一种基于键合工艺制备SiC IGBT的方法及SiC IGBT技术

本发明专利技术提供一种基于键合工艺制备SiC IGBT的方法及SiC IGBT，在SiC衬底表面依次形成N‑过渡层、N‑漂移层、N+缓冲层和P+集电层；采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合，之后去除SiC衬底和N‑过渡层，或先去除SiC衬底和N‑过渡层，之后采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合；采用减薄工艺去除部分键合基片，并形成栅极、发射极和集电极，通过键合工艺减小了碎片概率，提高SiC IGBT的良品率，降低了SiC IGBT的生产成本；且P+集电层掺杂浓度高，降低了SiC IGBT的损耗，提高了SiC IGBT的导通特性；本发明专利技术提高了SiC IGBT所需外延材料的质量，减小导通电阻，进一步降低了SiC IGBT的损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于键合工艺制备SiCIGBT的方法及SiCIGBT
本专利技术涉及功率半导体
，具体涉及一种基于键合工艺的SiCIGBT及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着大功率半导体器件的快速发展，各种新型的大功率电力电子装置成功的应用于各种工业电源、电机驱动、电力牵引、电能质量控制、国防和前沿科学
等。Si由于材料自身的限制在高压、高温和高辐射等特殊环境下其性能已经接近极限，严重制约了电力电子器件的发展。但是SiC属于第三代宽禁带半导体的代表，由于其优良特性在高温、高频、抗辐射、高压大功率器件应用中具有巨大潜力。对于高压(10kV以上)SiC器件，外延层总厚度超过100μm，对材料的厚度、掺杂浓度、材料均匀性、翘曲度以及外延缺陷控制方面提出较高的要求。SiCIGBT是结合了MOSFET和BJT两种结构的优势发展起来的复合器件。目前制备SiCIGBT一般先制备N-漂移层，在漂移区的基础上外延生长高质量的P+集电层，该方法后期需要减薄处理，在薄片的基础上进行碳面工艺的制备，薄片工艺导致碎片情况严重，生产成本高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中生成成本高的不足，本专利技术提供一种基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，包括：在SiC衬底表面依次形成N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层；采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合；采用减薄工艺去除部分键合基片，在N-漂移层表面形成栅极和发射极，并在P+集电层表面形成集电极。所述采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合，包括：采用去离子水对P+集电层和键合基片进行清洗，之后采用等离子体活化工艺对P+集电层和键合基片进行处理；对P+集电层和键合基片在常温下进行预键合；在预设的键合温度和键合时间下，通过施加键合压力对P+集电层和键合基片进行键合。所述采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合，之前或之后还包括：去除SiC衬底和N-过渡层。所述去除SiC衬底和N-过渡层，包括：依次采用减薄工艺和化学机械研磨工艺去除SiC衬底和N-过渡层；采用酸性溶液对N-漂移层表面进行清洗。所述在N-漂移层表面形成栅极和发射极，并在P+集电层表面形成集电极，包括：采用离子注入工艺在N-漂移层的表面形成P阱区、N+区和P+区；采用栅氧工艺在N+区之间的正面形成栅介质层；采用化学气相淀积工艺在栅介质层表面形成栅极；依次采用减薄工艺和化学机械研磨工艺去除剩余键合基片，并采用酸性溶液对P+集电层表面进行清洗；在N-漂移层正面形成发射极，并在P+集电层背面形成集电极；对所述栅极、发射极和集电极表面进行金属加厚。所述在N-漂移层正面形成发射极，并在P+集电层背面形成集电极，包括：采用金属材料在N-漂移层正面淀积正面金属，并在预设退火温度、预设退火时间和退火氛围下对正面金属进行退火，形成发射极；采用金属材料在P+集电层背面淀积背面金属，并在预设退火温度、预设退火时间和退火氛围对背面金属进行退火，形成集电极。所述键合温度为20℃-1500℃；所述键合时间为1min-10h。所述在SiC衬底表面依次生长N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层，包括：采用RCA标准工艺对SiC衬底进行清洗；采用高温化学气相沉积工艺在SiC衬底表面依次形成N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层。所述SiC衬底采用N型衬底，其掺杂浓度为1E14cm-3-1E19cm-3；所述N-过渡层的厚度为0.1μm-50μm，其掺杂浓度为1E15cm-3-1E17cm-3；所述N-漂移层的厚度为5μm-300μm，其掺杂浓度为1E13cm-3-1E17cm-3；所述N+缓冲层的厚度为0.1μm-50μm，其掺杂浓度为1E13cm-3-1E19cm-3；所述P+集电层的厚度为0.1μm-50μm，掺杂浓度为1E18cm-3-1E20cm-3；所述键合基片采用的材料为SiC、Si或氮化铝。所述发射极采用的金属材料为Ni、Ti和Al中的一种或几种的合金；所述集电极采用的金属材料为Ni。另一方面，本专利技术还提供一种利用基于键合工艺制备SiCIGBT的方法制备得到的SiCIGBT，包括N+缓冲层、N-漂移层、P+集电层、栅极、发射极和集电极；N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层依次位于SiC衬底表面，所述集电极位于P+集电层下表面；所述栅极和发射极为采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合，并采用减薄工艺去除部分键合基片，之后在N-漂移层表面形成，所述发射极和栅极位于N-漂移层表面。所述N-漂移层的厚度为5-300μm，其掺杂浓度为1E13cm-3-1E17cm-3；所述N+缓冲层的厚度为0.1-50μm，其掺杂浓度为1E13cm-3-1E19cm-3；所述P+集电层的厚度为0.1-50μm，掺杂浓度为1E18cm-3-1E20cm-3。本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，在SiC衬底表面依次形成N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层；采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合；采用减薄工艺去除部分键合基片，并在N-漂移层表面形成栅极、发射极和集电极，通过键合工艺减小了碎片概率，降低了SiCIGBT的生产成本；本专利技术中P+集电层掺杂浓度为1E18cm-3-1E20cm-3，掺杂浓度高，降低了SiCIGBT的损耗，提高了SiCIGBT的导通特性；本专利技术采用键合工艺对P+集电层和键合基片进行键合，减小碎片概率，提高SiCIGBT的良品率，降低生产成本；本专利技术提供的制备方法采用两次减薄工艺和三次化学机械研磨工艺，同时进行多次不同方式的清洗，提高了SiCIGBT的质量，减小导通电阻，进一步降低了SiCIGBT的损耗。附图说明图1是本专利技术实施例中基于键合工艺制备SiCIGBT的方法流程图；图2是本专利技术实施例中在SiC衬底表面依次形成N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层示意图；图3是本专利技术实施例中去除SiC衬底和N-过渡层示意图；图4是本专利技术实施例中将去除SiC衬底和N-过渡层的N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层翻转示意图；图5是本专利技术实施例中对P+集电层和键合基片进行键合示意图；图6是本专利技术实施例中去除部分键合基片示意图；图7是本专利技术实施例中形成P阱区、N+区和P+区示意图；图8是本专利技术实施例中去除剩余键合基片示意图；图9是本专利技术实施例中在N-漂移层表面形成栅极、发射极和集电极示意图；图10是本专利技术实施例中基于键合工艺制备的SiCIGBT结构图；图中，300-SiC衬底，301-N-过渡层，30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于键合工艺制备SiC IGBT的方法，其特征在于，包括：/n在SiC衬底表面依次形成N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层；/n采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合；/n采用减薄工艺去除部分键合基片，在N-漂移层表面形成栅极和发射极，并在P+集电层表面形成集电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，其特征在于，包括：
在SiC衬底表面依次形成N-过渡层、N-漂移层、N+缓冲层和P+集电层；
采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合；
采用减薄工艺去除部分键合基片，在N-漂移层表面形成栅极和发射极，并在P+集电层表面形成集电极。


