專利名稱：具有p埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種P埋層的縱向溝道SOI (絕緣層上的硅) LIGBT (橫向絕緣柵雙極晶體管)器件結(jié)構(gòu)的SOI CMOS VLSI工藝實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
SOI LIGBT器件由于其較小的體積、重量，較高的工作溫度和較強(qiáng)的抗輻照能力， 較低的成本和較高的可靠性，作為無觸點(diǎn)功率電子開關(guān)或功率驅(qū)動(dòng)器在智能電力電子、高溫環(huán)境電力電子、空間電力電子和交通工具電力電子等技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用。SOI CMOS VLSI工藝技術(shù)由于其工藝成熟度高、介質(zhì)隔離性能好、隔離工藝較簡單、便于三維集成、便于微光機(jī)電和功率與射頻單片系統(tǒng)集成、便于提高集成密度和集成性能等優(yōu)點(diǎn)，在VLSI制造、SOC (單片集成系統(tǒng))制造、SPIC (智能功率集成系統(tǒng))制造和TDS (三維集成系統(tǒng))制造等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有SOI LIGBT器件多通過SOI CMOS VLSI技術(shù)方法，其工藝方法如下
1.在某種摻雜類型硅圓片的一側(cè)表面下一定深度處形成隱埋絕緣層，將該硅圓片完全隔離為兩個(gè)半導(dǎo)體區(qū)，其中，較厚的一側(cè)作為襯底，較薄的一側(cè)作為頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路；
2.將拋光好的頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口、將隔離區(qū)中的頂層半導(dǎo)體采用LOCOS (局部氧化隔離工藝)去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將頂層半導(dǎo)體隔離為若干個(gè)硅島；
3.在硅島上相隔足夠距離刻蝕出相互平行但垂直于隔離絕緣層的窗口，通過窗口摻入與頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型要求相同的雜質(zhì)，獲得一種濃度更高的與頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相同的半導(dǎo)體區(qū)域作為緩沖區(qū)，并去除頂層半導(dǎo)體表面絕緣層；
4.將頂層半導(dǎo)體第二次氧化、第三次刻蝕形成相互平行且垂直于隔離絕緣層的窗口， 其中一半位于緩沖區(qū)內(nèi)，另一半位于緩沖區(qū)之間，在相鄰的兩個(gè)窗口之間形成場氧化絕緣層。進(jìn)而進(jìn)行薄柵氧化形成柵氧化層，淀積多晶硅，第四次刻蝕形成多晶硅柵極、場板和互連線，第五次刻蝕形成阱摻雜窗口，然后進(jìn)行阱注入摻雜并高溫退火推進(jìn)形成與頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的具有一定雜質(zhì)濃度分布的阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的陽極區(qū)；
5.進(jìn)行第六次刻蝕形成阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，進(jìn)行摻雜并退火形成與阱區(qū)和相反的源極區(qū)；
6.進(jìn)行第七次刻蝕形成阱區(qū)歐姆接觸摻雜窗口和陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行摻雜和快速退火形成這兩種區(qū)域的歐姆接觸重?fù)诫s，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相同；
7.進(jìn)行第八次刻蝕形成電極引線接觸孔窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第九次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點(diǎn)；
8.淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點(diǎn)接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。這些SOI LIGBT器件采用的SOI材料多為厚隱埋氧化層、縱向摻雜類型單一的薄頂層半導(dǎo)體。這類SOI LIGBT器件的縱向耐壓主要靠厚隱埋氧化層承擔(dān)。由于氧化層的熱導(dǎo)率非常低，厚度又很大，給這類高壓、大電流、高功率器件帶來嚴(yán)重的自加熱問題和苛刻的散熱條件要求，器件在使用的過程中必須安裝笨重的散熱器，很不利于節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境；并且這類器件導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)電溝道位于頂層正表面，柵場板覆蓋于較厚的場氧化層上，導(dǎo)致通態(tài)電流向漂移區(qū)正表面集中，擴(kuò)展電阻大，漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不均勻，通態(tài)電阻大， 通態(tài)壓降高，通態(tài)電流小，而通態(tài)功耗高，器件工作效率低，溫升快，不利于提高器件和系統(tǒng)可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有ρ埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法。本發(fā)明方法包括以下步驟
