全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管的制作方法
【專利摘要】本實用新型的涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】的半導(dǎo)體器件，具體為全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，包括有第一導(dǎo)電類型襯底，第一導(dǎo)電類型襯底的正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型基區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型襯底、第二導(dǎo)電類型基區(qū)和第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)均呈“凹”形，在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)，本實用新型采用了側(cè)墻及其保護結(jié)構(gòu)，保護結(jié)構(gòu)的設(shè)立能保證側(cè)墻不受損傷，保存完整的形貌，具有更加穩(wěn)定的工藝生產(chǎn)特性和電學(xué)特性表現(xiàn)。
【專利說明】全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型的涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】的半導(dǎo)體器件，具體為全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]在節(jié)能環(huán)保的大背景下，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)在諸如工業(yè)逆變器、新能源發(fā)電、軌道交通、家用電器等電力電子行業(yè)發(fā)揮著巨大的作用。傳統(tǒng)平面柵型IGBT依然占據(jù)巨大的市場份額，此類IGBT優(yōu)勢在于制作簡單，價格低廉。相較于溝槽柵型IGBT，其主要問題在于JFET效應(yīng)(結(jié)型場效應(yīng)管)所導(dǎo)致的夾緊現(xiàn)象，導(dǎo)致導(dǎo)通壓降較大。
[0003]為減小JFET效應(yīng)，提高PIN區(qū)域面積與PNP區(qū)域面積之比是一條有效的途徑，而提高該比值可以通過增加?xùn)艠O寬度(L)或者減小元胞窗口寬度(W)。前者會導(dǎo)致元胞尺寸增大，降低器件產(chǎn)率，并可能導(dǎo)致?lián)舸╇妷簻p??；后者既能改善導(dǎo)通壓降，又能減小元胞尺寸，提高器件產(chǎn)率；因此后者更受大家的親睞。但是受限于光刻精度，元胞窗口的縮小存在限制，如欲進一步縮小W，就必須引入更高進度的光刻設(shè)備，這將提高器件本身的制作成本。
[0004]現(xiàn)在提出了一種無需光刻的自對準(zhǔn)技術(shù)，即側(cè)墻技術(shù)。由于在實際的制作過程中，側(cè)墻工藝之后，還有許多步驟，涉及到高溫、刻蝕等等，會對側(cè)墻的形貌產(chǎn)生影響，從而影響側(cè)墻耐電壓能力。為解決這個問題，專利在側(cè)墻技術(shù)基礎(chǔ)上提出一種具有側(cè)墻保護功能的新型IGBT器件結(jié)構(gòu)。
[0005]現(xiàn)有專利CN201110448456.0、申請日為2011-12-28、名稱為“溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法”的發(fā)明專利，其技術(shù)方案為:實用新型提供一種溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法，包括步驟:提供襯底，分為有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)域；在終端結(jié)構(gòu)區(qū)域開出保護環(huán)的窗口 ；通過離子注入和擴散工藝在襯底中形成器件保護環(huán)；在襯底表面形成場氧，完成有源區(qū)定義；在襯底和場氧表面形成溝槽硬掩模層和光刻膠層，并對光刻膠層作圖形化；刻蝕溝槽硬掩模層，露出襯底；在襯底表面淀積側(cè)壁保護層并回刻，在溝槽硬掩模層的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護側(cè)墻，在襯底表面生長熱氧化層；以溝槽硬掩模層和保護側(cè)墻為硬掩模，依次刻蝕熱氧化層和襯底，在襯底中形成溝槽，熱氧化層在溝槽頂部邊緣伸入保護側(cè)墻與襯底之間，形成鳥嘴。
[0006]上述專利是針對溝槽型IGBT，并不能適用于平面型IGBT，并且上述專利的的保護側(cè)墻不能起到在工藝中掩膜的作用，其所提到的側(cè)墻保護層實際上仍然是只是側(cè)墻而已，并沒有針對側(cè)墻本身再進行保護。
實用新型內(nèi)容
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，現(xiàn)提出一種全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管。
