一種cstbt的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種CSTBT的制造方法。本發(fā)明的CSTBT的制造方法的基本工藝先是在P+單晶硅片襯底上依次外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)2、N-漂移區(qū)3；形成正面槽柵MOS工藝后，進(jìn)行背面減?。蝗缓笾饕夹g(shù)方案是通過(guò)硅片背面H+的選擇性注入、低溫退火，激活與氫相關(guān)的施主，形成位于Pbody基區(qū)底部的N型CS層。最后加以背面金屬化等工藝，形成CSTBT的完整結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果為，降低了制造工藝難度，減少了制造成本。本發(fā)明尤其適用于CSTBT的制造方法。
【專利說(shuō)明】一種CSTBT的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種CSTBT的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)是一種電壓控制的M0S/BJT復(fù)合型半導(dǎo)體功率器件。從結(jié)構(gòu)上，IGBT只是將VDMOS的N+襯底調(diào)整為P+襯底，但是引入的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)克服了 VDMOS本身固有的導(dǎo)通電阻與擊穿電壓的矛盾，從而使IGBT既具有雙極型功率晶體管導(dǎo)通壓降低、電流容量大的特點(diǎn)，又具有功率MOSFET輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。正是由于以上優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛應(yīng)用，例如:新能源技術(shù)、以動(dòng)車、高鐵為代表的先進(jìn)交通運(yùn)輸工具、混合動(dòng)力汽車、家用電器等領(lǐng)域。在IGBT導(dǎo)通過(guò)程中，N-漂移區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)大量過(guò)剩載流子，通態(tài)壓降低。在關(guān)斷過(guò)程中，由于背部P型集電區(qū)的存在，過(guò)剩載流子無(wú)法快速抽取，只能復(fù)合消失，造成電流拖尾，增大關(guān)斷損耗。N-漂移區(qū)內(nèi)過(guò)剩載流子的數(shù)量越多，通態(tài)壓降越低，但是關(guān)斷損耗相應(yīng)增大。因此，IGBT在通態(tài)壓降與關(guān)斷損耗間存在折衷關(guān)系。
[0003]相對(duì)于平面柵IGBT，槽柵IGBT由于增大溝道區(qū)總面積、消除JFET效應(yīng)，有效提升了通態(tài)壓降與關(guān)斷損耗間的折衷關(guān)系。作為現(xiàn)代IGBT的代表之一，由三菱電機(jī)公司提出的CSTBT (Carrier Stored Trench-gate Bipolar Transistor,載流子存儲(chǔ)槽柵雙極晶體管)是在位于兩側(cè)槽柵之間的Pbody基區(qū)底部引入N型CS層(Carrier Stored layer,載流子存儲(chǔ)層)，其濃度高于N-漂移區(qū)濃度，形成約0.2V的擴(kuò)散勢(shì)，阻止空穴向上流出器件。為了保證電中性，相應(yīng)數(shù)量的電子通過(guò)溝道流入N-漂移區(qū)，從而增大整體的過(guò)剩載流子濃度，降低導(dǎo)通壓降。雖然N型CS層的引入會(huì)降低擊穿電壓，但是通過(guò)對(duì)N型CS層濃度與厚度的參數(shù)優(yōu)化，可以將該缺點(diǎn)最小化，并且有效提升導(dǎo)通壓降與關(guān)斷損耗間的折衷關(guān)系。
[0004]與傳統(tǒng)槽柵結(jié)構(gòu)IGBT的制作方法相比，CSTBT的工藝方案基本一致，只是在Pbody基區(qū)的硼注入與推阱之前，進(jìn)行N型CS層的磷或者砷注入與推阱。N型CS層位于Pbody基區(qū)底部，結(jié)深較大。同時(shí)磷或者砷注入的投影射程非常有限，例如:磷在160KeV能量下注入的投影射程只有0.2 μ m。因此需要長(zhǎng)時(shí)間的高溫推阱形成N型CS層所需要的結(jié)深。所以傳統(tǒng)做法提升了工藝難度，增加了工藝成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述CSTBT制造方法存在的問(wèn)題，提出一種通過(guò)新工藝制作N型CS層的CSTBT的制造方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種CSTBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]a:采用P+單晶硅片，制備P+襯底I ;
[0008]b:在P+襯底I上外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)2 ；