2.根据权利要求1所述的基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，其特征在于，所述采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合，包括：
采用去离子水对P+集电层和键合基片进行清洗，之后采用等离子体活化工艺对P+集电层和键合基片进行处理；
对P+集电层和键合基片在常温下进行预键合；
在预设的键合温度和键合时间下，采用键合工艺对P+集电层和键合基片进行键合。


3.根据权利要求1所述的基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，其特征在于，所述采用键合工艺对所述P+集电层和键合基片进行键合，之前或之后还包括：去除SiC衬底和N-过渡层。


4.根据权利要求3所述的基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，其特征在于，所述去除SiC衬底和N-过渡层，包括：
依次采用减薄工艺和化学机械研磨工艺去除SiC衬底和N-过渡层；
采用酸性溶液对N-漂移层表面进行清洗。


5.根据权利要求1所述的基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，其特征在于，所述在N-漂移层表面形成栅极和发射极，并在P+集电层表面形成集电极，包括：
采用离子注入工艺在N-漂移层的表面形成P阱区、N+区和P+区；
采用栅氧工艺在N+区之间的正面形成栅介质层；
采用化学气相淀积工艺在栅介质层表面形成栅极；
依次采用减薄工艺和化学机械研磨工艺去除剩余键合基片，并采用酸性溶液对P+集电层表面进行清洗；
在N-漂移层正面形成发射极，并在P+集电层背面形成集电极；
对所述栅极、发射极和集电极表面进行金属加厚。


6.根据权利要求4所述的基于键合工艺制备SiCIGBT的方法，其特征在于，所述在N-漂移层正面形成发射极，并在P+集电层背面形成集电极，包括：
采用金属材料在N-漂移层正面淀积正面金属，并在预设退火温度、预设退火时间和退火氛围下对正面金属进行退火，形成发射极；
采用金属材料在P+集电层背面淀积背面金属，并在预设退火温度、预设退火时间和退火氛围对背面金属进行退火，形成集电极。


7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨霏，张文婷，安运来，查祎英，罗松威，夏经华，田丽欣，桑玲，田亮，牛喜平，吴军民，刘文亮，郭熠昀，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司厦门供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11