[0008]為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0009]一種全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括有第一導(dǎo)電類型襯底，第一導(dǎo)電類型襯底的正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型基區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型襯底、第二導(dǎo)電類型基區(qū)和第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)均呈“凹”形，在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)，第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)分別設(shè)置在第二導(dǎo)電類型深擴散區(qū)“凹”型的兩凸起端內(nèi)，同時第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)也分別位于第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)的“凹”型的兩凸起端內(nèi)，所述第二導(dǎo)電類型深擴散區(qū)的兩凸起端、第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)與所述第一導(dǎo)電類型襯底的兩凸起端齊平與，所述三部分的兩凸起端上由下至上依次設(shè)置有第一絕緣層、多晶硅柵極、第二絕緣層、側(cè)墻保護層和第三絕緣層，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)上設(shè)置有側(cè)墻絕緣層，所述側(cè)墻絕緣層與第一絕緣層、多晶硅柵極和第二絕緣層的端面接觸；所述第一導(dǎo)電類型襯底的背面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型集電區(qū)。
[0010]第一導(dǎo)電類型為P型或N型，第二導(dǎo)電類型為P型或N型，所述第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型的類型相異。
[0011]所述第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層均包括氧化硅層、氮化硅層和金屬氧化物層。
[0012]所述金屬氧化物層為氧化鋁層、氧化錫層、氧化鎵層、氧化鉍層或氧化鋅層。
[0013]所述第二絕緣層和第三絕緣層厚度大于5000A，側(cè)墻保護層厚度大于100A。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]1、本實用新型采用了側(cè)墻及其保護結(jié)構(gòu)，保護結(jié)構(gòu)的設(shè)立能保證側(cè)墻不受損傷，保存完整的形貌，具有更加穩(wěn)定的工藝生產(chǎn)特性和電學(xué)特性表現(xiàn)。
[0016]2、本實用新型的側(cè)墻不僅承擔(dān)工藝中掩膜(注入及刻蝕)的作用，而且還是器件的功能組成部分(承受柵極與發(fā)射極之間的電壓)，本專利的側(cè)墻可以選用氧化硅，非常方便。
[0017]3、由于在側(cè)墻設(shè)置之后，還會有多步工藝，包括高溫、刻蝕等，會對側(cè)墻的形貌、厚度等造成損傷；側(cè)墻保護層的引入可以避免這些過程的損傷。由于在本專利中，側(cè)墻要承擔(dān)電壓的作用，因此側(cè)墻的形貌和厚度至關(guān)重要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖中:110:第一導(dǎo)電類型襯底，120:第二導(dǎo)電類型基區(qū)，130:第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)，140:第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)，150:第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，160:第一絕緣層，170:多晶硅柵極，180:第二絕緣層，190:側(cè)墻絕緣層，210:側(cè)墻保護層，220:第三絕緣層。
【具體實施方式】
[0020]全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管包括有第一導(dǎo)電類型襯底110，第一導(dǎo)電類型襯底110的的正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型基區(qū)120，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)120正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)130，所述第一導(dǎo)電類型襯底110、第二導(dǎo)電類型基區(qū)120和第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)130均呈“凹”形，在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)120內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)140，第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)140分別設(shè)置在第二導(dǎo)電類型深擴散區(qū)“凹”型的兩凸起端內(nèi)，同時第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)140也分別位于第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)130的“凹”型的兩凸起端內(nèi)，所述第二導(dǎo)電類型深擴散區(qū)的兩凸起端、第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)130與所述第一導(dǎo)電類型襯底110的兩凸起端齊平與，所述三部分的兩凸起端上由下至上依次設(shè)置有第一絕緣層160、多晶硅柵極170、第二絕緣層180、側(cè)墻保護層210和第三絕緣層220，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)140上設(shè)置有側(cè)墻絕緣層190，所述側(cè)墻絕緣層190與第一絕緣層160、多晶硅柵極170和第二絕緣層180的端面接觸；所述第一導(dǎo)電類型襯底110的背面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型集電區(qū)150。
