一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法，所述絕緣柵雙極晶體管包括：具有第一主面和第二主面的第一導電類型的半導體襯底，形成于半導體襯底的有源區(qū)的第一主面?zhèn)鹊牡谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，第一半導體層的摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度；形成于第一半導體層的第一主面?zhèn)鹊慕^緣柵型晶體管單元。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管在第一導電類型的半導體襯底中的有源區(qū)的第一主面?zhèn)刃纬捎械谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，且第一半導體層中的摻雜濃度高于半導體襯底中的摻雜濃度。這樣，第一半導體層在有源區(qū)中不僅降低JFET區(qū)域電阻，而且還充當載流子存儲層，降低漂移區(qū)電阻，從而降低絕緣柵雙極晶體管的正向導通壓降。
【專利說明】一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及半導體設計及制造【技術領域】，特別涉及一種絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱 IGBT)及其制造方法。
【【背景技術】】
[0002]IGBT 是由 BJT (Bipolar Junct1n Transistor，雙極結型晶體管)和 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor,金屬氧化物半導體場效應晶體管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，具有工作頻率高，控制電路簡單，電流密度高，通態(tài)壓低等特點，廣泛應用于功率控制領域。
[0003]由于電導調制效應，絕緣柵雙極晶體管具有比DMOS (Double-diffused MetalOxide Semiconductor,雙擴散M0S)結構的MOSFET更低的導通電阻,但導通電阻決定了絕緣柵雙極晶體管工作時的導通損耗，限制了其最大輸出功率，為了盡可能的提高絕緣柵雙極晶體管的性能，需要不斷的降低其導通電阻，它主要由原胞尺寸、排列布局、電流密度、襯底厚度等因素決定。請參考圖1所示，其為絕緣柵雙極晶體管的等效電阻示意圖。該絕緣柵雙極晶體管的等效電阻主要包括正面MOS電阻RC, JFET(Junct1n Field-effectTransistor,結型場效應晶體管)區(qū)域電阻RJ，漂移區(qū)電阻RD以及襯底PN結電阻RP。對于高壓絕緣柵雙極晶體管來說，影響正向導通壓降Vce (on)的主要是JFET區(qū)域電阻RJ和漂移區(qū)電阻RD。因而，如何盡量降低這兩部分電阻是大功率絕緣柵雙極晶體管設計的重要考慮因素。
[0004]針對JFET區(qū)域電阻RJ，目前主要有三類方法:第一、增加JFET區(qū)域處載流子濃度，降低JFET區(qū)域電阻，但這種方法需要增加工藝步驟且效果不是非常明顯；第二、通過增加平面柵的尺寸來降低JFET區(qū)域電阻，這種方法會降低器件的電流密度和擊穿電壓，需要優(yōu)化設計；第三、使用采用溝槽柵代替平面柵結構，將平面柵中的JFET區(qū)域去除，這種方法直接去除了 JFET這部分電阻，有效地增大了器件的電流密度，在低壓IGBT中得到了廣泛地應用，但是這種方法制造工藝復雜，且溝槽柵的形貌及工藝控制對IGBT的可靠性具有很大的影響，在高壓IGBT中并不常用。
[0005]針對漂移區(qū)電阻RD，主要通過降低漂移區(qū)厚度來實現(xiàn)。迄今為止，主要有穿通型絕緣柵雙極晶體管PT-1GBT、非穿通型絕緣柵雙極晶體管NPT-1GBT和場截止型絕緣柵雙極晶體管FS-1GBT三種結構，三者之間的主要差異是不同的襯底PN結結構和不同的漂移區(qū)厚度。相對PT-1GBT和NPT-1GBT來講，F(xiàn)S-1GBT具有最薄的厚度，其正向導通壓降得到明顯的下降，以600V/25A IGBT為例，NPT-1GBT產(chǎn)品所需襯底厚度大約為120um，而FS-1GBT只需要60um，厚度降低了一般，其正向導通壓降也從1.6V降低至1.2V，降幅近30%。然而，隨著半導體晶圓尺寸的不斷提高，薄片設備的價格、工藝復雜程度以及很高的碎片率嚴重的限制了 IGBT (特別是低壓IGBT)性能的不斷提升。