1.采用厚膜SOI圓片，中間薄的隱埋絕緣層將半導(dǎo)體襯底與隱埋ρ型層完全隔離，隱埋P型層的上表面被η型頂層半導(dǎo)體完全覆蓋。其中，隱埋P型層具有逆向雜質(zhì)濃度分布， η型頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路。2.將拋光好的η型頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口，將隔離區(qū)中的η型頂層半導(dǎo)體采用DTI (深槽隔離技術(shù))去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將η型頂層半導(dǎo)體隔離為多個(gè)硅島。3.將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第二次氧化、第二次刻蝕形成漏極溝槽區(qū)，然后去除漏極溝槽區(qū)刻蝕窗口外的光刻膠和氧化層，并洗凈烘干。4.將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第三次氧化、第三次刻蝕形成緩沖區(qū)摻雜窗口，在緩沖區(qū)摻雜窗口內(nèi)通過離子注入方法摻入η型雜質(zhì)，緩沖區(qū)摻雜窗口內(nèi)的摻入η型雜質(zhì)的頂層半導(dǎo)體區(qū)域作為η型緩沖區(qū)；將η型頂層半導(dǎo)體表面氧化層全部去除，洗凈烘干。5.將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第四次氧化、第四次刻蝕形成深溝槽，然后采用腐蝕方法去除光刻膠并洗凈烘干；對深溝槽的內(nèi)壁進(jìn)行第五次氧化，采用腐蝕方法去除深溝槽內(nèi)壁表面的氧化層以消除機(jī)械損傷，清洗烘干。6.對裸露的硅表面進(jìn)行第六次氧化，深溝槽內(nèi)壁上形成的氧化層作為縱向柵介質(zhì)薄膜，頂層半導(dǎo)體上表面和漏極溝槽區(qū)側(cè)壁也被氧化層覆蓋；然后采用化學(xué)氣相淀積 (CVD)方法進(jìn)行多晶硅淀積形成縱向多晶硅柵，采用化學(xué)機(jī)械拋光方法實(shí)現(xiàn)頂層半導(dǎo)體上表面平坦化，洗凈烘干。7.對η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第七次氧化，第五次刻蝕，形成多晶硅柵摻雜窗口，在多晶硅柵摻雜窗口內(nèi)進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫s的η型多晶硅，去除η型頂層半導(dǎo)體表面絕緣層，洗凈烘干。8.對η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第六次刻蝕，形成ρ阱摻雜窗口和ρ陽極區(qū)摻雜窗口，然后進(jìn)行離子注入并高溫退火推進(jìn)形成與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的ρ阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的P陽極區(qū)。9.進(jìn)行第七次刻蝕，形成P阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，同時(shí)形成P陽極區(qū)之內(nèi)的陽極短路點(diǎn)摻雜窗口，進(jìn)行η型重?fù)诫s并退火形成η+源區(qū)和貫穿ρ型陽極區(qū)的n+陽極短路點(diǎn)。10.進(jìn)行第八次刻蝕形成ρ阱區(qū)P+歐姆接觸摻雜窗口和P陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行P+重?fù)诫s和快速退火形成這兩種區(qū)域的P+歐姆接觸重?fù)诫s，導(dǎo)電類型與P阱區(qū)的相同。11.對頂層半導(dǎo)體的上表面和深溝槽內(nèi)壁表面進(jìn)行第九次刻蝕，形成柵極和柵場板電極窗口，陰極和陰極場板電極窗口，陽極和陽極場板電極窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第十次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點(diǎn)。12.淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點(diǎn)接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。本發(fā)明方法制作的具有ρ埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元顯著提高了 SOI LIGBT的縱向耐壓，明顯減小自加熱效應(yīng)對器件性能的影響，減小采用該器件的各種電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，并提高系統(tǒng)可靠性的縱向溝道SOI LIGBT器件產(chǎn)品。這種產(chǎn)品還可以利用縱向溝道和柵場板將器件的通態(tài)電流更均勻地引入體內(nèi)，有效降低器件通態(tài)電阻、通態(tài)壓降和通態(tài)功耗，提高器件通態(tài)電流和工作效率。
