專利名稱：一種絕緣柵雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于功率器件領(lǐng)域，具體涉及ー種絕緣柵雙極晶體管。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)由單元胞并聯(lián)而成，同時具有單極性器件和雙極性器件的優(yōu)點，驅(qū)動電路簡單，控制電路功耗和成本低，通態(tài)壓降低，器件自身損耗小，是未來高壓大電流的發(fā)展方向。如圖1，絕緣柵雙極晶體管IGBT包括元胞區(qū)、終端區(qū)和劃片槽。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極晶體管IGBT的剖面圖。元胞區(qū)在N-襯底上通過離子注入擴(kuò)散形成P阱區(qū)，N阱區(qū)，發(fā)射極和N發(fā)射區(qū)、P+發(fā)射區(qū)相連，發(fā)射極的形狀及材料影響歐姆接觸電阻大小和散熱能力，設(shè)置不合理會影響器件的高溫特性，常用的解決方法是尋找合適的金屬材料，或 者提高半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，如現(xiàn)在通常會通過離子注入擴(kuò)散形成高濃度的N+發(fā)射區(qū)，N+發(fā)射區(qū)還可以提高器件的電流導(dǎo)通能力，為了抑制絕緣柵雙極型晶體管IGBT閂鎖的發(fā)生，還會再注入高濃度的P+發(fā)射區(qū)，以降低P阱和N+發(fā)射區(qū)之間的壓降，元胞區(qū)N-襯底通過背面注入形成一層很薄的透明集電極區(qū)BackP+，起到電導(dǎo)調(diào)制作用，使IGBT飽和電壓呈正溫度系數(shù)，更適合并聯(lián)，透明集電極區(qū)相連的是集電極。終端區(qū)環(huán)繞在元胞周圍，提高元胞區(qū)表面區(qū)域的臨界擊穿電場。在元胞的制造エ藝過程中，擴(kuò)散是在光刻掩膜開窗ロ后進(jìn)行，p-n結(jié)中間近似于平面結(jié)，而在邊角處p-n結(jié)發(fā)生彎曲，近似于柱面或球面，由于p-n結(jié)邊角的位置存在曲率，使表面處的電場比體內(nèi)高，當(dāng)臨界擊穿電場一定時，是最容易發(fā)生擊穿的位置；而且，平面エ藝使表面產(chǎn)生的缺陷和離子沾污降低了表面區(qū)域的臨界擊穿電場。這樣，就必須設(shè)計一定的終端結(jié)構(gòu)對表面電場進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高表面擊穿電壓的目的。常用的終端結(jié)構(gòu)有場板(FP)、場限環(huán)(FLR)、結(jié)終端延伸(JTE)、橫向變摻雜(VLD)、阻性場板(如摻氧多晶硅(SIPOS))等。這些延伸結(jié)構(gòu)實際上起到將主結(jié)耗盡區(qū)向外展寬的作用，從而降低其內(nèi)部電場強度最終提高擊穿電壓。多級場板除了具有提高擊穿電壓的能力外還具有終端面積小的優(yōu)點。多級場板結(jié)構(gòu)中的氧化層厚度對耐壓起主要作用，其中最厚的氧化層在腐蝕エ藝過程中不容易控制，如果厚度控制不當(dāng)會影響器件耐壓。劃片槽會放ー些測試圖形，以便對芯片生產(chǎn)加工過程中的一些參數(shù)進(jìn)行收集，測試。

實用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種絕緣柵雙極型晶體管，多級場板中的氮氧化硅層有腐蝕阻擋層的作用，對腐蝕エ藝精度要求低，氮氧化硅層致密性好，有較強的阻止外部雜質(zhì)離子侵入的能力，提高絕緣柵雙極晶體管的穩(wěn)定性和可靠性，并且含有氮氧化硅層的多級場板能夠節(jié)省器件面積。[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案ー種絕緣柵雙極晶體管，所述晶體管包括單個元胞并聯(lián)而成的元胞區(qū)、終端區(qū)和劃片槽；所述元胞區(qū)包括多晶硅柵電極、金屬發(fā)射極、與所述發(fā)射極連接的N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)、N阱區(qū)、P阱區(qū)、N-襯底、透明集電極區(qū)和集電極；所述終端區(qū)包括多級場板、N-襯底、透明集電極區(qū)和集電極；所述透明集電極區(qū)位于所述N-襯底和集電極的中間，所述多級場板位于N-襯底的上部。所述金屬發(fā)射極為挖槽式結(jié)構(gòu)，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層。挖槽式是在隔離氧化層ILD(Isolate Oxide)開的窗ロ處向下刻蝕形成ー個深度為O. 2 O. 5um、下底邊長為
4.8um、上底邊長為5um的梯形體凹槽，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層，再在凹槽處填充金屬形成金屬發(fā)射極，這樣可以增大金屬和N+及P+的接觸面積，降低接觸電阻，同時也可以增
