用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法技术

一种用于制备阳极‑短路的场阑绝缘栅双极晶体管（IGBT）的方法，包含选择性地制备导电类型相反的第一和第二半导体植入区。第二导电类型的场阑层生长在衬底上方或植入到衬底中。外延层可以生长在衬底上或场阑层上。在外延层中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元。

【技术实现步骤摘要】
用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法本案是分案申请原案名称：用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法原案申请号：201210251772.3原案申请日：2012年07月20日。
本专利技术涉及一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管（IGBT）的方法。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管（IGBT）为三端子功率半导体器件。IGBT把金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的简单栅极-驱动性能，与双极晶体管的高电流、低饱和电压等性能相结合。在一个单独器件中，通过将绝缘栅FET与双极晶体管相结合，绝缘栅FET作为IGBT的控制输入，双极晶体管作为IGBT的开关。如图1A所示，为一种原有技术的传统IGBT的剖面示意图。传统的IGBT包含一个位于p+衬底101上的n-型场阑层103。N-外延/电压闭锁层105生长在场阑层103上方。可以在外延/电压闭锁层105中形成一个或多个器件元。每个器件元可以含有形成在外延/电压闭锁层105中的p-型本体区107，以及形成在p-型本体区107中的一个或多个n+发射区109。每个器件元还可以包含形成在p-型本体区107和n+发射区109的裸露部分上的栅极绝缘物111（例如氧化物）。栅极电极113形成在栅极绝缘物111上。发射极电极115形成在本体区107和发射区109的不同部分上。集电极电极117形成在p+衬底101的背面。IGBT100的结构除了用n+漏极代替p+集电极层101之外，其他都与n-通道垂直MOSFET的结构类似，从而构成一个垂直PNP双极结型晶体管。额外的p+集电极层101构成PNP双极结型晶体管与背面n-通道MOSFET的串联连接。在一些应用中，IGBT具有比传统的MOSFET器件更加优越的性能。这主要是由于IGBT与MOSFET相比，具有极其低的正向电压降。然而，IGBT器件正向电压降上的改进，被其缓慢的开关速度抵消。注入到n-外延层/电压闭锁层105中的少数载流子，需要时间进入并退出，或者在开启和断开时再结合，造成比MOSFET更长的开关时间以及更高的开关损耗。为了响应传统IGBT器件缓慢的开关速度，推出了阳极-短路的IGBT器件。阳极-短路的IGBT器件优于传统IGBT的地方在于，它不仅保持了提升后的正向电压降，同时还具有更令人满意的开关性能。如图1B所示，为现有技术的传统阳极-短路的IGBT的剖面示意图。如图1B所示，阳极-短路的IGBT100’除了用图1B中的p-型区101和n-型区119交替构成的层，代替图1A中的p+衬底101之外，其他都与图1A中的IGBT大致相同。通过交替p-型区101和n-型区119，IGBT成为高效的附加体二极管，并且改善了开关速度。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，用于制备阳极-短路的绝缘栅双极晶体管。为实现上述目的，本专利技术提供一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特点是，该方法包含：a、在半导体衬底的顶面中，选择性地构成第一导电类型的第一半导体区，其中第一导电类型与衬底的导电类型相反；b、在衬底的顶面上生长一个第一导电类型的场阑层，其中场阑层的电荷载流子浓度低于第一半导体区；c、在场阑层上方，生长一个第一导电类型的外延层，其中外延层的电荷载流子浓度低于场阑层；d、在外延层中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；e、将衬底背面减薄至所需厚度，并且裸露出第一半导体区；f、进行无掩膜植入，制备第二导电类型的植入区，第二导电类型与衬底背面中的外延层和场阑层的导电类型相反；以及g、蒸发金属到衬底背面上。上述的衬底为p-型衬底。上述的第一半导体区掺杂n+，场阑层掺杂n，外延层掺杂n-。上述的植入区掺杂p+。其中制备第一半导体区包含在带掩膜的植入后进行扩散。其中第一半导体区扩散进入衬底顶面至少10µm。上述步骤e中所需的厚度为场阑层以下5µm。上述步骤f中的无掩膜植入为40KeV下，1e16浓度的硼植入。上述步骤g是在450℃下进行。一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特点是，该方法包含：a、在第一导电类型的外延层的顶面中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；b、将外延层的背面减薄至所需厚度；c、对外延层的背面进行第一导电类型的无掩膜植入，构成场阑层，其中场阑层中电荷载流子的浓度高于外延层；d、利用第一阴影掩膜，在场阑层的背面中，选择性地植入第二导电类型的第一半导体区，第二导电类型与第一导电类型相反，其中第一半导体区的电荷载流子浓度高于场阑层；e、利用第二阴影掩膜，在场阑层的背面中，选择性地植入第一导电类型的第二半导体区，其中第二半导体区的电荷载流子浓度高于场阑层；并且f、激光激活第一和第二半导体区；g、在第一和第二半导体区的背面沉积一个金属层。上述外延层掺杂n-，场阑层掺杂n，第一半导体区掺杂p+，第二半导体区掺杂n+。上述第一阴影掩膜和第二阴影掩膜是互补的。上述第二导电类型的第一植入区的宽度远大于第一导电类型的第二半导体区的宽度。上述步骤c中的无掩膜植入为100-300KeV下，在1×1013/cm3和2×1013/cm3之间的浓度下的磷植入。一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特点是，该方法包含：a、在第一导电类型的外延层的顶面中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；b、将外延层的背面减薄至所需厚度；c、对外延层的背面进行第一导电类型的无掩膜植入，构成场阑层，其中场阑层中电荷载流子的浓度高于外延层；d、对场阑层的背面进行第二导电类型的无掩膜植入，以形成第一半导体植入区，第二导电类型与第一导电类型相反；e、激光激活场阑层和第一半导体区；f、在第一半导体层的表面沉积第一金属层；g、通过激光切割第一金属层和第一半导体植入区的一个或多个部分，选择性地形成分立的半导体植入区，以便使场阑层的一个或多个部分裸露出来；h、对场阑层的裸露部分进行第一导电类型的无掩膜植入，以便在场阑层的裸露部分中形成第二半导体植入区，其中第二半导体植入区的电荷载流子浓度高于场阑层；i、在第一金属层和第二半导体植入区的裸露部分上，沉积一个第二金属层。上述外延层掺杂n-，场阑层掺杂n，第二半导体区掺杂n+。上述第一半导体层掺杂p+。上述第一金属层与第一半导体植入区形成良好的接触，第二金属层与第二半导体植入区形成良好的接触。一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特点是，该方法包含：a、在半导体衬底的顶面上，制备一个半导电的第一外延层，其中第一外延层和衬底的导电类型相同，第一外延层的电荷载流子浓度低于衬底；b、在第一外延层上方，制备一个半导电的场阑层，其中场阑层的导电类型与衬底和第一外延层相同，其中场阑层的电荷载流子浓度高于第一外延层，低于衬底的电荷载流子浓度；c、在场阑层上方，制备一个半导电的第二外延层，其中第二外延层的导电类型与衬底、第一外延层和场阑层相同，其中第二外延层的电荷载流子浓度低于衬底和场阑层；d、在第二外延层中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；e、通过除去衬底背面的材料，将衬底减薄至所需厚度；f、在衬底的背面，形成一个金属图案；g、利用金属图案作为掩膜，在衬底的背面进行各向异性的刻蚀，其中各向异性的刻蚀使第一外延层的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，该方法包含：a、在第一导电类型的外延层的顶面中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；b、将外延层的背面减薄至所需厚度；c、对外延层的背面进行第一导电类型的无掩膜植入，构成场阑层，其中场阑层中电荷载流子的浓度高于外延层；d、利用第一阴影掩膜，在场阑层的背面中，选择性地植入第二导电类型的第一半导体区，第二导电类型与第一导电类型相反，其中第一半导体区的电荷载流子浓度高于场阑层；e、利用第二阴影掩膜，在场阑层的背面中，选择性地植入第一导电类型的第二半导体区，其中第二半导体区的电荷载流子浓度高于场阑层；并且f、激光激活第一和第二半导体区；g、在第一和第二半导体区的背面沉积一个金属层。

