一种igbt结构及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种IGBT结构及其制作方法，属于半导体功率器件。该结构从背面到正面依次包括，P+集电极，N+缓冲层、N-基底、P+基区、栅极和发射极；其中，P+集电极位于IGBT器件的底部，N+缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，P+型集电极到N-基底之间依次有第三缓冲层、第二缓冲层和第一缓冲层。本发明可以对IGBT的正向导通压降和关断时间分别优化，从而可以获得更好的导通和关断的折中曲线，进而可以优化IGBT的开关特性。
【专利说明】一种IGBT结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体功率器件，特别涉及一种IGBT结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]常规的非穿通型IGBT采用区熔单晶硅衬底制备。在阻断工作条件下，电场在N-基底区域的分布为三角形，阻断电压随着N-基底区域厚度的增大而增大。当N-基底区域的厚度增大后，正向导通的压降也会随之增大。另一方面，在正向导通的状态下N-基底区域会存储大量的少子电荷，一般来讲，在N-基底区域会同时存在少子和多子电荷，因此在关断的过程中，随N-基底区域厚度的增大对应的关断时间也随之增大。与非穿通型IGBT器件结构相比，电场阻断型IGBT通过在背面N-基底区域和P+集电极之间添加一层N+缓冲层，作为电场的阻挡层。这种方法可以在相同的阻断电压下减少N-基底区域的厚度，从而能够降低IGBT的正向导通压降和关断时间。参见图1，给出了电场阻断型IGBT的结构，N+缓冲层的厚度和掺杂浓度主要受以下三个因素影响:1)阻断电压的限制。在阻断状态下，电场主要分布在N-基底区域内，在N-基底/N+缓冲层界面处，根据高斯定理，界面处电场强度分布由界面处掺杂浓度决定，而N+缓冲层区域电压降由N+缓冲层的厚度和掺杂浓度决定。2)在N+缓冲层/P+集电极层界面处，背面集电极的注入效率受P+集电极和N+缓冲层的掺杂浓度的限制。增大N+缓冲层的掺杂浓度会降低背面集电极的注入效率，背面集电极注入效率是IGBT的最基本参数，对IGBT的阻断电压，正向导通压降，跨导等许多参数都有影响。3)在N+缓冲层的中间区域，其掺杂浓度主要对少数载流子的寿命产生影响，进而影响IGBT的关断时间。
[0003]现有技术中，在N-基底区和P+集电极区域之间添加N+缓冲层，厚度在IOOnm到2 μ m。其功能为阻断电场，并可以降低N-基底层的厚度。N+缓冲层掺杂的总剂量约为1E12/cm2，典型的掺杂浓度在lE16/cm3以上，掺杂采用离子注入，参见图2，给出了现有技术中电场阻断型IGBT的纵向掺杂浓度分布。离子注入后的高温退火只是部分消除离子注入产生的损伤，其温度小于600°C。现有技术中还提出了一种穿通型IGBT的结构，背面的N+缓冲层通过一次或者多次质子辐照的方法制备，在多次的质子辐照过程中，在辐照能量降低的同时增加辐照的剂量，越靠近集电极区域N+缓冲层掺杂浓度越高。按照泊松定律，电场的梯度与掺杂浓度成正比，采用这种掺杂浓度的目的主要是获得更快的电场阻断速度。
[0004]IGBT的导通电压和关断时间是其最重要的参数，电场阻断层由一次离子注入形成。离子注入后杂质的分布为高斯分布，其浓度峰值和深度可以通过注入的剂量和能量调节。然而这种方法对杂质分布形状的优化的自由度较低，不能够独立优化导通电压和关断时间，同时关断能耗也高。另外，关于多次的质子辐照主要用来优化电场分布的方法，却并没有考虑到少数载流子寿命和背面集电极PN结注入效率的优化。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT结构及其制作方法，解决了现有技术中导通电压高和关断能耗高的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种IGBT结构，从背面到正面依次包括，P+集电极，N+缓冲层、N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；其中，所述P+集电极位于所述IGBT器件的底部，所述N+缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，所述P+型集电极到所述N-基底之间依次有所述第三缓冲层、所述第二缓冲层和所述第一缓冲层，所述第一缓冲层的厚度为0.1 μ m-2 μ m，所述第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3 - 5el6/cm3,所述第二缓冲层的厚度为I μ m-20 μ m,所述第二缓冲层的掺杂浓度为lel2/cm3- lel5/cm3，所述第三缓冲层的厚度为0.5 μ m_2 μ m，所述第三缓冲层的掺杂浓度为 5el5/cm3 -1e 17/cm3。
