Igbt電荷存儲(chǔ)層形成的方法和電荷存儲(chǔ)型igbt的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別設(shè)及一種IGBT的電荷存儲(chǔ)層的制備工 藝方法。本發(fā)明還設(shè)及一種電荷存儲(chǔ)型IGBT。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是由雙極型 Ξ極管(BJT)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器 件，其中BJT-般采用能工作在高電壓和高電流下的巨型晶體管(Giant Transistor，GTR) 也即電力晶體管；IGTB兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。非常適 合應(yīng)用于直流電壓為600V及W上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽 引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
[0003] 對(duì)于IGBT器件來講，提高導(dǎo)通態(tài)的電流密度非常重要。目前業(yè)界有很多提高電流 密度的工藝方法。比較常見的有背面FS優(yōu)化、正面IEGT結(jié)構(gòu)及正面電荷存儲(chǔ)層設(shè)計(jì)等等。
[0004] 飽和壓降即VcE(sat)與關(guān)斷損耗即Eoff是IGBT器件的重要兩個(gè)參數(shù)，VcE(sat)與Eoff之 間存在一個(gè)權(quán)衡（trade-of f)，如何優(yōu)化運(yùn)個(gè)trade-of f成為優(yōu)化IGBT器件的重要目標(biāo)。
[000引引入電荷存儲(chǔ)層（carrier stored,CS)結(jié)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)的VCE(sat)與Eoff的tradeoff 關(guān)系 ，使其trade-of f 更加 的優(yōu)化 ，從而實(shí)現(xiàn)了 更好的 IGBT 器件性能。
[0006] 如圖1所示，N型襯底1是現(xiàn)有的電荷存儲(chǔ)型IGBT即CS IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；W溝槽柵 結(jié)構(gòu)為例，包括N型輕滲雜的N型襯底1，在N型襯底1的柵極2區(qū)域形成有溝槽，在溝槽內(nèi)側(cè)表 面形成有柵氧化層3并填充有多晶娃柵，在N型襯底1的表面形成有P阱4，P阱4的底部形成有 N型滲雜的電荷存儲(chǔ)層12，N型重滲雜的發(fā)射區(qū)6形成于P阱4中，P型重滲雜的注入?yún)^(qū)5形成于 接觸孔底部并穿過發(fā)射區(qū)6和P阱4接觸，介質(zhì)層8覆蓋在器件正面，正面金屬層7通過接觸孔 和底部的發(fā)射區(qū)6接觸引出源極，源極同時(shí)作為P阱的引出電極;正面金屬層7通過接觸孔和 多晶娃柵接觸引出柵極。N型襯底1的背面形成有N型重滲雜的場(chǎng)終止層9W及P型重滲雜的 集電區(qū)10,背面金屬層11引出集電極。N型襯底1作為漂移區(qū)，電荷存儲(chǔ)層12是娃襯底1中額 外在滲入N型雜質(zhì)形成的，電荷存儲(chǔ)層5作為空穴的勢(shì)壘能夠?qū)昭ㄐ纬闪己玫淖钃鯊亩?高整個(gè)漂移區(qū)的載流子整體濃度，對(duì)漂移區(qū)實(shí)現(xiàn)了電導(dǎo)調(diào)制，能使VCEbat)降低；同時(shí)，電荷 存儲(chǔ)層12改善了漂移區(qū)的載流子分布，在一定的VCEbat)條件下，可獲得更小的關(guān)斷時(shí)間，所 W能降低關(guān)斷損耗Ecff。