[0006]因此，有必要提供一種改進的技術方案來克服上述問題?！?br/>【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣柵雙極晶體管及其制造方法，可以降低該絕緣柵雙極晶體管的正向導通壓降。
[0008]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極晶體管，其包括:具有第一主面和第二主面的第一導電類型的半導體襯底，其中，所述半導體襯底包括有源區(qū)和位于所述有源區(qū)外側的終端保護區(qū)；形成于所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)鹊牡谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，其中所述第一半導體層的摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度；形成于第一半導體層的第一主面?zhèn)鹊慕^緣柵型晶體管單元，其中所述絕緣柵型晶體管單元導通時，其形成有第一導電類型的溝道。
[0009]進一步的，所述絕緣柵雙極晶體管還包括:形成于所述終端保護區(qū)的第一主面?zhèn)鹊谋Ｗo終端。
[0010]進一步的，所述絕緣柵雙極晶體管還包括:在所述半導體襯底的第二主面?zhèn)刃纬傻牡诙щ婎愋偷牡诙雽w層；在形成有所述絕緣柵型晶體管單元的第一半導體層的第一主面上形成的第一主電極；在所述第二半導體層上形成的第二主電極。
[0011]進一步的，所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型，所述絕緣柵型晶體管單元為N型溝道MOSFET單元，所述第一導電類型的半導體襯底為N-型半導體襯底，所述第一半導體層為N+型半導體層，所述第二半導體層為P+型集電極層，所述第一主電極為發(fā)射極，所述第二主電極為集電極。
[0012]更進一步的，所述N型溝道MOSFET單元包括:自所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的第一主面向內(nèi)有選擇的形成的P型基區(qū)；自所述P型基區(qū)的表面向該P型基區(qū)內(nèi)有選擇的形成的N+有源區(qū)；自所述N+有源區(qū)內(nèi)側的P型基區(qū)表面向該P型基區(qū)內(nèi)形成的P+有源區(qū)；自所述P型基區(qū)的邊緣部分的第一主面和所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的未形成P型基區(qū)的第一主面上形成的柵極氧化層；在柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵電極；覆蓋柵極氧化層和多晶硅柵電極露出表面的介質層；其中，第一主電極形成于所述介質層的外側并與所述N+有源區(qū)和所述P+有源區(qū)電性接觸。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其包括:提供具有第一主面和第二主面的第一導電類型的半導體襯底，其中所述半導體襯底包括有源區(qū)和位于所述有源區(qū)外側的終端保護區(qū)；在所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)刃纬傻谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，其中所述第一半導體層的摻雜濃度高于半導體襯底的摻雜濃度；在所述第一半導體層的第一主面?zhèn)刃纬山^緣柵型晶體管單元，其中所述絕緣柵型晶體管單元導通時，其形成有第一導電類型的溝道。
[0014]進一步的，所述絕緣柵雙極晶體管的制造方法還包括:在所述終端保護內(nèi)的第一主面?zhèn)刃纬杀Ｗo終端。
[0015]進一步的,所述絕緣柵雙極晶體管的制造方法還包括:在形成有所述絕緣柵型晶體管單元的第一半導體層的第一主面上形成第一主電極；從所述半導體襯底的第二主面起減薄該絕緣柵型晶體管單元形成后的半導體襯底；自減薄后的半導體襯底的第二主面向所述半導體襯底內(nèi)形成第二導電類型的第二半導體層；在所述第二半導體層上形成與第二半導體層電性接觸的第二主電極。
[0016]進一步的，所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型，所述絕緣柵型晶體管單元為N型溝道MOSFET單元，所述第一導電類型的半導體襯底為N-型半導體襯底，所述第一半導體層為N+型半導體層，所述第二半導體層為P+型集電極層，所述第一主電極為發(fā)射極，所述第二主電極為集電極。
