Igbt器件及其制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种IGBT器件及其制作方法，包括：提供第一基板，所述第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于所述本体层第一表面的缓冲层；提供第二基板，所述第二基板具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。将第二基板键合在本体层的第二表面之后，可在第二基板内制作阱区和源区，这样第二基板就相当于包裹阱区的载流子存储层，并且，与现有的载流子存储层相比，第二基板的制作工艺更简单、成本更低，且第二基板的均匀性更好，从而提高了IGBT器件的稳定性，优化了IGBT器件的导通性能和关断性能等。
【专利说明】
IGBT器件及其制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地说，涉及一种IGBT器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘棚.双极型晶体管)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。由于IGBT具有驱动功率小以及饱和压降低等优点，因此，IGBT作为一种新型的电子器件已经被广泛应用到各个领域。
[0003]常见的平面栅结构的IGBT器件，如图1a所示，以N型沟道为例，主要包括:N型轻掺杂(N-)的衬底101 ;位于衬底101表面内的P型阱区102(—般为P型轻掺杂)以及位于P型阱区102表面内的N型源区103 ;位于衬底101正面上的栅介质层104和栅极105 ；位于P型阱区102和N型源区103表面上的发射极106 ;位于衬底101背面的漏区107 ( —般为P型重掺杂)以及位于漏区107表面的集电极108。
[0004]由于位于栅极105下方的两个元胞之间的JFET (Junct1n Field-EffectTransistor，结型场效应晶体管)区(图1a中虚线所示的区域)具有一定大小的电阻，因此，会在IGBT器件导通时产生一定的压降。基于此，现有技术中在P型阱区102的下方形成包裹P型阱区102的N型载流子存储层109，如图1b所示，以降低IGBT器件的正向导通压降。但是，由于载流子存储层的形成过程不易控制，很难做到均匀地包裹P型阱区，因此，分布不均匀的载流子存储层会导致IGBT器件的稳定性较差，如导致IGBT器件提前击穿等，影响IGBT器件的性能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种IGBT器件及其制作方法，以解决现有技术中由于载流子存储层分布不均匀而导致的IGBT器件稳定性差，影响IGBT器件性能的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]一种IGBT器件的制作方法，包括:
[0008]提供第一基板，所述第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于所述本体层第一表面的缓冲层；
[0009]提供第二基板，所述第二基板具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；
[0010]将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。
[0011]优选的，在将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面之后，还包括:
[0012]在所述键合后的第二基板的表面内制作阱区和源区；
[0013]在所述第二基板的表面制作栅介质层、栅极和发射极。
[0014]优选的，在将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面之后，还包括:
[0015]在所述键合后的第一基板的缓冲层表面制作集电极。
[0016]优选的，当所述IGBT器件为平面栅结构的IGBT器件时，所述第二基板的厚度范围为 4 μ m ?10 μ m0
[0017]优选的，当所述IGBT器件为沟槽结构的IGBT器件时，所述第二基板的厚度小于所述沟槽的厚度。
[0018]优选的，所述将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面的过程包括:
[0019]对所述第一基板和第二基板的表面进行亲水性预处理；
[0020]将所述第二基板键合在所述第一基板的本体层的第二表面；
[0021]对键合后的第一基板和第二基板进行高温退火。
[0022]一种IGBT器件，所述IGBT器件是采用权利要求1_6任一项所述的方法制作而成的，所述IGBT器件包括:
[0023]第一基板，所述第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于所述本体层第一表面的缓冲层；
[0024]第二基板，所述第二基板具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；
[0025]其中，所述第二基板键合在所述第一基板的本体层的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。
[0026]优选的，所述IGBT器件还包括:
[0027]位于所述第二基板表面内的阱区和源区；