【技术特征摘要】
2011.07.27 US 13/192,3851.一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，该方法包含：a、在第一导电类型的外延层的顶面中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；b、将外延层的背面减薄至所需厚度；c、对外延层的背面进行第一导电类型的无掩膜植入，构成场阑层，其中场阑层中电荷载流子的浓度高于外延层；d、利用第一阴影掩膜，在场阑层的背面中，选择性地植入第二导电类型的第一半导体区，第二导电类型与第一导电类型相反，其中第一半导体区的电荷载流子浓度高于场阑层；e、利用第二阴影掩膜，在场阑层的背面中，选择性地植入第一导电类型的第二半导体区，其中第二半导体区的电荷载流子浓度高于场阑层；并且f、激光激活第一和第二半导体区；g、在第一和第二半导体区的背面沉积一个金属层。2.如权利要求1所述的用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，所述外延层掺杂n-，场阑层掺杂n，第一半导体区掺杂p+，第二半导体区掺杂n+。3.如权利要求2所述的用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，所述第一阴影掩膜和第二阴影掩膜是互补的。4.如权利要求2所述的用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，所述第二导电类型的第一植入区的宽度远大于第一导电类型的第二半导体区的宽度。5.如权利要求1所述的用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，所述步骤c中的无掩膜植入为100-300KeV下，在1×1013/cm3和2×1013/cm3之间的浓度下的磷植入。6.一种用于制备阳极短路的场阑绝缘栅双极晶体管的方法，其特征在于，该方法包含：a、在第一导电类型的外延层的顶面中，制备一个或多个绝缘栅双极晶体管器件元；b、将外延层的背面减薄至所需厚度；c、对外延层的背面进行第一导电类型的无掩膜植入，构成场阑层，其中场阑层中电荷载流子的浓度高于外延层；d、对场阑层的背面进行第二导电类型的无掩膜植入，以形成第一半导体植入区，第二导电类型与第一导电类型相反；e、激光激活场阑层和第一半导体区；f、在第一半导体层的表面沉积第一金属层；g、通过激光切割第一金属层和第一半导体植入区的一个或多个部分，选择性地形成分立的半导体植入区，以便使场阑层的一个或多个部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：安荷·叭剌，马督儿·博德，丁永平，张晓天，何约瑟，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US