[0017]進一步的，形成所述N+型半導體層的過程包括:在所述N-型半導體襯底的第一主面上形成場氧層；透過所述場氧層在所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)冗M行N型雜質注入以形成N+層；和高溫推阱形成所述N+型半導體層。
[0018]進一步的，所述N型溝道MOSFET單元包括:自所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的第一主面向內(nèi)有選擇的形成的P型基區(qū)；自P型基區(qū)的表面向該P型基區(qū)內(nèi)有選擇的形成的N+有源區(qū)；自所述N+有源區(qū)內(nèi)側的P型基區(qū)表面向該P型基區(qū)內(nèi)形成的P+有源區(qū)；自所述P型基區(qū)的邊緣部分的第一主面和所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的未形成P型基區(qū)的第一主面上形成的柵極氧化層；在柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵電極；覆蓋柵極氧化層和多晶娃柵電極露出表面的介質層；其中，第一主電極形成于所述介質層的外側并與所述N+有源區(qū)和所述P+有源區(qū)電性接觸。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其包括:步驟一、提供具有第一主面和第二主面的N-型半導體襯底，所述N-型半導體襯底包括有源區(qū)和終端保護區(qū)；步驟二，在所述N-型半導體襯底的第一主面上形成預氧層；步驟三、通過基于終止環(huán)光刻板的光刻、離子注入在所述終端保護區(qū)的第一主面層形成終止環(huán)；步驟四，高溫氧化在所述預氧層上形成場氧層；步驟五，通過基于P型場限環(huán)區(qū)光刻板的光亥IJ、刻蝕、離子注入、高溫推阱工藝在所述終端保護區(qū)中形成P型場限環(huán)區(qū)；步驟六，通過基于有源區(qū)光刻板的光刻、蝕刻、離子注入、高溫推阱在所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)戎苽銷+型半導體層；步驟七，依次在N+半導體層的第一主面上形成柵極氧化層和淀積多晶硅柵極層；步驟八，通過基于多晶硅光刻板進行光刻、刻蝕、多晶硅柵極自對準離子注入、高溫推阱形成Pbody區(qū)；步驟九，多晶硅柵極自對準離子注入以形成N+有源區(qū)；步驟十，淀積覆蓋多晶硅柵極的介質層、形成正面金屬電極和鈍化層；步驟十一、通過背面減薄工藝，將N-型半導體襯底I的厚度減薄，并在減薄后的N-型半導體襯底的第二主面?zhèn)刃纬蒔+集電極，然后在P+集電極上形成背面金屬層。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管及其制造方法，在第一導電類型的半導體襯底中的有源區(qū)的第一主面?zhèn)刃纬傻谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，且所述第一半導體層中的摻雜濃度高于所述半導體襯底中的摻雜濃度；絕緣柵型晶體管單元形成于第一半導體層的第一主面?zhèn)?。這樣，所述第一半導體層在有源區(qū)中不僅增加了 JFET區(qū)域處載流子濃度，降低JFET區(qū)域電阻RJ，而且還充當載流子存儲層，優(yōu)化漂移區(qū)的載流子分布，降低漂移區(qū)電阻RD，從而降低本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管的正向導通壓降。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0022]圖1為現(xiàn)有的絕緣柵雙極晶體管的等效電阻示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明在一個實施例中的絕緣柵雙極晶體管的一部分的縱剖面圖；
[0024]圖3為本發(fā)明在一個實施例中的IGBT的制造方法的流程示意圖；
[0025]圖4至圖17為圖2中的絕緣柵雙極晶體管在一個具體實施例中的各個制造工序的縱剖面圖。
【【具體實施方式】】
