專利名稱：一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明還涉及一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是一種大功率的分立器件，具有很高的耐壓能力和導電能力。但由于其本身結(jié)構(gòu)存在的PNPN晶閘管結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生閂鎖效應，導致器件的失控。為避免絕緣柵雙極晶體管的閂鎖，需要提高器件發(fā)射端P體區(qū)的濃度和P體區(qū)的深度，但是這會導致器件的閾值電壓提高，溝道區(qū)電阻增大，從而影響到器件的導通能力。因此，在絕緣柵雙極晶體管工藝設(shè)計中要充分考慮抗閂鎖能力和閾值電壓這兩者的平衡。如圖1所示，在溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管中，現(xiàn)有技術(shù)通過兩次帶掩模版的P型雜質(zhì)注入以及對應的高溫推進來實現(xiàn)器件溝道區(qū)和P體區(qū)的濃度區(qū)別，以滿足器件閾值電壓和抗閂鎖能力的平衡。如圖2所示，顯示現(xiàn)有技術(shù)中的第二次提高抗閂鎖能力的P型雜質(zhì)注入和高溫推進的過程，該工藝中此次提高抗閂鎖能力的P型雜質(zhì)注入的掩模版尺寸和高溫推進的條件需要精準選擇，以免影響到器件的閾值電壓。但高溫推進又希望將P體區(qū)推的盡量深，這勢必影響到N體區(qū)尺寸的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，達到溝槽絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)閂鎖與閾值電壓平衡的同時降低絕緣柵雙極晶體管制造成本。本發(fā)明還提供了一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管制造方法，包括以下步驟 (I)在器件的N體區(qū)注入P型雜質(zhì)，通過高溫推進形成滿足抗閂鎖能力的P體區(qū)；(2)淀積硬掩模版，涂膠，曝光溝槽區(qū)域，將溝槽區(qū)域的硬掩模版刻開，利用硬掩模版制作溝槽；(3)進行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽側(cè)壁中；(4)對溝槽區(qū)域柵氧化，并利用此熱過程完成對N型雜質(zhì)的激活和推進，實現(xiàn)對溝道區(qū)凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；(5)在溝槽中填充柵電極材料，形成柵電極；重摻雜注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)，引出發(fā)射極以及集電極。所述制造方法，實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)注入的劑量范圍與P型雜質(zhì)注入和推進的過程相匹配，其面密度范圍為5Ell/cm2至lE13/cm2。所述制造方法，實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)的注入能量范圍為15KeV至lOOKeV。所述制造方法，實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)的注入角度為飛。至30°，采用多次旋轉(zhuǎn)注入。
所述制造方法，實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)注入根據(jù)溝槽形成方法確定，能采用帶硬掩模版注入、帶膠注入或?qū)⑺醒谀０嫒サ糁笞⑷?。本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，包括P+集電區(qū)、N體區(qū)、溝槽、溝道區(qū)、P體區(qū)、N+發(fā)射區(qū)和發(fā)射極；所述N體區(qū)位于P+集電區(qū)上方，所述溝道區(qū)緊靠N+發(fā)射區(qū)下部邊界位于P體區(qū)和溝槽之間，所述N+發(fā)射區(qū)緊靠P體區(qū)上部邊界與溝槽和發(fā)射極相連，其特征在于所述溝道區(qū)具有非均勻分布的N型雜質(zhì)，其濃度自溝槽側(cè)壁向遠離溝槽側(cè)壁方向逐漸降低。本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管制造方法，利用一次P型雜子注入形成絕緣柵雙極晶體管發(fā)射端的P型區(qū)，其摻雜濃度和深度能滿足器件的抗閂鎖能力；通過在溝槽刻蝕完成后進行一次帶角度N型雜質(zhì)注入調(diào)整溝槽表面附近的雜質(zhì)濃度來調(diào)整器件的閾值。溝槽注入選擇溝槽刻蝕工藝中殘留的氧化物硬掩模版來阻擋注入到元胞區(qū)域的雜質(zhì)減小對元胞表面處的影響。本發(fā)明的制造方法能實現(xiàn)小尺寸元胞區(qū)的溝槽柵絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)閂鎖與閾值電壓平衡，有助于溝槽柵絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮優(yōu)勢。 本發(fā)明的制造方法與現(xiàn)有制造方法相比能減少使用一張硬掩模版，能簡化絕緣柵雙極晶體管制造步驟，能降低絕緣柵雙極晶體管制造成本。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是一種現(xiàn)有絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一種現(xiàn)有絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)制造方法的部分流程示意圖，顯示所述方法中第二次P型注入和推進的過程。圖3是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖一，其顯示所述制造方法的步驟(I)。圖4是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖二，其顯示所述制造方法的步驟(2)。圖5是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖三，其顯示所述制造方法的步驟(3)。圖6是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖四，其顯示所述制造方法的步驟(4)。圖7是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖五，其顯示所述制造方法的步驟(5)。附圖標記說明I是集電極 2是P+集電區(qū)3是N體區(qū) 4是溝道區(qū)5是溝槽柵極6是N+發(fā)射區(qū)