[0007]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0008]步骤101:选择N-型衬底，依次形成正面P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0009]步骤102:将所述N-型衬底的背面减薄；
[0010]步骤103:在所述N-型衬底的背面通过离子注入法或通过质子辐照的方法形成第一缓冲层，其中，通过离子注入法形成的所述第一缓冲层的杂质的峰值深度为2 μ m-20 μ m,所述离子注入法注入的剂量为lel2/cm2 - lel6/cm2 ；
[0011]步骤104:在所述N-型衬底的背面通过离子注入法形成第三缓冲层，所述第三缓
冲层的杂质的峰值深度为0.1 μ m-2 μ m，所述离子注入法注入的剂量为Ie 12/cm2 - lel6/
2
cm ο
[0012]步骤105:对所述第一缓冲层和所述第三缓冲层进行高温退火；
[0013]步骤106:在所述N-型衬底的底部依次通过离子注入和退火形成P+集电极；
[0014]步骤107:在所述N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag ；
[0015]步骤108:将所述背金系统AL-T1-N1-Ag作为散射层，通过辐照方法形成第二缓冲层，所述第二缓冲层的杂质的峰值深度为I μ m-20 μ m ；
[0016]步骤109:高温退火。
[0017]进一步地,在所述步骤103中，所述第一缓冲层的杂质的峰值深度6 μ m-12 μ m,所述第三缓冲层的杂质的峰值深度为0.4 μ m-1.2 μ m，所述第二缓冲层的杂质的峰值深度为5 μ m-10 μ m。
[0018]进一步地，所述第一缓冲层的杂质的峰值深度大于所述第二缓冲层的杂质的峰值深度，所述第二缓冲层的杂质的峰值深度大于第三缓冲层的杂质的峰值深度。
[0019]进一步地，在所述步骤105中，所述退火的温度为350°C - 550°C，优选地，所述退火的温度为400°C - 500°C。
[0020]进一步地，在所述步骤108中，所述辐照的离子为质子、中子、电子或者阿尔法粒子中的任意一种。
[0021]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0022]步骤201:选择N-型衬底，依次形成正面的P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0023]步骤202:将所述N-型衬底的背面减薄；
[0024]步骤203:在所述N-型衬底的背面通过沉淀形成第一薄膜层；[0025]步骤204:在所述第一薄膜层上掺杂形成第一缓冲层，然后，高温退火；
[0026]步骤205:在所述第一缓冲层上通过沉淀形成第二薄膜层，所述第二薄膜层为第二缓冲层；
[0027]步骤206:在所述第二缓冲层上通过沉淀形成第三薄膜层；
[0028]步骤207:在所述第三薄膜层上掺杂形成第三缓冲层，然后，高温退火；
[0029]步骤208:在所述N-型衬底的底部通过离子注入法形成P+集电极；
[0030]步骤209:在所述N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag。
[0031]进一步地，所述第一薄膜层、所述第二薄膜层或所述第三薄膜层为多晶或非晶形态，所述第一薄膜层、所述第二薄膜层或所述第三薄膜层的材料为硅、锗或锗硅合金中的任意一种。
[0032]进一步地，所述掺杂的方法为离子注入方法、质子辐照的方法或者原位掺杂的方法中的任意一种。
[0033]进一步地，在所述步骤204和所述步骤208中，所述离子注入法的离子为P、As或者Sb的任意一种。
[0034]本发明提供的一种IGBT结构及其制作方法，可以对IGBT的正向导通压降和关断时间分别优化，获得更低的导通电压和关断能耗，进而可以优化IGBT的开关特性，从而可以获得更好的导通和关断的折中曲线，进而可以优化IGBT的开关特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为现有技术提供的电场阻断型IGBT的结构示意图；
[0036]图2为现有技术提供的IGBT的掺杂分布图；
[0037]图3为本发明实施例提供的一种电场阻断型IGBT的结构示意图；
[0038]图4为本发明实施例提供的一种电场阻断型IGBT的纵向掺杂浓度分布图；
[0039]图5为本发明实施例提供的另一种电场阻断型IGBT的纵向掺杂浓度分布图。
