Igbt器件及其制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種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摻雜濃度的本體層和位于所述本體層第一表面的緩沖層；提供第二基板，所述第二基板具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度；將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。將第二基板鍵合在本體層的第二表面之后，可在第二基板內制作阱區和源區，這樣第二基板就相當于包裹阱區的載流子存儲層，并且，與現有的載流子存儲層相比，第二基板的制作工藝更簡單、成本更低，且第二基板的均勻性更好，從而提高了IGBT器件的穩定性，優化了IGBT器件的導通性能和關斷性能等。
【專利說明】
IGBT器件及其制作方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體器件技術領域，更具體地說，涉及一種IGBT器件及其制作方法。
【背景技術】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣棚.雙極型晶體管)是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應管(MOSFET)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。由于IGBT具有驅動功率小以及飽和壓降低等優點，因此，IGBT作為一種新型的電子器件已經被廣泛應用到各個領域。
[0003]常見的平面柵結構的IGBT器件，如圖1a所示，以N型溝道為例，主要包括:N型輕摻雜(N-)的襯底101 ;位于襯底101表面內的P型阱區102(—般為P型輕摻雜)以及位于P型阱區102表面內的N型源區103 ;位于襯底101正面上的柵介質層104和柵極105 ；位于P型阱區102和N型源區103表面上的發射極106 ;位于襯底101背面的漏區107 ( —般為P型重摻雜)以及位于漏區107表面的集電極108。
[0004]由于位于柵極105下方的兩個元胞之間的JFET (Junct1n Field-EffectTransistor，結型場效應晶體管)區(圖1a中虛線所示的區域)具有一定大小的電阻，因此，會在IGBT器件導通時產生一定的壓降。基于此，現有技術中在P型阱區102的下方形成包裹P型阱區102的N型載流子存儲層109，如圖1b所示，以降低IGBT器件的正向導通壓降。但是，由于載流子存儲層的形成過程不易控制，很難做到均勻地包裹P型阱區，因此，分布不均勻的載流子存儲層會導致IGBT器件的穩定性較差，如導致IGBT器件提前擊穿等，影響IGBT器件的性能。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供了一種IGBT器件及其制作方法，以解決現有技術中由于載流子存儲層分布不均勻而導致的IGBT器件穩定性差，影響IGBT器件性能的問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]一種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摻雜濃度的本體層和位于所述本體層第一表面的緩沖層；
[0009]提供第二基板，所述第二基板具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度；
[0010]將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。
[0011]優選的，在將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面之后，還包括:
[0012]在所述鍵合后的第二基板的表面內制作阱區和源區；
[0013]在所述第二基板的表面制作柵介質層、柵極和發射極。
[0014]優選的，在將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面之后，還包括:
[0015]在所述鍵合后的第一基板的緩沖層表面制作集電極。
[0016]優選的，當所述IGBT器件為平面柵結構的IGBT器件時，所述第二基板的厚度范圍為 4 μ m ?10 μ m0
[0017]優選的，當所述IGBT器件為溝槽結構的IGBT器件時，所述第二基板的厚度小于所述溝槽的厚度。
[0018]優選的，所述將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面的過程包括:
[0019]對所述第一基板和第二基板的表面進行親水性預處理；
[0020]將所述第二基板鍵合在所述第一基板的本體層的第二表面；
[0021]對鍵合后的第一基板和第二基板進行高溫退火。
[0022]一種IGBT器件，所述IGBT器件是采用權利要求1_6任一項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摻雜濃度的本體層和位于所述本體層第一表面的緩沖層；
[0024]第二基板，所述第二基板具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度；