[0009]c:在N型場(chǎng)截止區(qū)2上外延生長(zhǎng)N-漂移區(qū)3 ;[0010]d:在N-漂移區(qū)3上完成器件正面工藝，包括制造槽柵5M0S區(qū)和Pbody基區(qū)8 ；
[0011]e:進(jìn)行硅片背面減??；
[0012]f:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)8與N-漂移區(qū)3之間形成N型CS層15 ；
[0013]g:背面金屬化。
[0014]本方案為采用P+單晶硅片為材料進(jìn)行制造的方法，主要技術(shù)手段為在硅片的背面采用H+的選擇性注入，形成位于Pbody基區(qū)底部的N型CS層。
[0015]一種CSTBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0016]a:采用N-漂移區(qū)3單晶硅片作為襯底材料；
[0017]b:在N-漂移區(qū)3上完成器件正面工藝，包括制造槽柵5M0S區(qū)和Pbody基區(qū)8 ；
[0018]c:進(jìn)行硅片背面減?。?br> [0019]d:在硅片背面通過(guò)磷注入與推阱形成N型場(chǎng)截止區(qū)2 ；
[0020]e:在硅片背面通過(guò)硼注入和低溫退火形成P+區(qū)；
[0021]f:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)8與N-漂移區(qū)3之間形成N型CS層15 ；
[0022]g:背面金屬化。
[0023]本方案為采用N-漂移區(qū)為制造材料，與采用P+單晶硅片為材料的方案不同之處為要通過(guò)在硅片背面通過(guò)磷注入與推阱形成N型場(chǎng)截止區(qū)2和在硅片背面通過(guò)硼注入和低溫退火形成P+區(qū)，但是主要特征技術(shù)手段是相同的，均為在硅片的背面采用H+的選擇性注入，形成位于Pbody基區(qū)底部的N型CS層。
[0024]具體的，步驟d的具體步驟為:
[0025]dl:在N-漂移區(qū)3上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4 ；
[0026]d2:在N-漂移區(qū)3上刻蝕有源區(qū)；
[0027]d3:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽5 ；
[0028]d4:在柵槽5周圍生長(zhǎng)柵氧化層6 ；
[0029]d5:在柵槽5中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕；
[0030]d6:在N-漂移區(qū)3上進(jìn)行Pbody基區(qū)8的硼注入與推阱；
[0031]d7:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行N+源區(qū)9的砷注入與推阱；
[0032]d8:在Pbody基區(qū)8上進(jìn)行BPSGlO的淀積與回流、接觸孔11的刻蝕；
[0033]d9:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行P+接觸區(qū)12的硼注入與退火；
[0034]dlO:正面金屬化，形成發(fā)射極13。
[0035]具體的，步驟d的具體步驟為:
[0036]dl:在N-漂移區(qū)3上外延生長(zhǎng)Pbody基區(qū)8 ；
[0037]d2:在Pbody基區(qū)8上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4 ；
[0038]d3:N-漂移區(qū)3上刻蝕有源區(qū)；
[0039]d4:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽5 ；
[0040]d5:在柵槽5周圍生長(zhǎng)柵氧化層6 ；
[0041 ]d6:在柵槽5中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕；
[0042]d7:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行N+源區(qū)9的砷注入與推阱；[0043]d8:在Pbody基區(qū)8上進(jìn)行BPSGlO的淀積與回流、接觸孔11的刻蝕；
[0044]d9:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行P+接觸區(qū)12的硼注入與退火；
[0045]dlO:正面金屬化，形成發(fā)射極13。
[0046]本發(fā)明的有益效果為，降低了制造工藝難度，減少了制造成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1是本發(fā)明一種采用P+單晶硅片為材料制造CSTBT的工藝流程示意圖；
[0048]圖2是本發(fā)明另一種采用P+單晶硅片為材料制造CSTBT的工藝流程示意圖；
[0049]圖3是本發(fā)明采用N-漂移區(qū)為材料制造CSTBT的工藝流程示意圖；