[0026]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0027]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0028]請參考圖2所示，其為本發(fā)明在一個實施例中的絕緣柵雙極晶體管的一部分的縱剖面圖。所述絕緣柵雙極晶體管包括:具有第一主面ISl和第二主面1S2的第一導電類型的半導體襯底1，其中，所述半導體襯底I包括有源區(qū)2、位于所述有源區(qū)2外側的終端保護區(qū)4 ;形成于有源區(qū)2的第一主面ISl側的第一導電類型的第一半導體層5，其中，所述第一半導體層5的摻雜濃度高于所述半導體襯底I的摻雜濃度高；形成于所述第一半導體層5的第一主面ISl側的絕緣柵型晶體管單元，其中，所述絕緣柵型晶體管單元導通時其形成有第一導電類型的溝道；形成于所述終端保護區(qū)4的第一主面ISl側的保護終端；形成于所述半導體襯底I的第二主面1S2側的第二導電類型的第二半導體層6。
[0029]所述絕緣柵雙極晶體管還包括:在形成有所述絕緣柵型晶體管單元的第一半導體層5的第一主面ISl上形成的第一主電極12 ;以及在所述第二半導體層6上形成的第二主電極13。
[0030]下面以所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型為例，結合圖2對本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管的結構進行具體介紹。
[0031]在圖2所示的實施例中，所述第一導電類型的半導體襯底I為N-型半導體襯底(也稱為N-層)。形成于所述有源區(qū)2的第一主面ISl側的第一導電類型的第一半導體層5為N+型半導體層。所述保護終端為場限環(huán)終端結構，該場限環(huán)終端結構包括自終端保護區(qū)4中的第一主面ISl向所述N-型半導體襯底I內(nèi)選擇性的進行P型雜質摻雜以形成的P型場限環(huán)區(qū)7。在所述終端保護區(qū)4的第一主面ISl上還形成有場氧化層。易于思及的是，所述保護終端也可以為現(xiàn)有技術中的其他保護終端結構，比如，場限環(huán)加場板終端結構。在所述場限環(huán)終端結構外側的第一主面ISl側還形成有N+型終止環(huán)15。
[0032]所述絕緣柵型晶體管單元為具有第一導電類型的溝道(在此為N型溝道)的M0SFET。具體的說，該 N 型溝道的 MOSFET 為 DMOS (Double-diffused Metal OxideSemiconductor，雙擴散M0S)結構的M0SFET，其包括:自所述有源區(qū)2的第一主面ISl向所述N+型半導體層5內(nèi)有選擇的擴散P型雜質形成的P-body區(qū)(或者稱為P基區(qū))8 ;自P-body區(qū)8的表面向該P-body區(qū)8內(nèi)有選擇的擴散高濃度的N型雜質形成的N+有源區(qū)(或者稱為N+發(fā)射極區(qū))9 ；自所述N+有源區(qū)9內(nèi)側的P-body區(qū)8表面向該P-body區(qū)8內(nèi)擴散高濃度的P型雜質形成的P+有源區(qū)10 ；自所述P-body區(qū)8的邊緣部分的第一主面和所述有源區(qū)2的未形成P-body區(qū)8的第一主面上形成的柵極氧化層(簡稱柵氧層)220 ;在柵極氧化層220的上表面上形成的多晶硅柵電極300 ;覆蓋柵極氧化層220和多晶硅柵電極300露出表面的介質層400，其中，多晶硅柵電極300正下方的P-body區(qū)8的部分稱為溝道區(qū)。
[0033]在圖2所示的實施例中，所述第二導電類型的第二半導體層6為自所述第二主面1S2向所述N-型半導體襯底I內(nèi)注入P型雜質形成的P+層(或者稱為P+集電極層)。位于所述P+集電極層6和N+型半導體層5之間的N-型半導體襯底I部分為N-型漂移區(qū)11。
[0034]圖2中的絕緣柵雙極晶體管還包括:在有源區(qū)2的第一主面ISl上覆蓋所述介質層400形成的第一主電極(在本實施例中為發(fā)射極)12，該第一主電極12與所述N+有源區(qū)9和所述P+有源區(qū)10電性接觸；在第二半導體層6上形成的第二主電極(在本實施例中為集電極)13，該第二主電極13與第二半導體層6電性接觸；以及覆蓋于第一主電極12和場氧化層14上的用于保護芯片表面不受外界離子玷污的第一鈍化層600和第二鈍化層700。其中，在本文中，N-、N+、P+中的“ + ”表示摻雜濃度較高，“-”表示摻雜濃度較低。
