專利名稱：用于制造功率半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子學(xué)領(lǐng)域并且更具體地涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的
用于制造功率半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的IGBT具有低(n-)摻雜的漂移層，所述漂移層在后面有集電極層的集 電極側(cè)上具有較高的n摻雜緩沖層。在所述漂移層的與集電極側(cè)相對的發(fā)射極側(cè)上設(shè)置p 基極層。已經(jīng)通過引入n摻雜的增強(qiáng)層來改善IGBT，所述n摻雜的增強(qiáng)層被設(shè)置在所述p基 極層和所述(n-)漂移層之間并且分隔這兩層。這導(dǎo)致IGBT具有改善的安全工作區(qū)(SOA) 和低通態(tài)損耗。通過這種增強(qiáng)層來提高有源單元(cell)附近的載流子濃度。在金屬氧化 物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的情況下，這種增強(qiáng)層導(dǎo)致結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)效 應(yīng)的降低并且也導(dǎo)致低的通態(tài)損耗。 如果對于上述具有n增強(qiáng)層的IGBT而言，p基極層在單元邊緣與在單元中心區(qū)域 相比具有更高的深度，則pn結(jié)的這個(gè)剖面(profile)將峰值場從單元的外圍轉(zhuǎn)移到直接在 發(fā)射極電極的接觸區(qū)下面的區(qū)域。峰值場的這個(gè)位置導(dǎo)致IGBT以及MOSFET的SOA關(guān)斷電 流性能更高，并且由于場產(chǎn)生的空穴可以直接向所述發(fā)射極電極的接觸區(qū)運(yùn)輸?shù)氖聦?shí)，因 此避開了在所述n+源區(qū)附近的臨界區(qū)，所述臨界區(qū)會(huì)分別導(dǎo)致IGBT和MOSFET的寄生晶閘 管和晶體管的觸發(fā)。 EP 0 837 508描述了用于制造具有這種調(diào)制p基極層剖面的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的方法。在(p+)襯底上，通過外延生長首先形成n緩沖層并且然后形成(n-)層。 其后，厚柵氧化物層形成在(n-)層上并且被制成指定的圖案形狀。然后薄柵氧化物層形成 在其中沒有形成厚氧化物層的區(qū)域中的所述(n-)層的頂部上，后面是在所述柵氧化物層 上的作為柵電極的多晶硅層。然后在所述薄柵氧化物層和多晶硅層中形成開孔。利用多晶 硅層中的孔作為掩模，通過所述開孔將磷注入到所述(n-)層中并且擴(kuò)散到所述(n-)層中， 產(chǎn)生第一n層。其后，所述孔被擴(kuò)大并且磷被再次注入和擴(kuò)散，產(chǎn)生第二n層。所述第一n 層的深度大于所述第二n層的深度。接著，通過所述多晶硅層的相同掩模注入硼并且將硼 擴(kuò)散，產(chǎn)生P層，所述P層不及所述第二 n層深。因此，可以通過利用相同的掩模制得所述 第二 n層和所述p層，而對于所述第一 n層的制造而言需要另一個(gè)掩模。
在EP 0 837 508中也被描述的替換方案中，在所述第二 n層之后制作所述第一 n 層，所述第二 n層如上所述是通過掩模和注入/擴(kuò)散來制作的。在制作所述第二 n層之后， 絕緣膜被產(chǎn)生在柵電極上并且借助光致抗蝕劑來結(jié)構(gòu)化。也可以在所述絕緣膜之前處理所 述第一 n層。對于制造所述第一 n層而言，高能磷離子從所述開孔被直接注入，所述開孔受 光致抗蝕劑限制并且因此比被用作所述第二n層的掩模的孔小。所述離子被直接注入到所 述第二 n層和所述(n-)層之間的深度。對于IGBT單元中需要的超過1 P m的深度而言，高 能磷離子的注入是復(fù)雜的過程，并且該過程也需要精確的掩模對準(zhǔn)以便將所述磷放置在單 元的中間。
JP 03-205832提到一種M0SFET器件，所述MOSFET器件包括在n摻雜源區(qū)之間、但 在P摻雜基極區(qū)下面的區(qū)中的高n摻雜區(qū)域。 US 2004/0065934示出一種MOSFET，其中p基極區(qū)具有p摻雜并且被另一個(gè)更重 摻雜的P區(qū)圍繞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造具有低通態(tài)損耗和高SOA性能的功率半導(dǎo)體 器件的方法，所述方法比現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法更容易執(zhí)行并且因而避免了精密的制造步 驟。 該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造功率半導(dǎo)體器件的方法來實(shí)現(xiàn)。