[0050]圖4是實(shí)施例中P+單晶硅片襯底I的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖5是實(shí)施例中外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖6是實(shí)施例中外延生長(zhǎng)N_漂移區(qū)3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖7是實(shí)施例中生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖8是實(shí)施例中刻蝕有源區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖9是實(shí)施例中反應(yīng)離子刻蝕柵槽5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖10是實(shí)施例中生長(zhǎng)柵氧化層6的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖11是實(shí)施例中N+多晶硅淀積與刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖12是實(shí)施例中Pbody基區(qū)8硼注入與推阱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖13是實(shí)施例中N+源區(qū)9砷注入與推阱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖14是實(shí)施例中BPSGlO淀積與回流、接觸孔11刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖15是實(shí)施例中P+接觸區(qū)12硼注入與推阱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖16是實(shí)施例中正面金屬化、背面減薄的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖17是實(shí)施例中背面H+選擇性注入的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖18是實(shí)施例中低溫退火的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖19是實(shí)施例中背面金屬化，形成完整結(jié)構(gòu)后的器件示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0067]如圖1所示，本發(fā)明的一種采用P+單晶硅片為材料CSTBT的制造方法，包括以下步驟:
[0068]第一步:采用P+單晶硅片，制備P+襯底I ;
[0069]第二步:在P+襯底I上外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)2 ；
[0070]第三步:在N型場(chǎng)截止區(qū)2上外延生長(zhǎng)N-漂移區(qū)3 ；
[0071]第四步:在N-漂移區(qū)3上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4 ；
[0072]第五步:在N-漂移區(qū)3上刻蝕有源區(qū)；
[0073]第六步:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽5 ；
[0074]第七步:在柵槽5周圍生長(zhǎng)柵氧化層6 ；
[0075]第八步:在柵槽5中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕；
[0076]第九步:在N-漂移區(qū)3上進(jìn)行Pbody基區(qū)8的硼注入與推阱；[0077]第十步:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行N+源區(qū)9的砷注入與推阱；[0078]第^^一步:在Pbody基區(qū)8上進(jìn)行BPSGlO的淀積與回流、接觸孔11的刻蝕；
[0079]第十二步:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行P+接觸區(qū)12的硼注入與退火；
[0080]第十三步:正面金屬化，形成發(fā)射極13 ；
[0081]第十四步:進(jìn)行硅片背面減??；
[0082]第十五步:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)8與N-漂移區(qū)3之間形成N型CS層15 ；
[0083]第十六步:背面金屬化。
[0084]如圖2所示，本發(fā)明的另一種采用P+單晶硅片為材料CSTBT的制造方法，包括以下步驟:
[0085]第一步:采用P+單晶硅片，制備P+襯底I ;
[0086]第二步:在P+襯底I上外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)2 ；
[0087]第三步:在N型場(chǎng)截止區(qū)2上外延生長(zhǎng)N-漂移區(qū)3 ；
[0088]第四步:在N-漂移區(qū)3上外延生長(zhǎng)Pbody基區(qū)8 ；