【具体实施方式】
[0040]实施例1:
[0041]参见图3，本发明实施例提供的一种IGBT结构，从背面到正面依次包括，P+集电极，N+缓冲层、N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；其中，P+集电极位于IGBT器件的底部，N+缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，P+型集电极到N-基底之间依次有第三缓冲层、第二缓冲层和第一缓冲层。其中，第一缓冲层的厚度为
0.1 μ m，第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3，第二缓冲层的厚度为20 μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3，第三缓冲层的厚度为2μπι，第三缓冲层的掺杂浓度为5el5/cm3。
[0042]实施例2:
[0043]参见图3，本发明实施例提供的一种IGBT结构，从背面到正面依次包括，P+集电极，N+缓冲层、N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；其中，P+集电极位于IGBT器件的底部，N+缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，P+型集电极到N-基底之间依次有第三缓冲层、第二缓冲层和第一缓冲层。其中，第一缓冲层的厚度为2 μ m，第一缓冲层的掺杂浓度为5el6/cm3，第二缓冲层的厚度为I μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为lel2/cm3，第三缓冲层的厚度为0.5 μ m，第三缓冲层的掺杂浓度为lel7/cm3。
[0044]实施例3:
[0045]参见图3，本发明实施例提供的一种IGBT结构，从背面到正面依次包括，P+集电极，N+缓冲层、N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；其中，P+集电极位于IGBT器件的底部，N+缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，P+型集电极到N-基底之间依次有第三缓冲层、第二缓冲层和第一缓冲层。其中，第一缓冲层的厚度为
Iμ m，第一缓冲层的掺杂浓度为lel7/cm3，第二缓冲层的厚度为10 μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为lel3/cm3，第三缓冲层的厚度为1.2 μ m，第三缓冲层的掺杂浓度为le6/cm3。
[0046]实施例4:
[0047]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0048]步骤101:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0049]步骤102:将N-型衬底的背面减薄；
[0050]步骤103:在N-型衬底的上面通过离子注入法形成第一缓冲层，第一缓冲层的杂质的峰值深度为4 μ m，离子注入法注入的剂量为lel2/cm2，第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3，离子注入法的离子为P ；
[0051]步骤104:在N-型衬底的背面通过离子注入法形成第三缓冲层，第三缓冲层的杂质的峰值深度为1.5 μ m，离子注入法注入的剂量为lel6/cm2，第三缓冲层的掺杂浓度为5el5/cm3，参见图4，离子注入法的离子为As ；
[0052]步骤105:对第一缓冲层和第三缓冲层进行高温退火，退火的温度为450°C ；
[0053]步骤106:在N-型衬底的底部依次通过离子注入和退火形成P+集电极，其中，离子注入法的离子为B ；
[0054]步骤107:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag ；
[0055]步骤108:将背金系统AL-T1-N1-Ag作为散射层，通过辐照方法形成第二缓冲层，其中，与第一缓冲层和第三缓冲层相比，第二缓冲层具有更宽的杂质分布，由于第二缓冲层具有较多的缺陷，因此其少数载流子寿命较低。第二缓冲层的宽度由第一缓冲层和第三缓冲层的注入峰值深度决定。第二缓冲层的峰值深度为I μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为lel2/cm3，参见图4，辐照的离子为质子；
[0056]步骤109:高温退火，退火的温度为300°C。