[0028]位于所述第二基板表面的栅介质层、栅极和发射极；
[0029]以及，位于所述缓冲层表面的集电极。
[0030]与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点:
[0031]本发明所提供的IGBT器件及其制作方法，第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于本体层第一表面的缓冲层，第二基板具有第二掺杂浓度，第二掺杂浓度大于第一掺杂浓度，将第二基板键合在本体层的第二表面之后，可在第二基板内制作阱区和源区，这样第二基板就相当于包裹阱区的载流子存储层，并且，与现有的载流子存储层相比，第二基板的制作工艺更简单、成本更低，且第二基板的均匀性更好，从而提高了 IGBT器件的稳定性，优化了 IGBT器件的导通性能和关断性能等。
【附图说明】
[0032]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0033]图1a为现有的一种平面栅结构的IGBT器件的结构示意图；
[0034]图1b为现有的一种改进的平面栅结构的IGBT器件的结构示意图；
[0035]图2为本发明的一个实施例提供的一种IGBT器件的制作方法的流程图；
[0036]图3a为本发明的一个实施例提供的第一基板的结构示意图；
[0037]图3b为本发明的一个实施例提供的第二基板的结构示意图；
[0038]图3c为本发明的一个实施例提供的键合后的第一基板和第二基板的结构示意图；
[0039]图3d为本发明的一个实施例提供的方法制作的IGBT器件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]本发明的一个实施例提供了一种IGBT器件的制作方法，该方法的流程图如图2所示，包括:
[0042]S201:提供第一基板，所述第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于所述本体层第一表面的缓冲层；
[0043]其中，第一基板的形成过程为:根据待制作的IGBT器件的反向击穿电压选取一定厚度和第一掺杂浓度的N型基片，该N型基片为N型硅片，然后在N型基片的第一表面注入一定浓度的磷，以在N型基片的表面形成能够使电场在其中迅速减小的缓冲层310，缓冲层310之外的区域即为本体层311，第一基片31的结构示意图如图3a所示。
[0044]在选取N型基片时，N型基片的第一掺杂浓度是由待制作的IGBT器件的反向击穿电压即耐压决定的，例如，当IGBT器件的耐压为4500V时，第一掺杂浓度为9.36e12cm 3。
[0045]S202:提供第二基板，所述第二基板具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；
[0046]如图3b所示，第二基板32为具有第二掺杂浓度的N型基片即N型硅片，且第二掺杂浓度略大于第一掺杂浓度，而第二掺杂浓度略大于第一掺杂浓度的范围视具体情况而定，应达到能增强阴极即发射极附近载流子浓度的作用，同时满足待制作IGBT器件的耐压如反向击穿电压的要求。
[0047]在不影响击穿电压的前提下，对于一般的平面栅结构的IGBT器件，第二基板的厚度范围为4 μ m?10 μ m，对于沟槽型结构的IGBT器件，第二基板的厚度小于所述沟槽的厚度，当然，本发明并不仅限于此，也就是说，第二基板的厚度可根据待制作的IGBT器件的参数进行调整。
[0048]S203:将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。
[0049]在将第二基板32键合在第一基板31即本体层311的第二表面之前，需要根据实际情况对第二基板32进行减薄和剖光处理，同时对第一基板31的本体层表面进行剖光处理。
[0050]其中，将所述第二基板32键合在所述本体层311的第二表面的过程包括:对所述第一基板31和第二基板32的表面进行亲水性预处理；将所述第二基板32键合在所述第一基板31的本体层311的第二表面；对键合后的第一基板31和第二基板32进行高温退火。键合后的第一基板31和第二基板32的结构示意图如图3c所示。
[0051]其中，键合是指将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理后，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。键合工艺包括硅/硅键合以及硅/玻璃键合等，本发明中采用的就是硅/硅键合。
[0052]此外，在将第二基板32键合在本体层311的第二表面之后，还包括:在键合后的第二基板32的表面内制作P型阱区320和N型源区321 ;在键合后的第二基板32的表面制作栅介质层322、栅极323和发射极324 ;在键合后的第一基板31的缓冲层310表面制作集电极313，如图3d所示。
[0053]在第二基板32内形成P型阱区320之后，P型阱区320周围的第二基板就相当于包裹P型阱区320的N型载流子存储层，由于现有的N型载流子存储层需要一次或两次不同的掩膜板分别进行离子注入来形成，因此，本发明中的第二基板32的制作工艺更加简单、成本更低，并且，与离子注入形成的载流子存储层相比，第二基板32的均匀性更好，且IGBT器件的阈值电压完全由P型阱区320的注入浓度决定，从而提高了 IGBT器件的稳定性，优化了 IGBT器件的导通性能和关断性能等。