[0021 ] 第一導(dǎo)電類型為P型和N型，第二導(dǎo)電類型為P型和N型，所述第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型的類型相異。
[0022]第一絕緣層160、第二絕緣層180和第三絕緣層220均包括氧化硅層、氮化硅層和
金屬氧化物層。
[0023]金屬氧化物層為氧化鋁層、氧化錫層、氧化鎵層、氧化鉍層或氧化鋅層。
[0024]第二絕緣層180和第三絕緣層220厚度大于5000A，可以為6000A或者10000A ;側(cè)墻保護層210厚度大于100A，可以為200A或300A。
[0025]本實用新型采用了側(cè)墻及其保護結(jié)構(gòu)，保護結(jié)構(gòu)的設(shè)立能保證側(cè)墻不受損傷，保存完整的形貌，具有更加穩(wěn)定的工藝生產(chǎn)特性和電學(xué)特性表現(xiàn)。側(cè)墻不僅承擔(dān)工藝中掩膜注入及刻蝕的作用，而且還是器件的功能組成部分承受柵極與發(fā)射極之間的電壓，本專利的側(cè)墻可以選用氧化硅，非常方便。由于在側(cè)墻設(shè)置之后，還會有多步工藝，包括高溫、刻蝕等，會對側(cè)墻的形貌、厚度等造成損傷；側(cè)墻保護層210的引入可以避免這些過程的損傷。由于在本專利中，側(cè)墻要承擔(dān)電壓的作用，因此側(cè)墻的形貌和厚度至關(guān)重要。
【權(quán)利要求】
1.一種全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:包括有第一導(dǎo)電類型襯底(110)，第一導(dǎo)電類型襯底(110)的的正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型基區(qū)(120)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)(120)正面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)(130)，所述第一導(dǎo)電類型襯底(110)、第二導(dǎo)電類型基區(qū)(120)和第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)(130)均呈“凹”形，在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)(120)內(nèi)設(shè)置有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)(140)，第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)(140)分別設(shè)置在第二導(dǎo)電類型深擴散區(qū)“凹”型的兩凸起端內(nèi)，同時第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)(140)也分別位于第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)(130)的“凹”型的兩凸起端內(nèi)，所述第二導(dǎo)電類型深擴散區(qū)的兩凸起端、第二導(dǎo)電類型重摻區(qū)(130)與所述第一導(dǎo)電類型襯底(110)的兩凸起端齊平與，所述三部分的兩凸起端上由下至上依次設(shè)置有第一絕緣層(160)、多晶硅柵極(170)、第二絕緣層(180)、側(cè)墻保護層(210)和第三絕緣層(220)，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)(140)上設(shè)置有側(cè)墻絕緣層(190)，所述側(cè)墻絕緣層(190)與第一絕緣層(160)、多晶硅柵極(170)和第二絕緣層(180)的端面接觸；所述第一導(dǎo)電類型襯底(110)的背面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型集電區(qū)(150)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:第一導(dǎo)電類型為P型和N型，第二導(dǎo)電類型為P型和N型，所述第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型的類型相異。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述第一絕緣層(160)、第二絕緣層(180)和第三絕緣層(220)均包括氧化硅層、氮化硅層和金屬氧化物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述金屬氧化物層為氧化鋁層、氧化錫層、氧化鎵層、氧化鉍層或氧化鋅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全自對準(zhǔn)型絕緣柵雙極晶體管，其特征在于:所述第二絕緣層(180)和第三絕緣層(220)厚度大于5000A，側(cè)墻保護層(210)厚度大于100A。
【文檔編號】H01L29/06GK203481236SQ201320577670
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】胡強, 張世勇, 王思亮, 櫻井建彌 申請人:中國東方電氣集團有限公司