[0057]实施例5:
[0058]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0059]步骤101:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0060]步骤102:将N-型衬底的背面减薄；
[0061]步骤103:在N-型衬底的上面通过离子注入法形成第一缓冲层，第一缓冲层的杂质的峰值深度为6 μ m，离子注入法注入的剂量为lel6/cm2，第一缓冲层的掺杂浓度为5el6/cm3,参见图4，形成第一缓冲层还包括通过质子辐照的方法，离子注入法的离子为As中的任
种;
[0062]步骤104:在靠近P+集电极通过离子注入法形成第三缓冲层，第三缓冲层的杂质的峰值深度为0.1 μ m，离子注入法注入的剂量为lel2/cm2，第三缓冲层的掺杂浓度为lel7/cm3，参见图4，离子注入法的离子为P ；
[0063]步骤105:对第一缓冲层和第三缓冲层进行高温退火，退火的温度为550°C ；
[0064]步骤106:在N-型衬底的底部依次通过离子注入和退火形成P+集电极，其中，所述离子注入法的离子为BF2 ；
[0065]步骤107:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag ；
[0066]步骤108:将背金系统AL-T1-N1-Ag作为散射层，通过辐照方法形成第二缓冲层，其中，与第一缓冲层和第三缓冲层相比，第二缓冲层具有更宽的杂质分布，由于第二缓冲层具有较多的缺陷，因此其少数载流子寿命较低。第二缓冲层的宽度由第一缓冲层和第三缓冲层的注入峰值深度决定。第二缓冲层的杂质的峰值深度为I μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3，参见图4，辐照的离子为中子；
[0067]步骤109:高温退火，退火的温度为200°C。
[0068]实施例6:
[0069]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0070]步骤101:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0071]步骤102:将N-型衬底的背面减薄；
[0072]步骤103:在N-型衬底的上面通过质子辐照形成第一缓冲层，第一缓冲层的杂质的峰值深度为6 μ m，第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3 ；
[0073]步骤104:在靠近P+集电极通过离子注入法形成第三缓冲层，第三缓冲层的杂质的峰值深度为0.1 μ m，离子注入法注入的剂量为lel6/cm2，第三缓冲层的掺杂浓度为5el5/cm3，离子注入法的离子为Sb ；
[0074]步骤105:对第一缓冲层和第三缓冲层进行高温退火，退火的温度为400°C ；
[0075]步骤106:在N-型衬底的底部依次通过离子注入和退火形成P+集电极，其中，离子注入法的离子为B ；
[0076]步骤107:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag ；
[0077]步骤108:将背金系统AL-T1-N1-Ag作为散射层，通过辐照方法形成第二缓冲层，其中，与第一缓冲层和第三缓冲层相比，第二缓冲层具有更宽的杂质分布，由于第二缓冲层具有较多的缺陷，因此其少数载流子寿命较低。第二缓冲层的宽度由第一缓冲层和第三缓冲层的注入峰值深度决定。第二缓冲层的杂质的峰值深度为5 μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为lel2/cm3，辐照的离子为电子；
[0078]步骤109:高温退火，退火的温度为300°C。
[0079]实施例7:
[0080]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0081]步骤101:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0082]步骤102:将N-型衬底的背面减薄；
[0083]步骤103:在N-型衬底的上面通过质子辐照形成第一缓冲层，第一缓冲层的杂质的峰值深度为20 μ m，第一缓冲层的掺杂浓度为5el6/cm3 ；[0084]步骤104:在靠近P+集电极通过离子注入法形成第三缓冲层，第三缓冲层的杂质的峰值深度为1.2 μ m，离子注入法注入的剂量为lel2/cm2，第三缓冲层的掺杂浓度为lel7/cm3，参见图4，离子注入法的离子为Sb ；
[0085]步骤105:对第一缓冲层和第三缓冲层进行高温退火，退火的温度为500°C ；