[0025]其中，所述第二基板鍵合在所述第一基板的本體層的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。
[0026]優選的，所述IGBT器件還包括:
[0027]位于所述第二基板表面內的阱區和源區；
[0028]位于所述第二基板表面的柵介質層、柵極和發射極；
[0029]以及，位于所述緩沖層表面的集電極。
[0030]與現有技術相比，本發明所提供的技術方案具有以下優點:
[0031]本發明所提供的IGBT器件及其制作方法，第一基板包括具有第一摻雜濃度的本體層和位于本體層第一表面的緩沖層，第二基板具有第二摻雜濃度，第二摻雜濃度大于第一摻雜濃度，將第二基板鍵合在本體層的第二表面之后，可在第二基板內制作阱區和源區，這樣第二基板就相當于包裹阱區的載流子存儲層，并且，與現有的載流子存儲層相比，第二基板的制作工藝更簡單、成本更低，且第二基板的均勻性更好，從而提高了 IGBT器件的穩定性，優化了 IGBT器件的導通性能和關斷性能等。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1a為現有的一種平面柵結構的IGBT器件的結構示意圖；
[0034]圖1b為現有的一種改進的平面柵結構的IGBT器件的結構示意圖；
[0035]圖2為本發明的一個實施例提供的一種IGBT器件的制作方法的流程圖；
[0036]圖3a為本發明的一個實施例提供的第一基板的結構示意圖；
[0037]圖3b為本發明的一個實施例提供的第二基板的結構示意圖；
[0038]圖3c為本發明的一個實施例提供的鍵合后的第一基板和第二基板的結構示意圖；
[0039]圖3d為本發明的一個實施例提供的方法制作的IGBT器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0041]本發明的一個實施例提供了一種IGBT器件的制作方法，該方法的流程圖如圖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摻雜濃度的本體層和位于所述本體層第一表面的緩沖層；
[0043]其中，第一基板的形成過程為:根據待制作的IGBT器件的反向擊穿電壓選取一定厚度和第一摻雜濃度的N型基片，該N型基片為N型硅片，然后在N型基片的第一表面注入一定濃度的磷，以在N型基片的表面形成能夠使電場在其中迅速減小的緩沖層310，緩沖層310之外的區域即為本體層311，第一基片31的結構示意圖如圖3a所示。
[0044]在選取N型基片時，N型基片的第一摻雜濃度是由待制作的IGBT器件的反向擊穿電壓即耐壓決定的，例如，當IGBT器件的耐壓為4500V時，第一摻雜濃度為9.36e12cm 3。
[0045]S202:提供第二基板，所述第二基板具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度；
[0046]如圖3b所示，第二基板32為具有第二摻雜濃度的N型基片即N型硅片，且第二摻雜濃度略大于第一摻雜濃度，而第二摻雜濃度略大于第一摻雜濃度的范圍視具體情況而定，應達到能增強陰極即發射極附近載流子濃度的作用，同時滿足待制作IGBT器件的耐壓如反向擊穿電壓的要求。
[0047]在不影響擊穿電壓的前提下，對于一般的平面柵結構的IGBT器件，第二基板的厚度范圍為4 μ m?10 μ m，對于溝槽型結構的IGBT器件，第二基板的厚度小于所述溝槽的厚度，當然，本發明并不僅限于此，也就是說，第二基板的厚度可根據待制作的IGBT器件的參數進行調整。
[0048]S203:將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。
[0049]在將第二基板32鍵合在第一基板31即本體層311的第二表面之前，需要根據實際情況對第二基板32進行減薄和剖光處理，同時對第一基板31的本體層表面進行剖光處理。
[0050]其中，將所述第二基板32鍵合在所述本體層311的第二表面的過程包括:對所述第一基板31和第二基板32的表面進行親水性預處理；將所述第二基板32鍵合在所述第一基板31的本體層311的第二表面；對鍵合后的第一基板31和第二基板32進行高溫退火。鍵合后的第一基板31和第二基板32的結構示意圖如圖3c所示。
[0051]其中，鍵合是指將兩片表面清潔、原子級平整的同質或異質半導體材料經表面清洗和活化處理后，在一定條件下直接結合，通過范德華力、分子力甚至原子力使晶片鍵合成為一體的技術。鍵合工藝包括硅/硅鍵合以及硅/玻璃鍵合等，本發明中采用的就是硅/硅鍵合。
[0052]此外，在將第二基板32鍵合在本體層311的第二表面之后，還包括:在鍵合后的第二基板32的表面內制作P型阱區320和N型源區321 ;在鍵合后的第二基板32的表面制作柵介質層322、柵極323和發射極324 ;在鍵合后的第一基板31的緩沖層310表面制作集電極313，如圖3d所示。
[0053]在第二基板32內形成P型阱區320之后，P型阱區320周圍的第二基板就相當于包裹P型阱區320的N型載流子存儲層，由于現有的N型載流子存儲層需要一次或兩次不同的掩膜板分別進行離子注入來形成，因此，本發明中的第二基板32的制作工藝更加簡單、成本更低，并且，與離子注入形成的載流子存儲層相比，第二基板32的均勻性更好，且IGBT器件的閾值電壓完全由P型阱區320的注入濃度決定，從而提高了 IGBT器件的穩定性，優化了 IGBT器件的導通性能和關斷性能等。