[0035]與現(xiàn)有技術相比，圖2所示的本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管在N-型半導體襯底I內(nèi)的有源區(qū)2的第一主面ISl側形成N+型半導體層5，由于N+型半導體層5的摻雜濃度比半導體襯底I的摻雜濃度高，且絕緣柵型晶體管單元基于N+型半導體層5形成，因此，所述N+型半導體層5不僅增加了 JFET區(qū)域(參照圖1所示)處載流子濃度，降低JFET區(qū)域電阻RJ，而且還充當載流子存儲層，優(yōu)化漂移區(qū)11的載流子分布，降低漂移區(qū)電阻RD，從而降低本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管的正向導通壓降。其中，N+型半導體層5在所述有源區(qū)2中充當載流子存儲層，具體為，當圖2中的絕緣柵雙極晶體管正向導通時，從第二主面1S2的P+集電極層6注入到N-型漂移區(qū)11內(nèi)的空穴在其擴散的中途受到N+半導體層5形成的勢壘的阻擋，使少數(shù)載流子空穴蓄積在P-body區(qū)8和N+型半導體層5的界面下方附近，根據(jù)電中性原理，使得該區(qū)域載流子濃度大大增加，從而降低本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管的正向導通壓降。
[0036]在圖2所示的實施例中，所述絕緣柵性晶體管單元為DMOS結構的MOSFET，在其他實施例中，其還可以為溝槽型MOSFET或V字形的MOSFET。
[0037]圖3為圖2中的絕緣柵雙極晶體管的制造方法在一個實施例中的流程圖。結合圖2和圖3所示，所述制造方法包括如下操作。
[0038]步驟210，提供具有第一主面ISl和第二主面1S2的第一導電類型的半導體襯底1，其中，所述半導體襯底I包括有源區(qū)2和位于所述有源區(qū)2外側的終端保護區(qū)4。
[0039]步驟220，在所述半導體襯底I的終端保護區(qū)4的第一主面ISl側形成保護終端。
[0040]步驟230，在所述有源區(qū)2的第一主面ISl側形成第一導電類型的第一半導體層5，其中，所述第一半導體層5的摻雜濃度高于半導體襯底I的摻雜濃度。
[0041]步驟240，在所述第一半導體層5的第一主面ISl側形成絕緣柵型晶體管單元。
[0042]步驟250，在形成絕緣柵型晶體管單元的有源區(qū)2的第一主面ISl上形成第一主電極12 ；
[0043]步驟260，從所述半導體襯底I的第二主面起減薄該絕緣柵型晶體管單元形成后的半導體襯底1，使其符合規(guī)定的厚度要求。
[0044]步驟270，自減薄后的半導體襯底I的第二主面1S2向所述半導體襯底I內(nèi)形成第二導電類型的第二半導體層6。
[0045]步驟280，在所述第二半導體層6形成后的半導體襯底I的第二主面1S2上形成與第二半導體層6電性接觸的第二主電極13。
[0046]接下來，以所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型為例，結合圖4-12詳細介紹圖2中的絕緣柵雙極晶體管在一個具體實施例中的制造方法。所述制造方法包括如下步驟:
[0047]步驟一，提供具有第一主面ISl和第二主面1S2的N-型半導體襯底I。
[0048]步驟二，如圖4所示，在所述N-型半導體襯底I的第一主面ISl上形成預氧層200。
[0049]步驟三,如圖5所示,在所述終端保護區(qū)4的第一主面ISl層形成Stop ring (終止環(huán))，即在所述終端保護區(qū)4的外側邊緣自第一主面ISl向所述N-型半導體襯底I內(nèi)進行高濃度N型雜質注入以形成N+型終止環(huán)15。具體為，采用Stop ring光刻版在所述預氧層200上進行光刻,磷注入,形成Stop ring。
[0050]步驟四，如圖6所示，去除光刻膠后，高溫氧化，在所述預氧層200上形成場氧層210。
[0051]步驟五，如圖7所示，通過光刻、刻蝕工藝，選擇性的刻蝕所述終端保護區(qū)4中的場氧層210以刻蝕出P型場限環(huán)區(qū)7的注入窗口，并自刻蝕出的該注入窗口向所述N-型半導體襯底I內(nèi)進行P型擴散以形成P型區(qū)域140。具體的，可以采用Ring(環(huán))光刻版，經(jīng)過涂膠、曝光、濕法腐蝕、去膠等步驟，在所述場氧層210上刻蝕出P型場限環(huán)區(qū)7的注入窗口，并自刻蝕出的該注入窗口向所述N-型半導體襯底I注入P型雜質(比如，磷)，從而在終端保護區(qū)I的第一主面ISl側選擇性的形成P型區(qū)域140，該P型區(qū)域140位于所述終止環(huán)內(nèi)側。
[0052]步驟六，如圖8所示，高溫推阱形成P型場限環(huán)區(qū)7。具體的，去除光刻膠后，進行有氧環(huán)境推阱形成P型場限環(huán)區(qū)7，并生成阱氧。
[0053]可以看出，步驟二至步驟六為所述終止環(huán)、場氧層210和P型場限環(huán)區(qū)7的形成過程。
[0054]步驟七，如圖9所示，在有源區(qū)2的第一主面ISl側制備N+型半導體層5。具體為，在所述場氧層210上通過Active (有源區(qū))光刻版進行光刻，注入高濃度的N型雜質，以在有源區(qū)2的第一主面ISl側形成N+層51。