大散熱面積，使器件的散熱更均勻，高溫特性更好。所述N+發(fā)射區(qū)和所述P+發(fā)射區(qū)分別位于所述N-襯底內(nèi)的N阱區(qū)和P阱區(qū)內(nèi)。所述多級場板包括金屬發(fā)射極、多晶硅柵電極和氧化層；所述氧化層為階梯結(jié)構(gòu)。所述氧化層包括厚度為O. I O. 2um的柵氧化層、厚度為I 2um的場氧化層；厚度為2 4um的由場氧化層和隔離氧化層以下至上依次疊加構(gòu)成的ニ元復(fù)合層和厚度為5 IOum的由場氧化層、隔離氧化層、氮氧化硅氧化層和ニ氧化硅氧化層以下至上依次疊加構(gòu)成的四元復(fù)合層。所述ニ元復(fù)合層的場氧化層厚度為I 2um，隔離氧化層厚度為I 2um ;所述四元復(fù)合層的場氧化層厚度為I 2um，隔離氧化層厚度為I 2um，氮氧化硅氧化層的厚度為O. I O. 6um, ニ氧化娃氧化層的厚度為3 6um。所述元胞采用Spacer結(jié)構(gòu),所述Spacer結(jié)構(gòu)是指所述P講區(qū)和N講區(qū)形成之后在整個芯片上淀積ー層氧化膜，然后濕法腐蝕氧化膜，由于濕法腐蝕具有各向異性，氧化膜在邊角處和平整處的腐蝕速率不一樣，導(dǎo)致邊角處會留下氧化層的掩蔽層。所述N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)以Spacer結(jié)構(gòu)作為注入掩蔽層形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于該器件的可靠性高，穩(wěn)定性強，成本低；多級場板中的氮氧化硅層有腐蝕阻擋層的作用，對腐蝕エ藝精度要求低；并且氮氧化硅層致密性好，有較強的阻止外部雜質(zhì)離子侵入的能力，提高晶體管的穩(wěn)定性和可靠性；含有氮氧化硅層的多級場板能夠節(jié)省器件面積；發(fā)射極采用挖槽式，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層可以在降低歐姆接觸電阻的同時增大金屬接觸面積，使散熱更均勻，器件的高溫特性更好。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中絕緣柵雙極晶體管IGBT的剖面圖；圖3是本實用新型實施例的剖面圖；圖4是未經(jīng)側(cè)向腐蝕的電極示意圖；圖5是經(jīng)側(cè)向腐蝕的電極示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例做進(jìn)ー步補充說明。[0025]如圖3所示,一種絕緣柵雙極型晶體管,所述晶體管包括單個元胞并聯(lián)而成的元胞區(qū)、終端區(qū)和劃片槽；所述元胞區(qū)包括多晶硅柵電極G(Gate)、金屬發(fā)射極E(Emitter)、與所述發(fā)射極E (Emitter)連接的N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)、N阱區(qū)、P阱區(qū)、N-襯底、透明集電極區(qū)BackP+和集電極C(Collector);所述終端區(qū)包括多級場板、N-襯底、透明集電極區(qū)BackP+和集電極C(Collector);所述透明集電極區(qū)BackP+位于所述N-襯底和集電極C(Collector)的中間，所述多級場板位于N-襯底的上部。元胞區(qū)由很多元胞并聯(lián)而成，共同分擔(dān)這個芯片的電流，各元胞在表面有基本相同的電位。所述金屬發(fā)射極E(Emitter)為挖槽式結(jié)構(gòu)，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層。所述發(fā)射極為挖槽式結(jié)構(gòu)。挖槽式是在隔離氧化層ILD(Isolate Oxide)開的窗ロ處向下刻蝕形成ー個深度為O. 2 O. 5um、下底邊長為4. 8um、上底邊長為5um的梯形體凹槽，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層，再在凹槽處填充金屬形成金屬發(fā)射極，這樣可以增大金屬和N+及P+的接 觸面積，降低接觸電阻，同時也可以增大散熱面積，使器件的散熱更均勻，高溫特性更好。所述N+發(fā)射區(qū)和所述P+發(fā)射區(qū)分別位于所述N-襯底內(nèi)的N阱區(qū)和P阱區(qū)內(nèi)。所述多級場板包括金屬發(fā)射極、多晶硅柵電極G(Gate)和氧化層；所述氧化層為階梯結(jié)構(gòu)。所述氧化層包括厚度為O. I O. 2um的柵氧化層GOX(Gate Oxide)、厚度為I 2um的場氧化層FOX (Field Oxide);厚度為2 4um的由場氧化層FOX (Field Oxide)和隔離氧化層ILD(Isolate Oxide)以下至上依次疊加構(gòu)成的ニ元復(fù)合層和厚度為5 IOum的由場氧化層FOX (Field Oxide)、_離氧化層ILD (Isolate Oxide)、氮氧化娃氧化層和ニ氧化硅氧化層以下至上依次疊加構(gòu)成的四元復(fù)合層。所述ニ元復(fù)合層的場氧化層F0X(Field Oxide)厚度為I 2um，隔離氧化層ILD(IsolateOxide)厚度為I 2um ;所述四元復(fù)合層的場氧化層FOX (Field Oxide)厚度為I 2um,隔離氧化層ILD(Isolate Oxide)厚度為I 2um,氮氧化娃氧化層的厚度為