[0086]步骤106:在N-型衬底的底部依次通过离子注入和退火形成P+集电极，其中，所述离子注入法的离子为BF2 ；
[0087]步骤107:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag ；
[0088]步骤108:将背金系统AL-T1-N1-Ag作为散射层，通过辐照方法形成第二缓冲层，其中，与第一缓冲层和第三缓冲层相比，第二缓冲层具有更宽的杂质分布，由于第二缓冲层具有较多的缺陷，因此其少数载流子寿命较低。第二缓冲层的宽度由第一缓冲层和第三缓冲层的注入峰值深度决定。第二缓冲层的杂质的峰值深度为10 μ m，第二缓冲层的掺杂浓度为el2/cm3，辐照的离子为阿尔法粒子；
[0089]步骤109:高温退火，退火的温度为300°C。
[0090]实施例8:
[0091]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0092]步骤201:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0093]步骤202:将N-型衬底的背面减薄；
[0094]步骤203:在N-型衬底的背面通过沉淀形成第一薄膜层，第一薄膜层、为多晶形态，第一薄膜层的材料为硅；
[0095]步骤204:在第一薄膜层上通过离子注入方法形成第一缓冲层，第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3，参见图5，然后，高温退火，其中，退火的温度为350°C，第一薄膜层厚度为 0.1 μ m ;
[0096]步骤205:在第一缓冲层上通过沉淀形成第二薄膜层，其厚度为I μ m，第二薄膜层为第二缓冲层，第二薄膜层为非晶形态，第二薄膜层的材料为锗，第二缓冲层的杂质的峰值深度为I μ m，由于在多晶或者非晶薄膜中具有较多的载流子复合中心，因此少数载流子的寿命较单晶硅衬底材料更低。和形成在单晶衬底上的第二缓冲层相比，形成在多晶或者非晶薄膜上的第二缓冲层具有更低的载流子寿命，因此具有更大的复合速率；
[0097]步骤206:在第二缓冲层上通过沉淀形成第三薄膜层，第三薄膜层为多晶，其厚度为I μ m，第三薄膜层的材料为锗硅合金；
[0098]步骤207:在第三薄膜层上通过原位掺杂的方法形成第三缓冲层，第三缓冲层的掺杂浓度为5el5/cm3，参见图5，然后，高温退火，其中，退火的温度为400°C ；
[0099]步骤208:在N-型衬底的底部通过离子注入法形成P+集电极，所述离子注入法的离子为B ；
[0100]步骤209:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag。
[0101]实施例9:
[0102]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0103]步骤201:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；[0104]步骤202:将N-型衬底的背面减薄；
[0105]步骤203:在N-型衬底的背面通过沉淀形成第一薄膜层，第一薄膜层为非晶形态，第一薄膜层的材料为锗；
[0106]步骤204:在第一薄膜层上通过质子辐照的方法形成第一缓冲层，第一缓冲层的掺杂浓度为5el6/cm3，然后，高温退火，其中，退火的温度为400°C，第一薄膜层厚度为
2μ m ；
[0107]步骤205:在第一缓冲层上通过沉淀形成第二薄膜层，其厚度为20 μ m，第二薄膜层为第二缓冲层，第二薄膜层为多晶形态，第二薄膜层锗硅合金，第二缓冲层的杂质的峰值深度为20 μ m,由于在多晶或者非晶薄膜中具有较多的载流子复合中心，因此少数载流子的寿命较单晶硅衬底材料更低。和形成在单晶衬底上的第二缓冲层相比，形成在多晶或者非晶薄膜上的第二缓冲层具有更低的载流子寿命，因此具有更大的复合速率；
[0108]步骤206:在第二缓冲层上通过沉淀形成第三薄膜层，第三薄膜层为非晶形态，其厚度为2.5 μ m，第三薄膜层的材料为硅；
[0109]步骤207:在第三薄膜层上通过离子注入方法形成第三缓冲层，第三缓冲层的掺杂浓度为lel7/cm3，然后，高温退火，其中，退火的温度为350°C ；
[0110]步骤208:在N-型衬底的底部通过离子注入法形成P+集电极，离子注入法的离子为 BF2 ；
[0111]步骤209:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag。
[0112]实施例10:
