米，优选为3-10欧姆*厘米，厚度为400-675微米，N型硅衬底201的表面晶向可以为<100>，平面晶向可以为<110>，也可以为<100>，优选为<110>。S120、在N型硅衬底201表面通过外延生长形成N-漂移层202，N-漂移层202的掺杂浓度为第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：提供第一掺杂浓度的N型硅衬底；在所述N型硅衬底表面通过外延生长形成N‑漂移层，所述N‑漂移层的掺杂浓度为第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度小于所述第一掺杂浓度，所述N型硅衬底表面通过外延生长形成N‑漂移层的一面为正面，另一面为背面；在所述N‑漂移层上制备绝缘栅双极型晶体管正面结构；将所述N型硅衬底进行背面减薄，形成场终止层；在所述场终止层背面注入P+杂质并背面退火形成P+集电区；在所述P+集电区上通过沉淀或蒸发的方法，形成背面金属电极，所述背面金属电极与所述P+集电区欧姆接触。

【技术特征摘要】
1.一种场终止型绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：提供第一掺杂浓度的N型硅衬底；在所述N型硅衬底表面通过外延生长形成N-漂移层，所述N-漂移层的掺杂浓度为第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度小于所述第一掺杂浓度，所述N型硅衬底表面通过外延生长形成N-漂移层的一面为正面，另一面为背面；在所述N-漂移层上制备绝缘栅双极型晶体管正面结构；将所述N型硅衬底进行背面减薄，形成场终止层；在所述场终止层背面注入P+杂质并背面退火形成P+集电区；在所述P+集电区上通过沉淀或蒸发的方法，形成背面金属电极，所述背面金属电极与所述P+集电区欧姆接触。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述N-漂移层上制备绝缘栅双极性晶体管正面结构，包括以下步骤：在所述N-漂移层上生长或淀积栅氧化层；在所述栅氧化层上淀积多晶硅，通过掩模和刻蚀形成多晶硅栅电极；在所述N-漂移层上进行刻蚀和离子注入，通过推阱在N-漂移层内形成P基区，所述P基区从N-漂移层的正面向背面方向延伸，且所述P基区延伸的距离小于所述N-漂移层的厚度；在所述P基区上进行离子注入，退火后在所述P基区内形成N+发射区；在所述多晶硅栅电极上进行介质淀积，以在所述栅氧化层和所述多晶硅栅电极的外围淀积形成介质层；在所述介质层的外围淀积或蒸发金属，以形成正面金属发射极电极，所述正面金属发射极电极与所述P基区和所述N+发射区电接触。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N型硅衬底的掺杂电阻率为1-10欧姆*厘米，厚度为400-675微米。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮强，邓小社，
申请(专利权)人：无锡华润华晶微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32