專利名稱：3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片及制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種采用逐級分布式結終端擴展技術的3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管(IGBT)芯片及制造工藝，該工藝可與平面的垂直雙擴散場效應晶體管(VDMOS)工藝兼容，對制造工廠來說，具有較大便利性。
背景技術：
絕緣柵極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor，簡稱 IGBT)是在雙極型晶體管和絕緣柵型場效應晶體管(簡稱“M0SFET”)基礎上發(fā)展起來的一種新型復合功率器件。既有功率MOSFET輸入阻抗高，控制功率小，易于驅動，控制簡單、開關頻率高的優(yōu)點，又有雙極晶體管的導通電壓低，通態(tài)電流大，損耗小的顯著優(yōu)點。在提倡節(jié)能減排、低碳經濟的時代，具備節(jié)能效率高，便于規(guī)?；a，較易實現(xiàn)節(jié)能智慧化等優(yōu)點的IGBT已成為功率半導體市場發(fā)展的主流器件。IGBT器件按照柵極的位置分為平面式(planar)和溝槽式(Trench)；按照背面電場分布特點分為穿通型(Puch-Through，PT),非穿通型(Non-Punch-Through，NPT), 場截止型(Field-Stop，F(xiàn)S)和軟穿通型(Soft-Punch-Through，SPT，也稱為輕穿通型 light-punch-through，LPT);還有為改善反向特性出現(xiàn)的注入增強型(IEGT)和槽式載流子貯存型(CSTBT)。本發(fā)明涉及的是一種平面非穿通型絕緣柵極晶體管(planar NPT IGBT) 的制造工藝。IGBT器件在上世紀80年代被GE公司和MOTOROLA公司首次提出以來，其設計和生產一直由西方國家壟斷著，國內半導體行業(yè)發(fā)展相對滯后。在IGBT芯片生產制造方面，國內尚沒有廠家提出3300V及以上高壓IGBT器件的生產案例。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術的不足，針對上述問題，提供一種采用逐級分布式結終端擴展技術制造絕緣柵極晶體管的工藝方法，本發(fā)明的方法填補國內空白的，同時又能與平面VDMOS制造工藝兼容的3300V NPT IGBT的制造工藝，并且具有一定的成本優(yōu)勢。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，其特征在于，采用中子輻照摻雜的區(qū)溶單晶拋光片；其摻雜濃度在2E13cm-3和 2. 3E13cm-3之間；其少子壽命分布在100微秒到1毫秒之間。所述3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，采用逐級分布式的結終端擴展工藝加工，其結深在6微米和7微米之間；濃度分布在E14 cm_3和E17cm_3之間；擴散前，結終端注入區(qū)和間距的和在34微米和40微米之間；其間距由元胞區(qū)向外逐級增大1微米到 2微米之間。3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管制造工藝，采用與平面垂直雙擴散場效應管兼容的工藝流程，其特征在于，結終端區(qū)擴散的溫度為1150度，時間為450分鐘；場氧化層的氧化溫度為1050度和1150度之間，厚度在1. 2微米和1. 4微米之間；P基區(qū)的擴散溫度為1050度和1150度之間，時間為100分鐘；背面集電極激活的溫度為420度和500度之間，時間為40分鐘。本發(fā)明由于采取以上技術方案，具有以下優(yōu)點采用中子嬗變摻雜的區(qū)融單晶襯底，使少子壽命控制在100微秒到1毫秒之間，保證芯片截止狀態(tài)的耐壓能力和導通狀態(tài)的正向壓降；采用逐級分布式結終端擴展技術，在保證耐壓的前提下，有效降低芯片面積，簡化制造工藝；采用與平面VDMOS兼容的制作工藝，有利于制造。
圖1是逐級分布式結終端擴展技術中涉及的結終端注入區(qū)的分布示意圖2是在采用中子輻照摻雜的N型區(qū)溶拋光片上制作逐級分布式結終端的示意
圖3是在已經形成的結終端上覆蓋場氧化層的示意圖； 圖4是形成柵極氧化層和柵極多晶圖形的示意圖； 圖5是在元胞區(qū)注入并擴散P基區(qū)和N+發(fā)射區(qū)的示意圖； 圖6是形成層間隔離(包含等離子增強的原硅酸四乙酯TEOS和硼磷硅玻璃層)的
示意圖7是形成正面金屬(包含柵極金屬和發(fā)射極金屬)的示意圖； 圖8是形成正面鈍化層(等離子增強的化學氣象淀積形成的氧化硅或摻磷氧化硅層和氮化硅層)的示意圖9是形成背面集電極和集電極接觸金屬層的示意圖。
具體實施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，結合附圖和實施例詳細描述本發(fā)明