[0089]第五步:在Pbody基區(qū)8上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4 ；
[0090]第六步:N-漂移區(qū)3上刻蝕有源區(qū)；
[0091]第七步:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽5 ；
[0092]第八步:在柵槽5周圍生長(zhǎng)柵氧化層6;
[0093]第九步:在柵槽5中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕；
[0094]第十步:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行N+源區(qū)9的砷注入與推阱；
[0095]第^^一步:在Pbody基區(qū)8上進(jìn)行BPSGlO的淀積與回流、接觸孔11的刻蝕；
[0096]第十二步:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行P+接觸區(qū)12的硼注入與退火；
[0097]第十三步:正面金屬化,形成發(fā)射極13 ;
[0098]第十四步:進(jìn)行硅片背面減薄；
[0099]第十五步:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)8與N-漂移區(qū)3之間形成N型CS層15 ；
[0100]第十六步:背面金屬化。
[0101]如圖3所示，為本發(fā)明采用N-漂移區(qū)為材料制造CSTBT的制造方法，包括以下步驟:
[0102]第一步:采用N-漂移區(qū)3單晶硅片作為襯底材料；
[0103]第二步:在N-漂移區(qū)3上完成器件正面工藝，包括制造槽柵5M0S區(qū)和Pbody基區(qū)8 ；
[0104]第三步:進(jìn)行硅片背面減?。?br> [0105]第四步:在N-漂移區(qū)3上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4 ；
[0106]第五步:在N-漂移區(qū)3上刻蝕有源區(qū)；
[0107]第六步:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽5 ；
[0108]第七步:在柵槽5周圍生長(zhǎng)柵氧化層6;
[0109]第八步:在柵槽5中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕；
[0110]第九步:在N-漂移區(qū)3上進(jìn)行Pbody基區(qū)8的硼注入與推阱；[0111]第十步:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行N+源區(qū)9的砷注入與推阱；[0112]第^^一步:在Pbody基區(qū)8上進(jìn)行BPSGlO的淀積與回流、接觸孔11的刻蝕；
[0113]第十二步:在Pbody基區(qū)8中進(jìn)行P+接觸區(qū)12的硼注入與退火；
[0114]第十三步:正面金屬化，形成發(fā)射極13 ；
[0115]第十四步:在硅片背面通過(guò)硼注入和低溫退火形成P+區(qū)；
[0116]第十五步:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)8與N-漂移區(qū)3之間形成N型CS層15 ；
[0117]第十六步:背面金屬化。
[0118]本發(fā)明的工作原理為:
[0119]本發(fā)明的基本工藝方案是在P+單晶硅片襯底上依次外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)2、N_漂移區(qū)3 ;形成正面槽柵MOS工藝后，進(jìn)行背面減薄。本發(fā)明的主要技術(shù)方案是通過(guò)硅片背面H+的選擇性注入、低溫退火，激活與氫相關(guān)的施主，形成位于Pbody基區(qū)底部的N型CS層。最后加以背面金屬化等工藝，形成CSTBT的完整結(jié)構(gòu)。
[0120]由于氫的原子半徑與質(zhì)量在化學(xué)元素中均是最小的，所以氫離子在硅中的擴(kuò)散很快，尤其在正面槽柵MOS區(qū)工藝高達(dá)1000°C的熱處理過(guò)程中，氫離子將可能全部擴(kuò)散至表面，濃度分布變得不均勻。同時(shí)氫離子易于加速至高能量以及高穿透性，容易形成氫離子的深注入。例如，氫離子在2MeV能量下注入，投影射程Rp為47.69 μ m,對(duì)應(yīng)的縱向離散偏差、橫向離散偏差分別為2.04μ m、2.56 μ m。氫離子的高能注入在投影射程范圍內(nèi)產(chǎn)生大量的缺陷以及復(fù)合中心，通過(guò)低溫退火可以有效激活與氫有關(guān)的施主(例如:淺能級(jí)熱施主等)，形成位于Pbody基區(qū)底部的N型CS層，并達(dá)到所需要的峰值濃度，同時(shí)降低復(fù)合中心(例如:雙空位、氧空位復(fù)合物等)的濃度。氫離子的高能注入將在投影射程Rp附近產(chǎn)生一個(gè)N型峰值濃度，并且在Rp的左右I~5 μ m處，氫離子注入形成的N型濃度迅速衰減至峰值濃度的1/100~1/10，該低濃度直至硅片背面趨于不變，其對(duì)N_漂移區(qū)濃度的影響甚微。選擇合適的注入能量使H+的投影射程達(dá)到Pbody基區(qū)底部，合理的注入劑量可以使H+的對(duì)應(yīng)的施主形成的N型CS層起到阻擋空穴的作用?？刂频蜏赝嘶鸬臏囟扰c時(shí)間，可以獲得所需要的N型CS層對(duì)應(yīng)的厚度。氫離子注入能量在0.5~3.5MeV范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的投影射程RP、縱向離散偏差、橫向離散偏差的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1:
[0121]表1氫離子注入能量在0.5~3.5MeV范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的投影射程RP、縱向離散偏差、橫向離散偏差
[0122]
【權(quán)利要求】
1.一種CSTBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: a:采用P+單晶硅片，制備P+襯底(I)； b:在P+襯底(I)上外延生長(zhǎng)N型場(chǎng)截止區(qū)(2)； c:在N型場(chǎng)截止區(qū)(2)上外延生長(zhǎng)N-漂移區(qū)(3)； d:在N-漂移區(qū)(3)上完成器件正面工藝，包括制造槽柵(5) MOS區(qū)和Pbody基區(qū)(8)； e:進(jìn)行硅片背面減薄； f:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)(8)與N-漂移區(qū)(3)之間形成N型CS層(15)；g:背面金屬化。
2.—種CSTBT 的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: a:采用N-漂移區(qū)(3)單晶硅片作為襯底材料； b:在N-漂移區(qū)(3)上完成器件正面工藝，包括制造槽柵(5) MOS區(qū)和Pbody基區(qū)(8)； c:進(jìn)行硅片背面減?。? d:在硅片背面通過(guò)磷注入與推阱形成N型場(chǎng)截止區(qū)(2)； e:在硅片背面通過(guò)硼注入和低溫退火形成P+區(qū)； f:在硅片背面進(jìn)行H+的選擇性注入、低溫退火，在Pbody基區(qū)(8)與N-漂移區(qū)(3)之間形成N型CS層(15)；g:背面金屬化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種CSTBT的制造方法，其特征在于，步驟d的具體步驟為: dl:在N-漂移區(qū)(3)上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層(4)； d2:在N-漂移區(qū)(3)上刻蝕有源區(qū)； d3:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽(5)； d4:在柵槽(5)周圍生長(zhǎng)柵氧化層(6)； d5:在柵槽(5)中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕； d6:在N-漂移區(qū)(3)上進(jìn)行Pbody基區(qū)(8)的硼注入與推阱； d7:在Pbody基區(qū)(8)中進(jìn)行N+源區(qū)(9)的砷注入與推阱； d8:在Pbody基區(qū)(8)上進(jìn)行BPSG (10)的淀積與回流、接觸孔(11)的刻蝕； d9:在Pbody基區(qū)(8)中進(jìn)行P+接觸區(qū)(12)的硼注入與退火； dlO:正面金屬化,形成發(fā)射極(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種CSTBT的制造方法，其特征在于，步驟d的具體步驟為: dl:在N-漂移區(qū)(3)上外延生長(zhǎng)Pbody基區(qū)(8)； d2:在Pbody基區(qū)(8)上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層(4)； d3:N-漂移區(qū)(3)上刻蝕有源區(qū)； d4:通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕柵槽(5)； d5:在柵槽(5)周圍生長(zhǎng)柵氧化層(6)； d6:在柵槽(5)中進(jìn)行N+多晶硅淀積與刻蝕； d7:在Pbody基區(qū)(8)中進(jìn)行N+源區(qū)(9)的砷注入與推阱；d8:在Pbody基區(qū)(8)上進(jìn)行BPSG (10)的淀積與回流、接觸孔(11)的刻蝕；d9:在Pbody基區(qū)(8)中進(jìn)行P+接觸區(qū)(12)的硼注入與退火；dlO:正面金屬化, 形成發(fā)射極(13)。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK103715085SQ201310745619
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李澤宏, 宋文龍, 鄒有彪, 宋洵奕, 吳明進(jìn), 張金平, 任敏 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)