[0007] 現(xiàn)有電荷存儲(chǔ)型IGBT的制造方法中，電荷存儲(chǔ)層12是通過憐注入之后將高溫推阱 形成，之后形成柵極結(jié)構(gòu)W及P阱，W及后續(xù)源區(qū)等正面工藝?，F(xiàn)有的形成電荷存儲(chǔ)層的工 藝步驟為：1)截止環(huán)注入，推阱；2)光刻定義電荷存儲(chǔ)層窗口；3)電荷存儲(chǔ)層注入;4)去膠； 5)電荷存儲(chǔ)層推阱;6)硬掩膜化ardmask)定義;7)溝槽刻蝕5.5~6.5μηι，形成柵極(trench) 區(qū)；8)硬掩膜去除?，F(xiàn)有形成電荷存儲(chǔ)層的方法，電荷存儲(chǔ)層12會(huì)延伸整個(gè)P阱4的范圍，電 荷存儲(chǔ)層12的滲雜會(huì)影響到P阱4的滲雜，而P阱4的滲雜濃度確定了器件的開啟電壓(Vth)， 所W為了維持開啟電壓的正常，電荷存儲(chǔ)層12的滲雜濃度要遠(yuǎn)低于P阱4,運(yùn)樣電荷存儲(chǔ)層 12的滲雜濃度受限于P阱4的滲雜濃度，而電荷存儲(chǔ)層12的較低滲雜濃度對(duì)優(yōu)化VCE(sat)與 Eoff的trade-off關(guān)系的作用較弱;現(xiàn)有形成電荷存儲(chǔ)層的方法，需要長時(shí)間使用推阱，Phos 擴(kuò)散范圍廣，電荷存儲(chǔ)效應(yīng)比較弱；同時(shí)，Phos的擴(kuò)散會(huì)影響Vth，Isc等參數(shù)的調(diào)整;而且， 現(xiàn)有電荷存儲(chǔ)層的形成方法需要使用高能注入設(shè)備，W便把化0S打入較深的位置?？梢?，現(xiàn) 有方法形成電荷存儲(chǔ)層，不僅其成本高，而且器件的性能存在較大的改進(jìn)空間。
[0008] 同時(shí)，采用了現(xiàn)有電荷存儲(chǔ)層形成方法制造的電荷存儲(chǔ)型IGBT也會(huì)因該電荷存儲(chǔ) 層的不足而限制了該IGBT的電流密度等性能參數(shù)，使電荷存儲(chǔ)型IGBT性能的有進(jìn)一步提升 的空間。
[0009] 因此，如何W更低的成本形成性能更為優(yōu)越的IGBT的電荷存儲(chǔ)層，便成為本發(fā)明 要解決的第一個(gè)問題。如何進(jìn)一步提高電荷存儲(chǔ)型IGBT的性能，便成為本發(fā)明要解決的第 二個(gè)問題。
[0010] 定義:本發(fā)明所述的溝槽是指在N型襯底的柵極區(qū)域刻蝕處來的，在溝槽內(nèi)側(cè)表面 形成柵氧化層并填充多晶娃柵后成為該器件的柵極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供了一種IGBT電荷存儲(chǔ)層形成的方法，該方法減少了光刻的次數(shù)，不需 采用高能量的注入設(shè)備，所得的電荷存儲(chǔ)層也較為集中。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種電荷存儲(chǔ)型IGBT，該電荷存儲(chǔ)型IGBT的電荷存儲(chǔ)層集中，密 度大，電荷存儲(chǔ)強(qiáng)。
[0013] 本發(fā)明提供的一種IGBT電荷存儲(chǔ)層形成的方法，其步驟包括：
[0014] 1)形成截止環(huán)區(qū)。
[0015] 2)形成硬掩膜，光刻定義出柵極區(qū)，對(duì)柵極硬掩膜刻蝕，并去膠清洗，得到定義后 的硬掩膜。
[0016] 3)依照步驟2)所得硬掩膜進(jìn)行第一次溝槽刻蝕，刻蝕的深度為電荷存儲(chǔ)層的目標(biāo) 深度。
[0017] 4)自對(duì)準(zhǔn)注入電荷存儲(chǔ)層，將離子準(zhǔn)確注入到第一次刻蝕的溝槽的底部的表層。
[0018] 5)電荷存儲(chǔ)層推阱，使電荷存儲(chǔ)層擴(kuò)散至預(yù)定范圍。