[0055]步驟八，如圖10所示，高溫推阱形成N+半導體層5。具體為，去除光刻膠后，進行長時間高溫推阱以形成N+半導體層5。
[0056]可以看出，步驟七和步驟八為所述N+半導體層5的形成過程。
[0057]步驟九，如圖11所示，在N+半導體層5上制備MOS單元的柵極。具體為，濕法刻蝕去除有源區(qū)2上的剩余場氧層，依次在N+半導體層5的第一主面ISl上形成柵極氧化層220、淀積多晶硅柵極層300和多晶硅摻雜，并采用Poly (多晶硅)光刻板進行刻蝕形成MOS單元的柵極。
[0058]步驟十，如圖12所示，利用多晶硅柵300進行自對準硼注入，并進行高溫推阱形成Pbody 區(qū) 8。
[0059]步驟^^一，如圖13所示，利用多晶硅柵300進行自對準砷注入，高溫退火以在Pbody區(qū)3內(nèi)選擇性的形成N+有源區(qū)9。
[0060]步驟十二，自所述N+有源區(qū)9內(nèi)側的P-body區(qū)8表面向該P_body區(qū)8內(nèi)形成P+有源區(qū)10，具體的，淀積氧化層，先后對整個器件進行Spacer腐蝕和硅刻蝕，進行硼注入、高溫推阱，以形成P+有源區(qū)10。
[0061]步驟十三，圖14所示，在有源區(qū)2的第一主面ISl上淀積形成有覆蓋多晶硅柵極300的介質層400。具體為，在有源區(qū)2的第一主面ISl上淀積8000A?16000A的BPSG (硼憐娃玻璃，boro-phospho-silicate-glass, BPSG),經(jīng)過 850C。?950C?；亓?形成介質層400。
[0062]可以看出，步驟九至步驟十三為MOS單元的形成過程。
[0063]步驟十四，結合圖15所示，在形成有MOS單元的有源區(qū)2的第一主面ISl上形成第一主電極(在此為發(fā)射極)。具體為，通過光刻、刻蝕工藝在有源區(qū)2中刻蝕出短接N+有源區(qū)6和P阱5的接觸孔，并在有源區(qū)2的第一主面ISl上形成覆蓋介質層7的露出表面的第一主電極(在此為發(fā)射極)金屬12。具體為，采用Cont光刻版先后進行孔刻蝕，濺射金屬，并采用Metal (金屬)光刻版刻蝕金屬層，形成金屬發(fā)射極12。
[0064]步驟十五，結合圖16所示，在第一主電極金屬8和場氧化層13上依次淀積鈍化層600和鈍化層700。具體為，通過化學氣相淀積的方式，在第一主電極金屬8和場氧化層13上依次淀積用于保護芯片表面不受外界離子玷污的鈍化層600和鈍化層700，并通過光刻、刻蝕工藝，刻蝕出用于引出柵電極4和發(fā)射極8的PAD (焊盤)區(qū)域(未示出)。
[0065]步驟十六，結合圖17所示，通過背面減薄工藝，將N-型半導體襯底I的厚度減薄，并在減薄后的N-型半導體襯底I的第二主面1S2側形成P+集電極6，然后在P+集電極6上形成一定厚度的金屬層(比如Al-T1-N1-Ag) 13，此金屬層13即為第二主電極(在此實施例中為集電極)。具體的，可以對N-型半導體襯底I進行背面減薄，減薄至所需厚度后，自減薄后的N-型半導體襯底I的第二主面1S2注入劑量為5el2?lel5cm_2能量為60KEV?120KEV的P型雜質，退火激活形成P+集電極6，然后進行背面金屬化形成集電極13。
[0066]這樣就可以制造出圖2中的NPT型絕緣柵雙極晶體管。普通領域內(nèi)的技術人員根據(jù)上述制造方法的精神，還可以對其進行各種各樣的改變或替換。比如，在一個改變的實施例中，可以將步驟六中的高溫推結和步驟八中的高溫推結合并為步驟八中的一次高溫推結過程。步驟三中的離子注入和步驟七中的離子注入可以合并在步驟七中執(zhí)行，以節(jié)省成本。
[0067]本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，在制備絕緣柵型晶體管單元之前通過增加一次離子注入，在有源區(qū)的第一主面ISl側形成第一導電類型的第一半導體層5，且所述第一半導體層5中的摻雜濃度高于所述半導體襯底I中的摻雜濃度。這樣，所述第一半導體層在有源區(qū)中不僅增加了 JFET區(qū)域處載流子濃度，降低JFET區(qū)域電阻RJ，而且還充當載流子存儲層，優(yōu)化漂移區(qū)的載流子分布，降低漂移區(qū)電阻RD，從而降低本發(fā)明中的絕緣柵雙極晶體管的正向導通壓降。
[0068]同時，通過Active (有源區(qū))自對準注入的方法形成CE layer (載流子存儲層)，不需要增加光刻版數(shù)量，且在多晶硅柵制備之前完成高溫推結過程，避免了高溫過程時多晶硅中的摻雜離子對柵氧及溝道區(qū)的影響，解決了熱過程中柵氧易被破壞的難題。