[0113]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0114]步骤201:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0115]步骤202:将N-型衬底的背面减薄；
[0116]步骤203:在N-型衬底的背面通过沉淀形成第一薄膜层，第一薄膜层为多晶，第一薄膜层的材料为锗硅合金；
[0117]步骤204:在第一薄膜层上通过原位掺杂的方法形成第一缓冲层，第一缓冲层的掺杂浓度为5el6/cm3，然后，高温退火，其中，退火的温度为400°C，第一薄膜层厚度为
0.1 μ m ；；
[0118]步骤205:在第一缓冲层上通过沉淀形成第二薄膜层，其厚度为I μ m，第二薄膜层为第二缓冲层，第二薄膜层为非晶形态，第二薄膜层为锗硅合金，第二缓冲层的杂质的峰值深度为5 μ mm,由于在多晶或者非晶薄膜中具有较多的载流子复合中心，因此少数载流子的寿命较单晶硅衬底材料更低。和形成在单晶衬底上的第二缓冲层相比，形成在多晶或者非晶薄膜上的第二缓冲层具有更低的载流子寿命，因此具有更大的复合速率；
[0119]步骤206:在第二缓冲层上通过沉淀形成第三薄膜层，第三薄膜层为非晶形态，其厚度为I μ m，第三薄膜层的材料为硅；
[0120]步骤207:在第三薄膜层上通过离子注入方法形成第三缓冲层，第三缓冲层的掺杂浓度为lel7/cm3，然后，高温退火，其中，退火的温度为400°C ；
[0121]步骤208:在N-型衬底的底部通过离子注入法形成P+集电极，离子注入法的离子为B ；[0122]步骤209:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag。
[0123]实施例11:
[0124]一种IGBT结构的制作方法，包括如下步骤:
[0125]步骤201:选择N-型衬底，依次形成正面的N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；
[0126]步骤202:将N-型衬底的背面减薄；
[0127]步骤203:在N-型衬底的背面通过沉淀形成第一薄膜层，第一薄膜层为非晶形态，第一薄膜层的材料为硅；
[0128]步骤204:在第一薄膜层上通过离子注入方法形成第一缓冲层，第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3，然后，高温退火，其中，退火的温度为500°C，第一薄膜层厚度为I μ m ;
[0129]步骤205:在第一缓冲层上通过沉淀形成第二薄膜层，其厚度为20 μ m，第二薄膜层为第二缓冲层，第二缓冲层的杂质的峰值深度为10 μ m，由于在多晶或者非晶薄膜中具有较多的载流子复合中心，因此少数载流子的寿命较单晶硅衬底材料更低。和形成在单晶衬底上的第二缓冲层相比，形成在多晶或者非晶薄膜上的第二缓冲层具有更低的载流子寿命，因此具有更大的复合速率；
[0130]步骤206:在第二缓冲层上通过沉淀形成第三薄膜层，第三薄膜层为多晶形态，其厚度为I μ m，第三薄膜层的材料为锗；
[0131]步骤207:在第三薄膜层上通过原位掺杂的方法形成第三缓冲层，第三缓冲层的掺杂浓度为5el5/cm3，然后，高温退火，其中，退火的温度为500°C ；
[0132]步骤208:在N-型衬底的底部通过离子注入法形成P+集电极，所述离子注入法的离子为BF2 ；
[0133]步骤209:在N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag。
[0134]本发明实施例的优点:
[0135]I)采用离子注入，具有精确的杂质浓度控制；
[0136]2)采用多次离子注入和辐照，可以获得更理想的N-缓冲层区域掺杂浓度分布；
[0137]3)采用第一缓冲层可以阻断电场，因此可以降低N-基底区域的厚度和正向导通压降；
[0138]4)背面集电极的注入效率受P+集电极和第三缓冲层的掺杂浓度的限制，通过优化第三缓冲层浓度可以优化IGBT的阻断电压，正向导通压降和跨导等相关参数；
[0139]5)第二缓冲层区域具有更低的载流子寿命，因此在关断过程中IGBT具有更快的关断速度。
[0140]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种IGBT结构，其特征在于，从背面到正面依次包括，P+集电极，N+缓冲层、N-基底、P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极；其中，所述P+集电极位于所述IGBT器件的底部，所述N+缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，所述P+型集电极到所述N-基底之间依次有所述第三缓冲层、所述第二缓冲层和所述第一缓冲层，所述第一缓冲层的厚度为0.1 μ m-2 μ m,所述第一缓冲层的掺杂浓度为lel5/cm3 - 5el6/cm3,所述第二缓冲层的厚度为I μ m-20 μ m,所述第二缓冲层的掺杂浓度为lel2/cm3 - lel5/cm3,所述第三缓冲层的厚度为0.5 μ m-2 μ m，所述第三缓冲层的掺杂浓度为5el5/cm3 - lel7/cm3。