用于制造功率半導(dǎo)體器件的本發(fā)明的方法包括下列步驟-在第一導(dǎo)電類型的襯底的第一主要側(cè)上制作第一氧化物層， _在所述第一主要側(cè)上、在所述第一氧化物層的頂部上制作具有至少一個(gè)開口的 結(jié)構(gòu)化柵電極層，-利用所述結(jié)構(gòu)化柵電極層作為掩模，將第一導(dǎo)電類型的第一摻雜劑注入到在所 述第一主要側(cè)的襯底中，-所述第一摻雜劑被擴(kuò)散到襯底中，-第二導(dǎo)電類型的第二摻雜劑被注入到在所述第一主要側(cè)的襯底中，以及
-所述第二摻雜劑被擴(kuò)散到襯底中，其特征在于-在將所述第一摻雜劑擴(kuò)散到襯底中之后并且在將所述第二摻雜劑注入到襯底中
之前，部分地除去所述第一氧化物層，產(chǎn)生柵氧化物層，以及-所述結(jié)構(gòu)化柵電極層被用作用于注入所述第二摻雜劑的掩模。 用于制造功率半導(dǎo)體器件(尤其是IGBT或MOSFET)的本發(fā)明的方法具有的優(yōu)點(diǎn)
是需要一個(gè)單獨(dú)掩模來制造所述基極層(通過所述第一導(dǎo)電類型的第一摻雜劑的注入和
擴(kuò)散而制得)和所述增強(qiáng)層(通過所述第二導(dǎo)電類型的第二摻雜劑的注入和擴(kuò)散而制得)。
這些層通過利用所述結(jié)構(gòu)化柵電極層作為掩模而被自對準(zhǔn)。 已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，由于在擴(kuò)散所述第一摻雜劑之后并且在注入所述第二摻雜 劑之前除去所述結(jié)構(gòu)化柵電極層的開口上的所述第一氧化物層，獲得了所述第二導(dǎo)電類型 的基極層，所述基極層在與發(fā)射極電極的接觸區(qū)域下面的中心區(qū)域中具有更低的深度而在 所述第二導(dǎo)電類型的基極層的外圍區(qū)域中具有更高的深度。 基極層剖面的這種變化允許操作具有低通態(tài)損耗和高SOA性能的半導(dǎo)體器件。所 述方法優(yōu)選用于制造IGBT和MOSFET。


將在下文中參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的主題，其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵半導(dǎo)體器件；以及 圖2-10示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的方法的不同步驟。 在附圖中使用的參考符號以及它們的意思被總結(jié)在參考符號列表中。通常，相似
部件或相似功能部件被給予相同的參考符號。所述實(shí)施例意思是作為實(shí)例并且不應(yīng)該限制
4本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體器件。IGBT被示為具有低(n-)摻雜的漂 移層12。所述漂移層12具有第一主要側(cè)和設(shè)置在所述第一主要側(cè)對面的第二主要側(cè)。所 述第二主要側(cè)是集電極側(cè)121，在集電極側(cè)121上設(shè)置摻雜的緩沖層9，所述緩沖層9具有 比所述漂移層12更高的摻雜。在所述緩沖層9上，在與設(shè)置有漂移層12的側(cè)相對的側(cè)上 是P摻雜的集電極層IO，并且在所述集電極層10的頂部上設(shè)置集電極電極11。
在所述第一主要側(cè)(其是發(fā)射極側(cè)122)設(shè)置p摻雜的基極區(qū)5，所述p摻雜的基 極區(qū)5被嵌入n摻雜的增強(qiáng)層4中。增強(qiáng)層4具有比漂移層12更高的摻雜并且它把基極區(qū) 5和漂移層12分開。在發(fā)射極側(cè)122上設(shè)置柵氧化物層2，所述柵氧化物層2通常由Si02 制成。所述柵氧化物層2借助氧化物開口被結(jié)構(gòu)化，所述氧化物開口使基極區(qū)5的表面的 一部分沒有被柵氧化物層2覆蓋。在柵氧化物層2的頂部上設(shè)置通常由多晶硅制成的柵電 極層3。柵電極層3具有位于與氧化物層2相同的位置且優(yōu)選與氧化物層2的尺寸相同的 開口31。柵電極層3和柵氧化物層2被絕緣層7覆蓋。然后發(fā)射極電極8被設(shè)置在絕緣 層7的頂部上并且在被絕緣層7覆蓋的柵氧化物層2和柵電極層3的開口 31中。在所述 P摻雜的基極區(qū)5內(nèi)設(shè)置高(n+)摻雜的源區(qū)6，所述高(n+)摻雜的源區(qū)6與在開口 31的 區(qū)域中的發(fā)射極電極8接觸并且在發(fā)射極側(cè)122的表面延伸到在柵電極層3下面的區(qū)域。