7是P體區(qū) 8是發(fā)射極9是硬掩模版10是溝槽柵氧化層11是溝槽
具體實施例方式本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)制造方法，包括如圖3所示，步驟(I)，在器件的N體區(qū)3注入P型雜質(zhì)，通過高溫推進形成滿足抗閂鎖能力的P型體區(qū)7;如圖4所示，步驟(2)，淀積硬掩模版9，涂膠，曝光溝槽11區(qū)域，將溝槽11區(qū)域的硬掩模版9刻開，利用硬掩模版制作溝槽5 ；如圖5所示，步驟(3)，進行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽11側(cè)
壁中；如圖6所示，步驟(4)，對溝槽11區(qū)域柵氧化，并利用此熱過程完成對N型雜質(zhì)的激活和推進，實現(xiàn)對溝道區(qū)4凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；如圖7所示，步驟(5)，在溝槽11中填充柵電極材料，涂膠曝光形成柵電極；重摻雜注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)6，引出正面發(fā)射極8 ；步驟￠)實現(xiàn)背面集電區(qū)2的注入激活和背面金屬層生長形成背面集電極I。如圖7所示,絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu),包括
集電極1、P+集電區(qū)2、N體區(qū)3、溝槽11、溝道區(qū)4、P體區(qū)7、N+發(fā)射區(qū)6和發(fā)射極8 ;所述P+集電區(qū)2位于集電極I上方，所述N體，3位于P+集電區(qū)2上方，所述溝道區(qū)4緊靠N+發(fā)射區(qū)6下部邊界位于P體區(qū)7和溝槽11之間，所述N+發(fā)射區(qū)6緊靠P體區(qū)7上部邊界與溝槽11和發(fā)射極8相連，其中所述溝道區(qū)具有非均勻分布的N型雜質(zhì)，其濃度自溝槽11側(cè)壁向遠離溝槽11側(cè)壁方向逐漸降低。以上通過具體實施方式
和實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，其具有P+集電區(qū)、N體區(qū)、溝槽、溝道區(qū)、P體區(qū)、N+發(fā)射區(qū)和發(fā)射極；所述N體區(qū)位于P+集電區(qū)上方，所述溝道區(qū)緊靠N+發(fā)射區(qū)下部邊界位于P 體區(qū)和溝槽之間，所述N+發(fā)射區(qū)緊靠P體區(qū)上部邊界與溝槽和發(fā)射極相連，其特征在于所述溝道區(qū)具有非均勻分布的N型雜質(zhì)，其濃度自溝槽側(cè)壁向遠離溝槽側(cè)壁方向逐漸降低。
2.一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在器件的N體區(qū)注入P型雜質(zhì)，通過高溫推進形成滿足抗閂鎖能力的P體區(qū)；(2)淀積硬掩模版，涂膠，曝光溝槽區(qū)域，將溝槽區(qū)域的硬掩模版刻開，利用硬掩模版制作溝槽；(3)進行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽側(cè)壁中；(4)對溝槽區(qū)域柵氧化，并利用此熱過程完成對N型雜質(zhì)的激活和推進，實現(xiàn)對溝道區(qū)凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；(5)在溝槽中填充柵電極材料，形成柵電極；重摻雜注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)，引出發(fā)射極以及集電極。
3.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)注入的劑量范圍與P型雜質(zhì)注入和推進的過程相匹配，其面密度范圍為5Ell/cm2至lE13/cm2。
4.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)的注入能量范圍為15KeV至IOOKeV0
5.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)的注入角度為7°至30°，采用多次旋轉(zhuǎn)注入。
6.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實施步驟(3)時，N型雜質(zhì)注入根據(jù)溝槽形成方法確定，能采用帶硬掩模版注入、帶膠注入或?qū)⑺醒谀０嫒サ艉笞⑷搿?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括在器件的N體區(qū)注入P型雜質(zhì)；利用硬掩模版制作溝槽；進行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽側(cè)壁中；對溝槽區(qū)域柵氧化，并利用此熱過程完成對N型雜質(zhì)的激活和推進，實現(xiàn)對溝道區(qū)凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；在溝槽中填充柵電極材料，形成柵電極；重摻雜注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)，引出發(fā)射極以及集電極。本發(fā)明還公開了一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制造方法采用一次P型雜質(zhì)注入，一次帶角度N型雜質(zhì)注入，能達到溝槽絕緣柵雙極晶體管閂鎖與閾值電壓平衡，本發(fā)明的制造方法能降低絕緣柵雙極晶體管的制造成本。
文檔編號H01L21/265GK103022113SQ20111028035
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者劉坤, 張帥 申請人:上海華虹Nec電子有限公司