2.—种IGBT结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤101:选择N-型衬底，依次形成正面P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极； 步骤102:将所述N-型衬底的背面减薄； 步骤103:在所述N-型衬底的背面通过离子注入法或通过质子辐照的方法形成第一缓冲层，其中，通过离子注入法形成的所述第一缓冲层的杂质的峰值深度为2 μ m-20 μ m，所述离子注入法注入的剂量为lel2/cm2 - lel6/cm2 ； 步骤104:在所述N-型衬底的背面通过离子注入法形成第三缓冲层，所述第三缓冲层的杂质的峰值深度为0.1 μ m-2 μ m,所述离子注入法注入的剂量为lel2/cm2 - lel6/cm2。步骤105:对所述第一缓冲层和所述第三缓冲层进行高温退火； 步骤106:在所述N-型衬底的底部依次通过离子注入和退火形成P+集电极； 步骤107:在所述N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag ； 步骤108:将所述背金系统AL-T1-N1-Ag作为散射层，通过辐照方法形成第二缓冲层，所述第二缓冲层的杂质的峰值深度为I μ m-20 μ m ； 步骤109:高温退火。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤103中，所述第一缓冲层的杂质的峰值深度6 μ m-12 μ m，所述第三缓冲层的杂质的峰值深度为0.4 μ m_L 2 μ m，所述第二缓冲层的杂质的峰值深度为5 μ m-10 μ m。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一缓冲层的杂质的峰值深度大于所述第二缓冲层的杂质的峰值深度，所述第二缓冲层的杂质的峰值深度大于第三缓冲层的杂质的峰值深度。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤105中，所述退火的温度为3500C _ 550°C，优选地，所述退火的温度为400°C - 500°C。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤108中，所述辐照的离子为质子、中子、电子或者阿尔法粒子中的任意一种。
7.—种IGBT结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤201:选择N-型衬底，依次形成正面的P+基区、N+发射区、栅极氧化层、栅极和发射极； 步骤202:将所述N-型衬底的背面减薄； 步骤203:在所述N-型衬底的背面通过沉淀形成第一薄膜层； 步骤204:在所述第一薄膜层上掺杂形成第一缓冲层，然后，高温退火； 步骤205:在所述第一缓冲层上通过沉淀形成第二薄膜层，所述第二薄膜层为第二缓冲层； 步骤206:在所述第二缓冲层上通过沉淀形成第三薄膜层； 步骤207:在所述第三薄膜层上掺杂形成第三缓冲层，然后，高温退火； 步骤208:在所述N-型衬底的底部通过离子注入法形成P+集电极； 步骤209:在所述N-型衬底的底部，采用淀积方法，生长背金系统AL-T1-N1-Ag。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一薄膜层、所述第二薄膜层或所述第三薄膜层为多晶或非晶形态，所述第一薄膜层、所述第二薄膜层或所述第三薄膜层的材料为硅、锗或锗硅合金中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述掺杂的方法为离子注入方法、质子辐照的方法或者原位掺杂的方法中的任意一种。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述步骤204和所述步骤208中，所述离子注入法的离子为P、As或者Sb的任意一种。
【文档编号】H01L29/739GK103839994SQ201310087246
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】胡爱斌, 朱阳军, 卢烁今, 王波, 陆江, 吴振兴, 田晓丽, 赵佳 申请人:上海联星电子有限公司, 中国科学院微电子研究所, 江苏中科君芯科技有限公司