通常，漂移層12、基極區(qū)5、增強(qiáng)區(qū)4和源區(qū)6形成一個(gè)共同的平坦表面。
基極區(qū)5在中心區(qū)域具有比基極區(qū)5的最大深度54小的深度53，所述最大深度 54位于中心區(qū)域以外，即在基極區(qū)5的外圍區(qū)域中。 在圖2到10中示出用于制造功率半導(dǎo)體器件的本發(fā)明的方法。所述方法包括如 下步驟。如圖2中所示，所述方法從輕(n-)摻雜的襯底1開始，所述襯底1具有集電極側(cè) 121(在圖中未示出)和與所述集電極側(cè)121相對的發(fā)射極側(cè)122。如圖3中所示，在發(fā)射 極側(cè)122上形成完全覆蓋襯底1的第一氧化物層22。如圖4中所示，在所述第一氧化物層 22的頂部上制作導(dǎo)電層32。所述導(dǎo)電層32完全覆蓋所述第一氧化物層22。根據(jù)圖5，在 所述導(dǎo)電層32中刻蝕通孔形式的開口 31，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化柵電極層3，因此現(xiàn)在氧化物層22的 一部分未被覆蓋。 利用具有其開口 31的結(jié)構(gòu)化柵電極層3作為掩模，將n導(dǎo)電類型的第一摻雜劑注 入襯底l中(在圖6中由箭頭42示出)，產(chǎn)生第一 n摻雜注入?yún)^(qū)41，所述第一注入?yún)^(qū)41的 摻雜高于所述漂移層12的摻雜。然后，注入的第一摻雜劑被擴(kuò)散到襯底1中(在圖7中由 箭頭43示出)，產(chǎn)生增強(qiáng)層4。優(yōu)選使用磷和/或砷離子作為第一摻雜劑，優(yōu)選用磷離子。 優(yōu)選以40-150keV的能量和/或1 X 1012-1 X 1014/cm2的劑量注入所述第一摻雜劑。所述第 一摻雜劑被推進(jìn)(drive in)到襯底1中至在1 y m和10 y m之間的深度，尤其是在1 y m和 8 y m之間的深度，并且尤其是在1 y m和6 ii m之間的深度。 在形成增強(qiáng)層4后，通常通過刻蝕來部分地除去在其中設(shè)置有所述結(jié)構(gòu)化柵電極 層3的開口 31的那些區(qū)域中的所述第一氧化物層22(在圖8中由虛線21示出)。然后，利 用具有其開口 31的所述結(jié)構(gòu)化氧化物柵電極層3作為掩模，將p導(dǎo)電類型的第二摻雜劑注 入基極區(qū)5中(在圖9中由箭頭55示出)，產(chǎn)生第二注入?yún)^(qū)51。然后，注入的第二摻雜劑被擴(kuò)散到基極區(qū)5中(在圖10中由箭頭52示出)。所述第二摻雜劑優(yōu)選是硼、鋁、鎵和/ 或銦離子，優(yōu)選是硼離子。優(yōu)選以20-120keV的能量和/或5X 1013-3X 1014/cm2的劑量注 入所述第二摻雜劑。所述第二摻雜劑被推進(jìn)到在0. 5 i！ m和9 i！ m之間的范圍內(nèi)的最大深度 54，尤其是在0. 5 ii m和7 ii m之間的范圍內(nèi)的最大深度，并且尤其是在0. 5 y m禾P 5 y m之間 的范圍內(nèi)的最大深度。 由于這個(gè)制造過程，所述第二摻雜劑被推進(jìn)到襯底中至中心區(qū)域中的深度53(見 圖1)，所述深度53不及基極區(qū)5的最大深度54深，所述最大深度54位于外圍區(qū)域，即在所 述中心區(qū)域之外。如圖IO中所示，所述第二摻雜劑不僅沿垂直于表面的方向被推進(jìn)到襯底 1中，而且它們還橫向散開，因而減小了中心區(qū)域中的所述第二摻雜劑的量。對于以低能量 注入的硼摻雜劑而言，與中心區(qū)域之外的2. 4 ii m的最大深度54相比，在中心區(qū)域中實(shí)現(xiàn)了 基極區(qū)5的1. 6 ii m的深度53。用于硼注入的能量通常在40和120keV之間，尤其在70和 90keV之間，尤其大約為80keV。 當(dāng)然，也可以制造具有至少兩個(gè)開口 31的結(jié)構(gòu)化柵電極層3，并且從而形成至少 兩個(gè)基極區(qū)5，每個(gè)都被增強(qiáng)層4圍繞。 以任何合適的制造步驟并且通過任何合適的制造方法制造高(n+)摻雜的源區(qū)6 和集電極側(cè)121上的各層，即n摻雜的緩沖層9、 p摻雜的集電極層10和集電極電極11。
可以將本發(fā)明應(yīng)用于制造其中所有層的導(dǎo)電類型被顛倒(reversed)(即具有輕 (P-)摻雜的襯底等)的半導(dǎo)體器件的方法。 已經(jīng)針對平面半導(dǎo)體詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的方法也可以應(yīng)用于溝槽柵