[0069]在上述實施例中，以所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型為例進行介紹，在其他改變的實施例中，也可以使得第一導電類型為P型，所述第二導電類型為N型，此時采用P-型的半導體襯底1，第一半導體層5為P+半導體層，所述絕緣柵型晶體管為P溝道的MOSFET單元，第二主電極13為發(fā)射極，第一主電極12為集電極，具體結構和原理與上文的中絕緣柵雙極晶體管相似，這里不在贅述。
[0070]上述實施例中，是以NPT型絕緣柵雙極晶體管進行闡述，本發(fā)明同樣適用于場阻型絕緣柵雙極晶體管。
[0071]需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發(fā)明的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權利要求書的范圍。相應地，本發(fā)明的權利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實施方式】。
【權利要求】
1.一種絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，其包括: 具有第一主面和第二主面的第一導電類型的半導體襯底，其中，所述半導體襯底包括有源區(qū)和位于所述有源區(qū)外側的終端保護區(qū)； 形成于所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)鹊牡谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，其中所述第一半導體層的摻雜濃度高于所述半導體襯底的摻雜濃度； 形成于第一半導體層的第一主面?zhèn)鹊慕^緣柵型晶體管單元，其中所述絕緣柵型晶體管單元導通時，其形成有第一導電類型的溝道。
2.根據(jù)權利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，其還包括:形成于所述終端保護區(qū)的第一主面?zhèn)鹊谋Ｗo終端。
3.根據(jù)權利要求2所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，其還包括: 在所述半導體襯底的第二主面?zhèn)刃纬傻牡诙щ婎愋偷牡诙雽w層； 在形成有所述絕緣柵型晶體管單元的第一半導體層的第一主面上形成的第一主電極； 在所述第二半導體層上形成的第二主電極。
4.根據(jù)權利要求3所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型， 所述絕緣柵型晶體管單元為N型溝道MOSFET單元，所述第一導電類型的半導體襯底為N-型半導體襯底，所述第一半導體層為N+型半導體層，所述第二半導體層為P+型集電極層，所述第一主電極為發(fā)射極，所述第二主電極為集電極。
5.根據(jù)權利要求4所述的絕緣柵雙極晶體管，其特征在于，所述N型溝道MOSFET單元包括: 自所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的第一主面向內(nèi)有選擇的形成的P型基區(qū)； 自所述P型基區(qū)的表面向該P型基區(qū)內(nèi)有選擇的形成的N+有源區(qū)； 自所述N+有源區(qū)內(nèi)側的P型基區(qū)表面向該P型基區(qū)內(nèi)形成的P+有源區(qū)； 自所述P型基區(qū)的邊緣部分的第一主面和所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的未形成P型基區(qū)的第一主面上形成的柵極氧化層； 在柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵電極； 覆蓋柵極氧化層和多晶硅柵電極露出表面的介質層； 其中，第一主電極形成于所述介質層的外側并與所述N+有源區(qū)和所述P+有源區(qū)電性接觸。
6.一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，其包括: 提供具有第一主面和第二主面的第一導電類型的半導體襯底，其中所述半導體襯底包括有源區(qū)和位于所述有源區(qū)外側的終端保護區(qū)； 在所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)刃纬傻谝粚щ婎愋偷牡谝话雽w層，其中所述第一半導體層的摻雜濃度高于半導體襯底的摻雜濃度； 在所述第一半導體層的第一主面?zhèn)刃纬山^緣柵型晶體管單元，其中所述絕緣柵型晶體管單元導通時，其形成有第一導電類型的溝道。