[0019] 6)依照步驟2)所得硬掩膜，對(duì)第一次溝槽刻蝕所得溝槽進(jìn)行第二次刻蝕，使刻蝕 后溝槽的深度達(dá)到柵極所需的深度。
[0020] 7)去除硬掩膜。
[0021] 優(yōu)選地，步驟2)包括，沉淀如觸A的TE0S作為硬掩膜。
[0022] 優(yōu)選地，在步驟4)中，注入的離子為憐，注入能量為25~55Kev，注入劑量為 化12cnr2~lE14cm- 2;進(jìn)一步優(yōu)選地，注入的能量為40kev，注入劑量為祀12cm-2~化13cnr2。
[0023] 優(yōu)選地，在步驟5)中，推阱溫度為115°C，推阱時(shí)間為60min。
[0024] 優(yōu)選地，步驟4)中第一次刻蝕的深度為3.5~4.5μπι;步驟6)中第二次刻蝕的深度 為1.5~2.5μηι。進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟4)中第一次刻蝕的深度為4μηι;步驟6)中第二次刻蝕的 深度為化m。
[0025] 優(yōu)選地，步驟7)中，采用濕法腐蝕掉所有硬掩膜氧化層
[0026] 本發(fā)明提供的一種電荷存儲(chǔ)型IGBT，包括N型襯底21、柵極22、柵氧化層23、P阱24、 注入?yún)^(qū)25、發(fā)射區(qū)26、正面金屬層27、介質(zhì)層28、場(chǎng)終止層29、集電區(qū)210、背面金屬層211和 電荷存儲(chǔ)層212。其中，該電荷存儲(chǔ)層212是采用本發(fā)明的制備方法制備的。
[0027] 現(xiàn)有工藝在注入電荷存儲(chǔ)層時(shí)，需要把憐打入深達(dá)4~扣m的深度，必須采用高能 注入設(shè)備，注入能量可高達(dá)3~5Mev，需要光刻定義電荷存儲(chǔ)窗口；而本發(fā)明提供的制備方 法僅需將憐打入娃層表面，所需注入能量可低達(dá)25~55kev，不需采用高能注入設(shè)備，也避 免了光刻定義電荷存儲(chǔ)窗口的操作，方法更為簡單，成本更低。
[0028] 本發(fā)明提供的電荷存儲(chǔ)形成的工藝，可W將大量的離子預(yù)先集中于第一次刻蝕的 溝槽的底部表層，然后采用較為溫和的推阱條件形成電荷存儲(chǔ)層，由此形成的電荷存儲(chǔ)層 比較集中，厚度比較小，且其離子密度比較大，電荷存儲(chǔ)效應(yīng)強(qiáng)，明顯不同于現(xiàn)有技術(shù)形成 的電荷存儲(chǔ)層。本發(fā)明提供的電荷存儲(chǔ)型IGBT采用該電荷存儲(chǔ)層，其與現(xiàn)有的電荷存儲(chǔ)型 IGBT存在明顯的差異，不僅其導(dǎo)通態(tài)的電流密度更大，其飽和壓降也更低。
【附圖說明】
[0029] 圖1:現(xiàn)有的電荷存儲(chǔ)型IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2:本發(fā)明提供的電荷存儲(chǔ)型IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3:本發(fā)明提供的IGBT電荷存儲(chǔ)層形成的方法的流程圖。
[0032] 對(duì)在說明書附圖中用到的符號(hào)解釋如下：
[0033] 現(xiàn)有的電荷存儲(chǔ)型IGBT
[0034] N型襯底1 柵極2
[003引柵氧化層3 P阱4
[0036] 注入?yún)^(qū)5 發(fā)射區(qū)6
[0037] 正面金屬層7 介質(zhì)層8
[003引場(chǎng)終止層9 集電區(qū)10
[0039] 背面金屬層11 電荷存儲(chǔ)層12
[0040] 本發(fā)明提供的電荷存儲(chǔ)型IGBT
[0041] N型襯底21 柵極22
[004引柵氧化層23 P阱24
[0043] 注入?yún)^(qū)25 發(fā)射區(qū)26
[0044] 正