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一種具有分離式集電極的平面柵IGBT及其制作方法與流程

文檔序號(hào):12370319閱讀:來源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種具有分離式集電極的平面柵IGBT,所述平面柵IGBT包括襯底、從上到下依次設(shè)置在襯底上的正面金屬電極、隔離氧化膜和平面柵極,平面柵極與襯底之間的P阱區(qū),從上到下依次設(shè)置于P阱區(qū)內(nèi)N+型摻雜區(qū)和P+型摻雜區(qū),依次設(shè)置于襯底背面的背面N型低濃度摻雜緩沖區(qū)和背面P+集電區(qū);其特征在于,在背面P+集電區(qū)上設(shè)有采用絕緣介質(zhì)填充的背面凹槽,所述背面凹槽深度大于、等于或小于背面P+集電區(qū)的厚度,所述絕緣介質(zhì)完全或者部分填充在凹槽中,所述絕緣介質(zhì)與P+集電區(qū)有交疊,以避免背面金屬電極和N型材料接觸;

所述襯底為均勻摻雜的N型單晶硅片襯底,所述N型單晶硅片襯底包括從上到下依次分布的襯底N-層以及襯底N+層。

2.如權(quán)利要求1所述的平面柵IGBT,其特征在于,所述絕緣介質(zhì)填充部分和背面凹槽形成IGBT背面隔離氧化層。

3.如權(quán)利要求1所述的平面柵IGBT,其特征在于,所述N型單晶硅片襯底包括:

A、電場(chǎng)截止FS型襯底:形成方式是先將均勻摻雜的N型單晶硅片進(jìn)行襯底減薄至所需要的襯底厚度;正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層,然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度緩沖區(qū)進(jìn)行摻雜;采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型低濃度緩沖區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié),形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū);最后形成終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)元胞結(jié)構(gòu);最后通過摻雜注入形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層;

所述N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的最高摻雜濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5e2至1e4倍;

B、非穿通NPT型襯底:形成方式是先進(jìn)行終端結(jié)構(gòu)和有源區(qū)源胞結(jié)構(gòu)的形成;在IGBT器件表面結(jié)構(gòu)形成后,進(jìn)行均勻摻雜的N型單晶硅片減薄至所需要的襯底厚度;最后形成襯底背面P型電導(dǎo)調(diào)制層摻雜注入。

4.如權(quán)利要求1所述的平面柵IGBT,其特征在于,當(dāng)N型單晶硅片襯底采用軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí),所述平面柵IGBT包括位于N型單晶硅片襯底背面的N型低濃度緩沖區(qū);若N型單晶硅片襯底采用非穿通NPT型時(shí),則不需要N型低濃度緩沖區(qū)。

5.一種如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的平面柵IGBT的制作方法,其特征在于,所述方法包括下述步驟:

(一)對(duì)N型單晶硅片襯底預(yù)處理:所述N型單晶硅片襯底的N雜質(zhì)摻雜濃度與厚度需要根據(jù)平面柵IGBT不同的擊穿電壓和正向?qū)▔航颠M(jìn)行選擇,并通過酸、堿、去離子水超聲清洗工序,對(duì)N型單晶硅片襯底表面進(jìn)行化學(xué)處理;

(二)制作N型低濃度摻雜緩沖區(qū):對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀 積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲膜質(zhì),在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行N型低濃度摻雜發(fā)緩沖區(qū)的雜質(zhì)生成,再進(jìn)行退火工藝,進(jìn)行離子的激活與推結(jié),推結(jié)到所需要的深度,形成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì),若軟穿通SPT型或電場(chǎng)截止FS型時(shí)需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū),若襯底為非穿通NPT型時(shí)則不需要N型低濃度摻雜緩沖區(qū);

(三)制作平面柵極:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化的方式,在硅片表面生長(zhǎng)氧化膜,并采用淀積方式生長(zhǎng)多晶硅電極,再進(jìn)行光刻和刻蝕形成平面柵極;

(四)制作P阱區(qū):對(duì)平面柵極形成的柵極開口通過注入方式進(jìn)行P型摻雜,再進(jìn)行高溫退火,將P型摻雜推結(jié),形成IGBT有源區(qū)的P阱區(qū);

(五)制作N+型摻雜區(qū):淀積光刻膠,通過光刻形成掩膜,對(duì)P阱區(qū)的多晶開口采用注入方式進(jìn)行N+摻雜,形成N+型摻雜區(qū);

(六)制作平面柵IGBT表面P+型摻雜區(qū):通過淀積方式生長(zhǎng)氧化膜,全面反刻形成多晶側(cè)壁保護(hù)結(jié)構(gòu),采用自對(duì)準(zhǔn)離子注入方式進(jìn)行P+摻雜,形成P+型摻雜區(qū);

(七)制作平面柵IGBT背面P+集電區(qū):若襯底采用軟穿通SPT型或者電場(chǎng)截止FS型,在硅片背面采用離子注入方式進(jìn)行P+摻雜區(qū)域的雜質(zhì)生成,再進(jìn)行退火工藝,進(jìn)行離子的激活與推結(jié);若襯底采用非穿通NPT型,則在背面金屬電極結(jié)構(gòu)前制作背面P+摻雜區(qū);

(八)制作芯片背面隔離氧化層結(jié)構(gòu):淀積光刻膠,通過光刻形成掩膜,刻蝕P+集電區(qū),形成背面凹槽,凹槽深度選擇大于、等于或者小于P+集電區(qū)的厚度,采用淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)絕緣介質(zhì),填充凹槽,完全填充或部分填充,絕緣介質(zhì)的下表面到P+集電區(qū)下表面的距離在0至1微米范圍內(nèi),絕緣介質(zhì)必須部分覆蓋P+集電區(qū),避免背面集電極金屬和N型材料接觸;

(九)制作正面金屬電極:使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì),進(jìn)行平面柵IGBT器件隔離,進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成隔離氧化膜結(jié)構(gòu),使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金,進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕,形成正面金屬電極,完成了平面柵IGBT正面電極連接;

(十)制作背面金屬電極:對(duì)N型單晶硅片襯底進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈,采用物理淀積或蒸發(fā)形成背面金屬電極,完成平面柵IGBT背面電特性連接。

6.如權(quán)利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述步驟(一)中,平面柵IGBT的正向?qū)▔航禐?00V至6500V。

7.如權(quán)利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述步驟(二)中,所述退火工藝的溫度為1100度至1150度,時(shí)間為600分鐘至1800分鐘。

8.如權(quán)利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述步驟(三)中,在硅片表面生長(zhǎng)的氧化膜為0.1至0.2微米。

9.如權(quán)利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述步驟(四)中,是將P型摻雜推結(jié)到4至6微米,形成IGBT有源區(qū)的P阱區(qū)。

10.如權(quán)利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述步驟(七)中,離子被推結(jié)到0.5至1微米范圍內(nèi)。

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