7.根據(jù)權利要求6所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，其還包括:在所述終端保護內(nèi)的第一主面?zhèn)刃纬杀Ｗo終端。
8.根據(jù)權利要求7所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，其還包括: 在形成有所述絕緣柵型晶體管單元的第一半導體層的第一主面上形成第一主電極； 從所述半導體襯底的第二主面起減薄該絕緣柵型晶體管單元形成后的半導體襯底； 自減薄后的半導體襯底的第二主面向所述半導體襯底內(nèi)形成第二導電類型的第二半導體層； 在所述第二半導體層上形成與第二半導體層電性接觸的第二主電極。
9.根據(jù)權利要求8所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述第一導電類型為N型，所述第二導電類型為P型， 所述絕緣柵型晶體管單元為N型溝道MOSFET單元，所述第一導電類型的半導體襯底為N-型半導體襯底，所述第一半導體層為N+型半導體層，所述第二半導體層為P+型集電極層，所述第一主電極為發(fā)射極，所述第二主電極為集電極。
10.根據(jù)權利要求9所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，形成所述N+型半導體層的過程包括: 在所述N-型半導體襯底的第一主面上形成場氧層； 透過所述場氧層在所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)冗M行N型雜質注入以形成N+層；和 高溫推阱形成所述N+型半導體層。
11.根據(jù)權利要求10所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于， 所述N型溝道MOSFET單元包括: 自所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的第一主面向內(nèi)有選擇的形成的P型基區(qū)； 自P型基區(qū)的表面向該P型基區(qū)內(nèi)有選擇的形成的N+有源區(qū)； 自所述N+有源區(qū)內(nèi)側的P型基區(qū)表面向該P型基區(qū)內(nèi)形成的P+有源區(qū)； 自所述P型基區(qū)的邊緣部分的第一主面和所述有源區(qū)內(nèi)的N+型半導體層的未形成P型基區(qū)的第一主面上形成的柵極氧化層； 在柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵電極； 覆蓋柵極氧化層和多晶硅柵電極露出表面的介質層； 其中第一主電極形成于所述介質層的外側并與所述N+有源區(qū)和所述P+有源區(qū)電性接觸。
12.—種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，其包括: 步驟一、提供具有第一主面和第二主面的N-型半導體襯底，所述N-型半導體襯底包括有源區(qū)和終端保護區(qū)； 步驟二，在所述N-型半導體襯底的第一主面上形成預氧層； 步驟三、通過基于終止環(huán)光刻板的光刻、離子注入在所述終端保護區(qū)的第一主面層形成終止環(huán)； 步驟四，高溫氧化在所述預氧層上形成場氧層； 步驟五，通過基于P型場限環(huán)區(qū)光刻板的光刻、刻蝕、離子注入、高溫推阱工藝在所述終端保護區(qū)中形成P型場限環(huán)區(qū)； 步驟六，通過基于有源區(qū)光刻板的光刻、蝕刻、離子注入、高溫推阱在所述有源區(qū)的第一主面?zhèn)戎苽銷+型半導體層； 步驟七，依次在N+半導體層的第一主面上形成柵極氧化層和淀積多晶硅柵極層； 步驟八，通過基于多晶硅光刻板進行光刻、刻蝕、多晶硅柵極自對準離子注入、高溫推講形成Pbody區(qū)； 步驟九，多晶硅柵極自對準離子注入以形成N+有源區(qū)； 步驟十，淀積覆蓋多晶硅柵極的介質層、形成正面金屬電極和鈍化層； 步驟十一、通過背面減薄工藝，將N-型半導體襯底I的厚度減薄，并在減薄后的N-型半導體襯底的第二主面?zhèn)刃纬蒔+集電極，然后在P+集電極上形成背面金屬層。
【文檔編號】H01L29/739GK104332495SQ201310306957
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權日:2013年7月22日
【發(fā)明者】鐘圣榮, 鄧小社, 王根毅, 周東飛 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司