O.I O. 6um, ニ氧化娃氧化層的厚度為3 6um。所述元胞采用Spacer結(jié)構(gòu),所述Spacer結(jié)構(gòu)是指所述P講區(qū)和N講區(qū)形成之后在整個芯片上淀積ー層氧化膜，然后濕法腐蝕氧化膜，由于濕法腐蝕具有各向異性，氧化膜在邊角處和平整處的腐蝕速率不一樣，導(dǎo)致邊角處會留下氧化層的掩蔽層。所述元胞采用Spacer結(jié)構(gòu)，利用一套光刻版注入P和N型區(qū)，可以避免套刻誤差，確保元胞溝道的一致性，改善動態(tài)特性；同時可以省一道光刻板，減少エ藝步驟，節(jié)約成本。所述N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)以Spacer結(jié)構(gòu)作為注入掩蔽層形成。所述P阱區(qū)和N阱區(qū)是同一個注入窗ロ，先注硼元素Be形成P阱區(qū)再注磷元素P形成N阱區(qū)。本申請金屬發(fā)射極采用挖槽式，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層使電極充分接觸高濃度的N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)，可以在降低歐姆接觸電阻的同時增大金屬接觸面積，使散熱更均勻，器件的高溫特性更好，未側(cè)向腐蝕的槽式電極見圖4，側(cè)向腐蝕的槽式電極見圖5。為了抑制絕緣柵雙極型晶體管IGBT閂鎖的發(fā)生，還會再注入高濃度的P+區(qū)，元胞區(qū)N-襯底通過背面注入形成一層很薄的透明集電極區(qū)BackP+，起到電導(dǎo)調(diào)制作用，使絕緣柵雙極晶體管IGBT飽和電壓呈正溫度系數(shù)，更適合并聯(lián)，透明集電極區(qū)BackP+相連的是集電極C(Collector)。
權(quán)利要求1.ー種絕緣柵雙極晶體管，所述晶體管包括元胞區(qū)、終端區(qū)和劃片槽；其特征在于所述元胞區(qū)包括多晶硅柵電極、金屬發(fā)射極、與所述發(fā)射極連接的N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)、N阱區(qū)、P阱區(qū)、N-襯底、透明集電極區(qū)和集電極；所述終端區(qū)包括多級場板、N-襯底、透明集電極區(qū)和集電極；所述透明集電極區(qū)位于所述N-襯底和集電極的中間，所述多級場板位于N-襯底的上部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述發(fā)射極為挖槽式結(jié)構(gòu)，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述N+發(fā)射區(qū)和所述P+發(fā)射區(qū)分別位于所述N-襯底內(nèi)的N阱區(qū)和P阱區(qū)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述多級場板包括金屬發(fā)射極、多晶硅柵電極和氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述氧化層為階梯結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的ー種絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于所述氧化層包括厚度為O. I O. 2um的柵氧化層、厚度為I 2um的場氧化層；厚度為2 4um的由場氧化層和隔離氧化層以下至上依次疊加構(gòu)成的ニ元復(fù)合層和厚度為5 IOum的由場氧化層、隔離氧化層、氮氧化硅氧化層和ニ氧化硅氧化層以下至上依次疊加構(gòu)成的四元復(fù)合層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述ニ元復(fù)合層的場氧化層厚度為I 2um，隔離氧化層厚度為I 2um ;所述四元復(fù)合層的場氧化層厚度為I 2um,隔離氧化層厚度為I 2um，氮氧化硅氧化層的厚度為O. I O. 6um, ニ氧化硅氧化層的厚度為3 6um。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述元胞采用Spacer結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于所述N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)以Spacer結(jié)構(gòu)作為注入掩蔽層形成。
專利摘要本實用新型提供一種絕緣柵雙極晶體管，晶體管包括元胞區(qū)、終端區(qū)和劃片槽；所述元胞區(qū)包括多晶硅柵電極、發(fā)射極、與所述發(fā)射極連接的N+發(fā)射區(qū)和P+發(fā)射區(qū)、N阱區(qū)、P阱區(qū)、N-襯底、透明集電極區(qū)和集電極。本實用新型多級場板中的氮氧化硅層有腐蝕阻擋層的作用，對工藝精度要求低；并且氮氧化硅層致密性好，提高晶體管的穩(wěn)定性和可靠性。發(fā)射極采用挖槽式，并在挖槽后側(cè)向腐蝕氧化層可以在降低歐姆接觸電阻的同時增大金屬接觸面積，使散熱更均勻，器件的高溫特性更好。所述元胞采用Spacer結(jié)構(gòu)，利用一套光刻版注入P和N型區(qū)，可以避免套刻誤差，確保元胞溝道的一致性，改善動態(tài)特性；同時可以省一道光刻板，減少工藝步驟，節(jié)約成本。
文檔編號H01L29/739GK202633315SQ20122015178
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者高明超, 于坤山, 金銳, 溫家良, 袁玉湘, 劉江, 劉鉞楊, 趙哿, 韓榮剛, 楊霏, 張沖 申請人:中國電力科學(xué)研究院