具體實(shí)施例方式一種具有ρ埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法，具體包括以下步驟 1.采用厚膜SOI圓片，中間薄的隱埋絕緣層將半導(dǎo)體襯底與隱埋ρ型層完全隔離，隱
埋P型層的上表面被η型頂層半導(dǎo)體完全覆蓋。其中，隱埋P型層具有逆向雜質(zhì)濃度分布， η型頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路。2.將拋光好的η型頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口，將隔離區(qū)中的η型頂層半導(dǎo)體采用DTI (深槽隔離技術(shù))去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將η型頂層半導(dǎo)體隔離為多個(gè)硅島。3.將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第二次氧化、第二次刻蝕形成漏極溝槽區(qū)，然后去除漏極溝槽區(qū)刻蝕窗口外的光刻膠和氧化層，并洗凈烘干。4.將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第三次氧化、第三次刻蝕形成緩沖區(qū)摻雜窗口，在緩沖區(qū)摻雜窗口內(nèi)通過離子注入方法摻入η型雜質(zhì)，緩沖區(qū)摻雜窗口內(nèi)的摻入η型雜質(zhì)的頂層半導(dǎo)體區(qū)域作為η型緩沖區(qū)；將η型頂層半導(dǎo)體表面氧化層全部去除，洗凈烘干。5.將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第四次氧化、第四次刻蝕形成深溝槽，然后采用腐蝕方法去除光刻膠并洗凈烘干；對深溝槽的內(nèi)壁進(jìn)行第五次氧化，采用腐蝕方法去除深溝槽內(nèi)壁表面的氧化層以消除機(jī)械損傷，清洗烘干。6.對裸露的硅表面進(jìn)行第六次氧化，深溝槽內(nèi)壁上形成的氧化層作為縱向柵介質(zhì)薄膜，頂層半導(dǎo)體上表面和漏極溝槽區(qū)側(cè)壁也被氧化層覆蓋；然后采用化學(xué)氣相淀積 (CVD)方法進(jìn)行多晶硅淀積形成縱向多晶硅柵，采用化學(xué)機(jī)械拋光方法實(shí)現(xiàn)頂層半導(dǎo)體上表面平坦化，洗凈烘干。7.對η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第七次氧化，第五次刻蝕，形成多晶硅柵摻雜窗口，在多晶硅柵摻雜窗口內(nèi)進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫s的η型多晶硅，去除η型頂層半導(dǎo)體表面絕緣層，洗凈烘干。8.對η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第六次刻蝕，形成ρ阱摻雜窗口和ρ陽極區(qū)摻雜窗口，然后進(jìn)行離子注入并高溫退火推進(jìn)形成與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的ρ阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的P陽極區(qū)。9.進(jìn)行第七次刻蝕，形成P阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，同時(shí)形成P陽極區(qū)之內(nèi)的陽極短路點(diǎn)摻雜窗口，進(jìn)行η型重?fù)诫s并退火形成η+源區(qū)和貫穿ρ型陽極區(qū)的η+陽極短路
點(diǎn)ο10.進(jìn)行第八次刻蝕形成ρ阱區(qū)P+歐姆接觸摻雜窗口和P陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行P+重?fù)诫s和快速退火形成這兩種區(qū)域的P+歐姆接觸重?fù)诫s，導(dǎo)電類型與P阱區(qū)的相同。11.對頂層半導(dǎo)體的上表面和深溝槽內(nèi)壁表面進(jìn)行第九次刻蝕，形成柵極和柵場板電極窗口，陰極和陰極場板電極窗口，陽極和陽極場板電極窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第十次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點(diǎn)。12.淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點(diǎn)接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。
權(quán)利要求