如圖1至圖9所示，本發(fā)明采用的襯底片為區(qū)溶單晶拋光片，其摻雜方式采用中子輻照技術，其摻雜劑量2和2. 3E13cm_3之間，其主要特點是電阻率徑向和軸向分布均勻，少子壽命適中，有利于提高發(fā)射極注入效率，增強電導調制作用，降低導通時的正向壓降；利用從元胞區(qū)到芯片邊緣方向不同的結終端注入區(qū)和間距，形成摻雜濃度逐級分布的結終端區(qū)，有效減小了結終端區(qū)的表面積，同時，通過優(yōu)化注入區(qū)大小和其間距可使保證相同耐壓時占用的表面積最小化；其制造工藝流程跟平面的垂直雙擴散場效應管(VDMOS)制造工藝兼容，具體過程包括如下步驟
(1)、在區(qū)溶單晶拋光片1上注入結終端摻雜區(qū)2，元胞區(qū)和結終端的間距用光阻進行阻擋；其摻雜元素為硼，摻雜濃度分布在E14 cm_3和E17cm_3之間；注入后的擴散溫度為 1100度和1180度之間，時間為450分鐘；如圖2所示;
(2)、在結終端區(qū)2擴散后，在表面制備場氧化層3，氧化溫度為1050度和1150度之間， 氧化層厚度在1.2到1.4微米之間，氧化過程中通入二氯乙烷，然后通過濕法刻蝕，去除元胞區(qū)的場氧化層3，如圖3所示；
(3)、完成表面清洗后，制備柵氧化層4和柵多晶層5；柵氧化層氧化過程中通入二氯乙烷；柵多晶層采用自摻雜工藝，摻雜后電阻率在17ohm-cm和22ohm-cm之間；通過刻蝕，只留下柵極和場板多晶層5 ；如圖4所示；
(4)、利于柵極的自對準特性完成P型基區(qū)6注入和擴散，以及利于光阻阻擋不需要注入N+發(fā)射區(qū)7 ；P行基區(qū)6的摻雜濃度分布在E14 cm_3和E18 cm_3之間；P基區(qū)擴散溫度為 1150度，時間為100分鐘；如圖5所示；
(5)、用等離子增強的化學氣象淀積的方式制備層間隔離8(包含等離子增強的原硅酸四乙酯TEOS和硼磷硅玻璃層)；然后在層間隔離層8經過回流后，使用先濕法后干法的方式，刻出接觸孔；回流的溫度為900度和1000度之間，時間為30分鐘；如圖6所示；
(6)、用濺射方式制備正面金屬層9，并用干法或濕法方式反刻；如圖7所示；
(7)、用等離子增強的化學氣象淀積形成正面鈍化層(包含氧化硅或摻磷氧化硅層10 和氮化硅層11);其中氧化硅層10的厚度為200納米，氮化硅層厚度為1微米；使用干法刻蝕工藝露出打線區(qū)；如圖8所示；
(8)、在背面減薄后，用離子注入形成背面集電極12，再用蒸發(fā)法制備集電極接觸金屬 13 ；然后，用低溫退火法，進行正面金屬9合金和背面注入12激活；如圖9所示。 根據上述說明，結合本領域技術可實現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權利要求
1.3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，其特征在于，采用中子輻照摻雜的區(qū)溶單晶拋光片；其摻雜濃度在2E13cm-3和2. 3E13cm-3之間；其少子壽命分布在100微秒到1 毫秒之間。
2.如權利要求1所述的3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，其特征在于，采用逐級分布式的結終端擴展工藝加工，其結深在6微米和7微米之間；濃度分布在E14 cm—3和 E17cm_3之間；擴散前，結終端注入區(qū)和間距的和在34微米和40微米之間；其間距由元胞區(qū)向外逐級增大1微米到2微米之間。
3.3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管制造工藝，采用與平面垂直雙擴散場效應管兼容的工藝流程，其特征在于，結終端區(qū)擴散的溫度為1150度，時間為450分鐘；場氧化層的氧化溫度為1050度和1150度之間，厚度在1. 2微米和1. 4微米之間；P基區(qū)的擴散溫度為 1050度和1150度之間，時間為100分鐘；背面集電極激活的溫度為420度和500度之間， 時間為40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片及制造工藝，采用中子輻照摻雜的區(qū)溶單晶拋光片；其摻雜濃度在2E13cm-3和2.3E13cm-3之間；其少子壽命分布在100微秒到1毫秒之間；采用逐級分布式的結終端擴展技術，其結深在6微米和7微米之間；濃度分布在E14cm-3和E17cm-3之間；擴散前，結終端注入區(qū)和間距的和在34微米和40微米之間；其間距由元胞區(qū)向外逐級增大1微米到2微米之間，其優(yōu)點是在保證耐壓的前提下，有效降低芯片面積，簡化制造工藝；采用與平面VDMOS兼容的制作工藝，有利于制造。
文檔編號H01L29/739GK102244096SQ20111020232
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者劉闖, 饒祖剛 申請人:天津中環(huán)半導體股份有限公司