絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法，特別是能防止擊穿電壓降低，減少導通電壓降，提高工作效率的絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著IT技術的發展，各個領域對高性能電力半導體元件的需求都在增加。其中絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)作為新型電力半導體場控自關斷器件，集功率M0SFET的高速開關性能與雙極性器件(BJT)的大電流驅動能力、低正向電壓降和優秀的正向傳導性能于一體，具有耐高壓、承受電流大等優點，在各種電力變換中獲得極廣泛的應用。
[0003]如圖1所示，現有技術的絕緣柵雙極型晶體管的下端是集電極，上端是發射極和柵極，由N+發射極、P基極、N漂移區和柵極構成的M0SFET，以及由P基極、N漂移區和P集電極構成的PNP BJT連接而成，現有技術的絕緣柵雙極型晶體管，當在集電極施加一個負偏壓并低于門限值時，N漂移區和P+之間創建的J1結就會受到反向偏壓控制，此時，耗盡層則會向低摻雜濃度的N漂移區擴展。這個耗盡層的區域越大，能支持的擊穿電壓就越高，IGBT管在關斷時就能阻抗高電壓。當柵極和發射極短接并在集電極端子施加一個正電壓時，N漂移區和P基區之間的J2結受反向電壓控制，此時，仍然是由N漂移區中的耗盡層承受外部施加的電壓。
[0004]上述絕緣柵雙極型晶體管應具有以下特征:關斷時的可承受的阻斷電壓，即擊穿電壓提高，同時導通壓降減少。然而，電力半導體的擊穿電壓和導通損耗是此消彼長的權衡關系，為了解決這一問題，開發出了在低摻雜濃度的N-漂移區插入P型浮島的FUM0S(Floating Island M0S)。最大電場強度向浮島和P基區分散，可以提高既有的摻雜濃度，減少JFET區的阻抗。但是，在高電壓狀態下采用FUM0S時，會發生因為漂移區的擴大，存在導通阻抗增大，而且制造成本也會增加的問題。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制備方法，旨在防止絕緣柵雙極型晶體管擊穿電壓下降，減少導通壓降，以提高IGBT元器件在高電壓領域應用時的可靠性。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種絕緣柵雙極型晶體管，包括半導體襯底；在所述半導體襯底的正面外延生長成的N-漂移區；在上述N-漂移區上制備形成包括柵極和發射極的上部端子；在所述半導體襯底的背面形成集電極的下部端子；在所述N-漂移區內部至少形成一個P型浮島。
[0007]本發明公開的絕緣柵雙極型晶體管通過在N-漂移區插入浮島結構的P層，提高N-漂移區濃度，從而防止擊穿電壓下降，減少導通壓降，以達到提高半導體性能的效果。
[0008]本發明還公開了上述絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括步驟:
501、準備P型襯底，在所述P型襯底上外延生長形成預定厚度的N-漂移區；
502、在所述N-漂移區上噴涂光刻膠，進行光刻加工；在光刻膠噴涂處注入硼離子，形成至少一個浮島結構的P層；
503、在所述浮島結構的P層的N-漂移區，通過外延生長再形成一個N-漂移區；
504、在所述再形成的N-漂移區上形成包括發射極和柵極的上部端子，在所述P型襯底的背面形成包括集電極的下部端子。
[0009]進一步的，所述外延生長是將P型襯底置于超高真空腔中，將需要生長的單晶物質加熱到預定溫度，使其以分子流射出，在P型襯底上生長出單晶層。
[0010]上述絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括步驟:
511、提供一個N型半導體材料制成的N型襯底；
512、將光刻膠溶液噴涂到所述N型襯底表面，定義需要注入的區域，進行光刻加工；然后使用離子注入法將硼離子嵌入襯底中，形成至少一個浮島結構的P層；
513、在所述浮島結構的P層的N型襯底表面，外延生長形成一層N-漂移區；
514、在所述外延生成的N-漂移區上形成包括發射極和柵極的上部端子；然后，通過CMP工藝對所述N型襯底的背面進行減薄/拋光，形成包括P型集電極的下部端子。
[0011]上述絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括步驟:
521、提供預定摻雜濃度的N型半導體材料制成的第一襯底；
522、在所述第一襯底表面上形成一層光刻膠薄膜，進行光刻加工，接著，用離子注入法將高能硼離子嵌入第一襯底中，形成至少一個浮島結構的P層；
523、提供與所述第一襯底摻雜濃度相同的第二襯底，將第二襯底與所述第一襯底黏著鍵合形成N-漂移區；
524、將第二襯底的表面通過CMP工藝減薄/拋光，形成包括發射極和柵極的上部端子；并通過CMP工藝對所述第一襯底的背面進行減薄/拋光，形成包括P型集電極的下部端子。
[0012]本發明公開的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法是在半導體襯底上形成浮島結構，省略了 N-漂移區外延生長的工藝成本，從而能節省絕緣柵雙極型晶體管的制造成本，比外延生成的N-漂移區具有更均勻的摻雜濃度。
【附圖說明】
[0013]圖1為現有技術中的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖；
圖2為本發明在一實施例中的工藝流程示意圖；
圖3為本發明在另一實施例中的工藝流程示意圖；
圖4為本發明在又一實施例中的工藝流程示意圖；
圖5為本發明的絕緣柵雙極型晶體管在一實施例的電場分布圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細闡述。
[0015]本發明公開的絕緣柵雙極型晶體管包括半導體襯底；在所述半導體襯底的正面外延生長成的N-漂移區；在上述N-漂移區上制備形成包括柵極和發射極的上部端子；在所述半導體襯底的背面形成集電極的下部端子；在所述N-漂移區內部至少形成一個P型浮島ο
[0016]以下結合圖2，詳細介紹本發明的絕緣柵雙極型晶體管在一實施例的制備方法:
圖2是該制備方法的流程圖，如圖2 (a)所示，需要準備Ρ型襯底(110)，然后，如圖2
(b)所示，在上述P型襯底(110)上外延生長形成預定厚度的N-漂移區(120)，在N-漂移區上噴涂光刻膠，進行光刻加工；在光刻膠噴涂處注入硼離子，形成至少一個浮島結構的P層
(122);然后，如圖2 (c)所示，在形成的浮島結構的P層(122)的N-漂移區(120)上，通過外延生長再形成一個N-漂移區(120)，上述外延工藝是在單晶襯底上通過分子束外延技術生長出與襯底晶向一致的極薄的單晶層，即將襯底置于超高真空腔中，將需要生長的單晶物質加熱到適當的溫度，使其以分子流射出，在襯底上生長出極薄的單晶層。外延工序具有以下特征:形成的單晶層可以是單原子層的厚度，非常薄，但是對復雜的超晶格結構能進行精密控制；之后，如圖2 (d)所示，在通過圖2 (c)所示的工序再生長的N-漂移區(120)上形成包括發射極(140)和柵極(130)的上部端子，在上述襯底(110)的背面形成包括集電極(150)的下部端子，從而制備在N-漂移區形成具有浮島結構的P層的絕緣柵雙極型晶