[0054]由于第二基板32的掺杂浓度大于第一基板31的掺杂浓度，因此，第二基板32能够抑制空穴进入P型阱区320，起到电导调制效应，并且，高掺杂浓度的第二基板32能够增加发射极324下方的载流子浓度，降低了导通压降以及关断损耗等。
[0055]本实施例提供的IGBT器件的制作方法，第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于本体层第一表面的缓冲层，第二基板具有第二掺杂浓度，第二掺杂浓度大于第一掺杂浓度，将第二基板键合在本体层的第二表面之后，可在第二基板内制作阱区和源区，这样第二基板就相当于包裹阱区的载流子存储层，并且，与现有的载流子存储层相比，第二基板的制作工艺更简单、成本更低，且第二基板的均匀性更好，从而提高了 IGBT器件的稳定性，优化了性能。
[0056]本发明的另一个实施例提供了一种IGBT器件，该IGBT器件是采用本发明提供的任一制作方法形成的，如图3d所示，所述IGBT器件包括:
[0057]第一基板31，所述第一基板31包括具有第一掺杂浓度的本体层311和位于所述本体层311第一表面的缓冲层310 ;
[0058]第二基板32，所述第二基板32具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；
[0059]其中，所述第二基板32键合在所述第一基板31的本体层311的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。
[0060]位于所述第二基板32表面内的阱区320和源区321 ;
[0061]位于所述第二基板32表面的栅介质层322、栅极323和发射极324 ;
[0062]以及位于所述缓冲层310表面的集电极313。
[0063]本实施例提供的IGBT器件，第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于本体层第一表面的缓冲层，第二基板具有第二掺杂浓度，第二掺杂浓度大于第一掺杂浓度，将第二基板键合在本体层的第二表面之后，可在第二基板内制作阱区和源区，这样第二基板就相当于包裹阱区的载流子存储层，并且，与现有的载流子存储层相比，第二基板的制作工艺更简单、成本更低，且第二基板的均匀性更好，从而提高了 IGBT器件的稳定性，优化了性會K。
[0064]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0065]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种IGBT器件的制作方法，其特征在于，包括: 提供第一基板，所述第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于所述本体层第一表面的缓冲层； 提供第二基板，所述第二基板具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度； 将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面之后，还包括: 在所述键合后的第二基板的表面内制作阱区和源区； 在所述第二基板的表面制作栅介质层、栅极和发射极。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面之后，还包括: 在所述键合后的第一基板的缓冲层表面制作集电极。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述IGBT器件为平面栅结构的IGBT器件时，所述第二基板的厚度范围为4 μπι?10 μπι。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述IGBT器件为沟槽结构的IGBT器件时，所述第二基板的厚度小于所述沟槽的厚度。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述将所述第二基板键合在所述本体层的第二表面的过程包括: 对所述第一基板和第二基板的表面进行亲水性预处理； 将所述第二基板键合在所述第一基板的本体层的第二表面； 对键合后的第一基板和第二基板进行高温退火。7.—种IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件是采用权利要求1_6任一项所述的方法制作而成的，所述IGBT器件包括: 第一基板，所述第一基板包括具有第一掺杂浓度的本体层和位于所述本体层第一表面的缓冲层； 第二基板，所述第二基板具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度； 其中，所述第二基板键合在所述第一基板的本体层的第二表面，所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。8.根据权利要求7所述的器件，其特征在于，所述IGBT器件还包括: 位于所述第二基板表面内的阱区和源区； 位于所述第二基板表面的栅介质层、栅极和发射极； 以及，位于所述缓冲层表面的集电极。
【文档编号】H01L29/739GK106033771SQ201510121640
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月19日
【发明人】戴庆芸, 朱阳军, 卢烁今, 田晓丽
【申请人】江苏物联网研究发展中心, 江苏中科君芯科技有限公司