半導(dǎo)體。此外，本發(fā)明也可以應(yīng)用于類似MOSFET的其它半導(dǎo)體類型。 參考符號列表 1 :襯底 2 :柵氧化物層 21 :區(qū)域 22 :第一氧化物層 3:柵電極層 32:導(dǎo)電層 31:開口 4 :增強(qiáng)層 41 :第一注入?yún)^(qū) 41':第一摻雜劑的注入 42 :第一摻雜劑的擴(kuò)散 5 :基極區(qū) 51 :第二注入?yún)^(qū) 51':第二摻雜劑的注入 52 :第二摻雜劑的擴(kuò)散 53 :第二摻雜劑在中心區(qū)域的擴(kuò)散深度 54 :第二摻雜劑的最大擴(kuò)散深度 6 :源區(qū)
7 :絕緣層 8 :發(fā)射極電極 9 :緩沖層 10 :集電極層 11 :集電極電極 12 :漂移層 121 :集電極側(cè) 122 :發(fā)射極側(cè)
權(quán)利要求
用于制造功率半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括下列制造步驟在第一導(dǎo)電類型的襯底(1)的第一主要側(cè)上制作第一氧化物層(22)，在所述第一主要側(cè)上、在所述第一氧化物層(22)的頂部上制作具有至少一個(gè)開口(31)的柵電極層(3，3’)，利用所述柵電極層(3，3’)作為掩模，將第一導(dǎo)電類型的第一摻雜劑注入到在所述第一主要側(cè)的襯底(1)中，所述第一摻雜劑被擴(kuò)散到襯底(1)中，第二導(dǎo)電類型的第二摻雜劑被注入到在所述第一主要側(cè)的襯底(1)中，以及所述第二摻雜劑被擴(kuò)散到襯底(1)中，其特征在于在將所述第一摻雜劑擴(kuò)散到襯底(1)中之后并且在將所述第二摻雜劑注入到襯底(1)中之前，部分地除去所述第一氧化物層(22)，以及所述柵電極層(3，3’)被用作用于注入所述第二摻雜劑的掩模。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于除去在其中設(shè)置有柵電極層(3，3')的至少一個(gè)開口 (31)的那些區(qū)域中的所述第一氧 化物層(22)，產(chǎn)生柵氧化物層(2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于 所述第一摻雜劑是磷和/或砷離子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于以40-150keV的能量和/或1 X 1012-1 X 1014/cm2的劑量注入所述第一摻雜劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述第一摻雜劑被擴(kuò)散到襯底(1)中至至少lym的深度，并且該深度最大為10ym，尤 其是該深度最大為8 ii m，并且尤其是該深度最大為6 ii m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于 所述第二摻雜劑是硼、鋁、鎵和/或銦離子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于以20-120keV的能量和/或5X 1013-3X 1014/cm2的劑量注入所述第二摻雜劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述第二摻雜劑被擴(kuò)散到襯底(1)中至在0.5iim和9iim之間的范圍內(nèi)的最大深度 (54)，尤其是在0. 5 ii m和7 ii m之間的范圍內(nèi)的最大深度，并且尤其是在0. 5iim禾P5iim之 間的范圍內(nèi)的最大深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造功率半導(dǎo)體器件的方法。為了制造功率半導(dǎo)體器件，在第一導(dǎo)電類型的襯底的第一主要側(cè)上制作第一氧化物層。然后在所述第一主要側(cè)上、在所述第一氧化物層的頂部上制作具有至少一個(gè)開口的結(jié)構(gòu)化柵電極層。利用所述結(jié)構(gòu)化柵電極層作為掩模，將所述第一導(dǎo)電類型的第一摻雜劑注入到在所述第一主要側(cè)的襯底中，并且所述第一摻雜劑被擴(kuò)散到襯底中。然后第二導(dǎo)電類型的第二摻雜劑被注入到在所述第一主要側(cè)的襯底中，并且所述第二摻雜劑被擴(kuò)散到襯底中。在將所述第一摻雜劑擴(kuò)散到襯底中之后并且在將所述第二摻雜劑注入到襯底中之前，部分地除去所述第一氧化物層。所述結(jié)構(gòu)化柵電極層被用作用于注入所述第二摻雜劑的掩模。
文檔編號H01L21/336GK101770949SQ20091025836
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者A·科普塔, M·拉希莫 申請人:Abb技術(shù)有限公司