集电区碳注入内透明集电极IGBT制造技术研究

研究采用集电区碳注入制造内透明集电极IGBT技术。内透明集电极IGBT是一种新结构IGBT，它在传统PT-IGBT基础上、在集电区近集电结附近引入一个局域载流子寿命控制区，从而使器件由非透明变成内透明，进而在保持传统PT-IGBT制造技术成熟、易控制的优点的同时，可以获得具有透明集电区IGBT优良性能。本研究通过采用中、高剂量（10e15～10e16cm-2）碳注入及后继热退火工艺，形成一个高密度、小尺寸空位团缺陷区，该区域由于存在大量复合中心，对载流子有捕获作用，可用作内透明集电区的局域载流子寿命控制区。同时集电区注入引进的碳，不仅可捕获自间隙缺陷，降低硼杂质在硅中的扩散系数，抑制重掺杂衬底硼向集电结的推进，减小局域载流子寿命控制区到集电结的距离以及集电区表面的掺杂浓度，同时，由于硅中碳的特殊性，注入形成的缺陷在高温过程不会延伸扩展，为后继高质量外延提供保障，有利于器件综合指标的优化。

内透明集电极绝缘栅双极晶体管（ITC－IGBT）是北京工业大学提出的一种结构IGBT新结构，它是在集电区近集电结位置引入局域寿命控制区，从而使器件集电结对少子近乎透明，保证器件全局寿命不降低的条件下，增加关断速度。为了促进内透明集电极IGBT实用化，本项目提出集电极碳注入实现局域寿命控制的构想，并对器件结构、工艺方案、性能测试及应用等进行比较深入的研究。具体包括：.1）.仿真研究：包括结构优化（改善折中特性），可靠性设计（重点是短路特性），动态雪崩和器件抗ESD机理研究等；.2）.工艺研究：对ITC-IGBT，局域寿命区位置及其内部载流子寿命，决定着器件的折中特性和坚固度。亦即碳注入、碳磷复合注入条件及后继退火条件、外延条件等对器件折中特性和抗短路冲击能力起重要作用。项目设计了7种工艺分片进行工艺试验，结果显示，采用碳注入可以获得更好的折中特性；在实验范围内，随着碳注入剂量增加，器件开关速度增加，耐短路冲击能力增加。为了完成动态测试，依托项目，搭建了开关特性测试平台。.3）.延伸拓展：为了全面评估内透明结构的潜在优势，依托项目思路，仿真研究了内透明超结结构、点注入结构和电荷耦合等结构的折中特性和抗短路冲击能力。.依托项目，对IGBT展开了深入研究，包括工作机理、抗短路冲击、ESD冲击机理和动态雪崩机理，为将IGBT推向实用化，特别是对高压IGBT设计，奠定了基础和提供了参考。