1.具有P埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法，其特征在于該方法的具體步驟是步驟(1)采用厚膜SOI圓片，中間薄的隱埋絕緣層將半導(dǎo)體襯底與隱埋P型層完全隔離，隱埋P型層的上表面被η型頂層半導(dǎo)體完全覆蓋；其中，隱埋ρ型層具有逆向雜質(zhì)濃度分布，η型頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路；步驟( 將拋光好的η型頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口，將隔離區(qū)中的η型頂層半導(dǎo)體采用深槽隔離技術(shù)去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將η型頂層半導(dǎo)體隔離為多個(gè)硅島；步驟C3)將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第二次氧化、第二次刻蝕形成漏極溝槽區(qū)，然后去除漏極溝槽區(qū)刻蝕窗口外的光刻膠和氧化層，并洗凈烘干；步驟(4)將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第三次氧化、第三次刻蝕形成緩沖區(qū)摻雜窗口，在緩沖區(qū)摻雜窗口內(nèi)通過離子注入方法摻入η型雜質(zhì)，緩沖區(qū)摻雜窗口內(nèi)的摻入η型雜質(zhì)的頂層半導(dǎo)體區(qū)域作為η型緩沖區(qū)；將η型頂層半導(dǎo)體表面氧化層全部去除，洗凈烘干；步驟( 將η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第四次氧化、第四次刻蝕形成深溝槽，然后采用腐蝕方法去除光刻膠并洗凈烘干；對深溝槽的內(nèi)壁進(jìn)行第五次氧化，采用腐蝕方法去除深溝槽內(nèi)壁表面的氧化層以消除機(jī)械損傷，清洗烘干；步驟(6)對裸露的硅表面進(jìn)行第六次氧化，深溝槽內(nèi)壁上形成的氧化層作為縱向柵介質(zhì)薄膜，頂層半導(dǎo)體上表面和漏極溝槽區(qū)側(cè)壁也被氧化層覆蓋；然后采用化學(xué)氣相淀積方法進(jìn)行多晶硅淀積形成縱向多晶硅柵，采用化學(xué)機(jī)械拋光方法實(shí)現(xiàn)頂層半導(dǎo)體上表面平坦化，洗凈烘干；步驟(7)對η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第七次氧化，第五次刻蝕，形成多晶硅柵摻雜窗口，在多晶硅柵摻雜窗口內(nèi)進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫s的η型多晶硅，去除η型頂層半導(dǎo)體表面絕緣層，洗凈烘干；步驟(8)對η型頂層半導(dǎo)體進(jìn)行第六次刻蝕，形成ρ阱摻雜窗口和ρ陽極區(qū)摻雜窗口， 然后進(jìn)行離子注入并高溫退火推進(jìn)形成與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的ρ阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的P陽極區(qū)；步驟(9)進(jìn)行第七次刻蝕，形成ρ阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，同時(shí)形成ρ陽極區(qū)之內(nèi)的陽極短路點(diǎn)摻雜窗口，進(jìn)行η型重?fù)诫s并退火形成η.源區(qū)和貫穿ρ型陽極區(qū)的η.陽極短路點(diǎn).步驟(10)進(jìn)行第八次刻蝕形成ρ阱區(qū)P+歐姆接觸摻雜窗口和ρ陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行P+重?fù)诫s和快速退火形成這兩種區(qū)域的P+歐姆接觸重?fù)诫s，導(dǎo)電類型與P阱區(qū)的相同；步驟(11)對頂層半導(dǎo)體的上表面和深溝槽內(nèi)壁表面進(jìn)行第九次刻蝕，形成柵極和柵場板電極窗口，陰極和陰極場板電極窗口，陽極和陽極場板電極窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第十次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點(diǎn)； 步驟(1 淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點(diǎn)接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有p埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法?，F(xiàn)有方法制作的SOI LIGBT器件在高溫、大電流環(huán)境下急劇退化甚至失效。本發(fā)明方法采用具有隱埋p型層的SOI材料制作縱向溝道SOI LIGBT器件，縱向耐壓主要靠具有逆向雜質(zhì)濃度分布的p型隱埋層和具有正向雜質(zhì)濃度分布的n型頂層半導(dǎo)體形成的反向偏置pn結(jié)耗盡層承擔(dān)，通過十次刻蝕以及七次氧化制作出具有p埋層的縱向溝道SOI LIGBT器件單元。本發(fā)明方法有效降低器件通態(tài)電阻、通態(tài)壓降和通態(tài)功耗，提高器件通態(tài)電流和工作效率，并顯著改善SOI LIGBT器件的性能，提高器件可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/331GK102157434SQ20111005634
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者劉怡新, 吳倩倩, 孔令軍, 張海鵬, 汪洋, 趙偉立, 齊瑞生 申請人:杭州電子科技大學(xué)