[0054]由于第二基板32的摻雜濃度大于第一基板31的摻雜濃度，因此，第二基板32能夠抑制空穴進入P型阱區320，起到電導調制效應，并且，高摻雜濃度的第二基板32能夠增加發射極324下方的載流子濃度，降低了導通壓降以及關斷損耗等。
[0055]本實施例提供的IGBT器件的制作方法，第一基板包括具有第一摻雜濃度的本體層和位于本體層第一表面的緩沖層，第二基板具有第二摻雜濃度，第二摻雜濃度大于第一摻雜濃度，將第二基板鍵合在本體層的第二表面之后，可在第二基板內制作阱區和源區，這樣第二基板就相當于包裹阱區的載流子存儲層，并且，與現有的載流子存儲層相比，第二基板的制作工藝更簡單、成本更低，且第二基板的均勻性更好，從而提高了 IGBT器件的穩定性，優化了性能。
[0056]本發明的另一個實施例提供了一種IGBT器件，該IGBT器件是采用本發明提供的任一制作方法形成的，如圖3d所示，所述IGBT器件包括:
[0057]第一基板31，所述第一基板31包括具有第一摻雜濃度的本體層311和位于所述本體層311第一表面的緩沖層310 ;
[0058]第二基板32，所述第二基板32具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度；
[0059]其中，所述第二基板32鍵合在所述第一基板31的本體層311的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。
[0060]位于所述第二基板32表面內的阱區320和源區321 ;
[0061]位于所述第二基板32表面的柵介質層322、柵極323和發射極324 ;
[0062]以及位于所述緩沖層310表面的集電極313。
[0063]本實施例提供的IGBT器件，第一基板包括具有第一摻雜濃度的本體層和位于本體層第一表面的緩沖層，第二基板具有第二摻雜濃度，第二摻雜濃度大于第一摻雜濃度，將第二基板鍵合在本體層的第二表面之后，可在第二基板內制作阱區和源區，這樣第二基板就相當于包裹阱區的載流子存儲層，并且，與現有的載流子存儲層相比，第二基板的制作工藝更簡單、成本更低，且第二基板的均勻性更好，從而提高了 IGBT器件的穩定性，優化了性會K。
[0064]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
[0065]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種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摻雜濃度的本體層和位于所述本體層第一表面的緩沖層； 提供第二基板，所述第二基板具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度； 將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面之后，還包括: 在所述鍵合后的第二基板的表面內制作阱區和源區； 在所述第二基板的表面制作柵介質層、柵極和發射極。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面之后，還包括: 在所述鍵合后的第一基板的緩沖層表面制作集電極。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，當所述IGBT器件為平面柵結構的IGBT器件時，所述第二基板的厚度范圍為4 μπι?10 μπι。5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，當所述IGBT器件為溝槽結構的IGBT器件時，所述第二基板的厚度小于所述溝槽的厚度。6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述將所述第二基板鍵合在所述本體層的第二表面的過程包括: 對所述第一基板和第二基板的表面進行親水性預處理； 將所述第二基板鍵合在所述第一基板的本體層的第二表面； 對鍵合后的第一基板和第二基板進行高溫退火。7.—種IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件是采用權利要求1_6任一項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摻雜濃度的本體層和位于所述本體層第一表面的緩沖層； 第二基板，所述第二基板具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大于所述第一摻雜濃度； 其中，所述第二基板鍵合在所述第一基板的本體層的第二表面，所述第二表面為與所述第一表面相對的表面。8.根據權利要求7所述的器件，其特征在于，所述IGBT器件還包括: 位于所述第二基板表面內的阱區和源區； 位于所述第二基板表面的柵介質層、柵極和發射極； 以及，位于所述緩沖層表面的集電極。
【文檔編號】H01L29/739GK106033771SQ201510121640
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月19日
【發明人】戴慶蕓, 朱陽軍, 盧爍今, 田曉麗
【申請人】江蘇物聯網研究發展中心, 江蘇中科君芯科技有限公司