專利名稱：具有p埋層的橫向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有P埋層的橫向溝道SOI (絕緣層上的硅)LIGBT (橫向絕緣柵雙極晶體管)器件單元的SOI CMOS VLSI工藝實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
SOI LIGBT器件由于其較小的體積、重量，較高的工作溫度和較強的抗輻照能力， 較低的成本和較高的可靠性，作為無觸點功率電子開關(guān)或功率驅(qū)動器在智能電力電子、高溫環(huán)境電力電子、空間電力電子和交通工具電力電子等技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用。SOI CMOS VLSI工藝技術(shù)由于其工藝成熟度高、介質(zhì)隔離性能好、隔離工藝較簡單、便于三維集成、便于微光機電和功率與射頻單片系統(tǒng)集成、便于提高集成密度和集成性能等優(yōu)點，在VLSI制造、SOC (單片集成系統(tǒng))制造、SPIC (智能功率集成系統(tǒng))制造和TDS (三維集成系統(tǒng))制造等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有SOI LIGBT器件多通過SOI CMOS VLSI技術(shù)制作，其工藝方法如下
1.在某種摻雜類型硅圓片的一側(cè)表面下一定深度處形成隱埋絕緣層，將該硅圓片完全隔離為兩個半導(dǎo)體區(qū)，其中，較厚的一側(cè)作為襯底，較薄的一側(cè)作為頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路；
2.將拋光好的頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口、將隔離區(qū)中的頂層半導(dǎo)體采用LOCOS (局部氧化隔離工藝)去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將頂層半導(dǎo)體隔離為若干個硅島；
3.在硅島上相隔足夠距離刻蝕出相互平行但垂直于隔離絕緣層的窗口，通過窗口摻入與頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型要求相同的雜質(zhì)，獲得一種濃度更高的與頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相同的半導(dǎo)體區(qū)域作為緩沖區(qū)，并去除頂層半導(dǎo)體表面絕緣層；
4.將頂層半導(dǎo)體第二次氧化、第三次刻蝕形成相互平行且垂直于隔離絕緣層的窗口， 其中一半位于緩沖區(qū)內(nèi)，另一半位于緩沖區(qū)之間，在相鄰的兩個窗口之間形成場氧化絕緣層。進(jìn)而進(jìn)行薄柵氧化形成柵氧化層，淀積多晶硅，第四次刻蝕形成多晶硅柵極、場板和互連線，第五次刻蝕形成阱摻雜窗口，然后進(jìn)行阱注入摻雜并高溫退火推進(jìn)形成與頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的具有一定雜質(zhì)濃度分布的阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的陽極區(qū)；
5.進(jìn)行第六次刻蝕形成阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，進(jìn)行摻雜并退火形成與阱區(qū)和相反的源極區(qū)；
6.進(jìn)行第七次刻蝕形成阱區(qū)歐姆接觸摻雜窗口和陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行摻雜和快速退火形成這兩種區(qū)域的歐姆接觸重?fù)诫s，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相同；
7.進(jìn)行第八次刻蝕形成電極引線接觸孔窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第九次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點；
8.淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。這些SOI LIGBT器件采用的SOI材料多為厚隱埋氧化層、縱向摻雜類型單一的薄頂層半導(dǎo)體SOI材料。這類SOI LIGBT器件的縱向耐壓主要靠厚隱埋氧化層承擔(dān)。由于氧
3化層的熱導(dǎo)率非常低，厚度又很大，給這類高壓、大電流、高功率器件帶來嚴(yán)重的自加熱問題和苛刻的散熱條件要求，器件在使用的過程中必須安裝笨重的散熱器，很不利于節(jié)省資源、節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境；同時，薄頂層半導(dǎo)體成為降低SOI LIGBT器件通態(tài)電阻的瓶頸，限制器件耐壓和電流容量密度的進(jìn)一步提高，以及器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，嚴(yán)重阻礙了器件產(chǎn)品、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有P埋層的橫向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法。本發(fā)明方法包括以下步驟
1.采用厚膜SOI圓片，中間薄的隱埋絕緣層將半導(dǎo)體襯底與隱埋ρ型層完全隔離，隱埋 P型層的上表面被η型頂層半導(dǎo)體完全覆蓋。其中，隱埋P型層具有逆向雜質(zhì)濃度分布，均勻摻雜的η型頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路。2.將拋光好的η型頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口，將隔離區(qū)中的η型頂層半導(dǎo)體采用DTI (深槽隔離技術(shù))去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將η型頂層半導(dǎo)體隔離為多個硅島。3.在硅島上刻蝕出相互平行、且垂直于隔離絕緣層的窗口，通過窗口摻入與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型要求相同的雜質(zhì)，獲得一種濃度更高的與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相同的半導(dǎo)體區(qū)域作為緩沖區(qū)，并去除頂層半導(dǎo)體表面裸露的絕緣層。4.將頂層半導(dǎo)體第二次氧化、第三次刻蝕形成相互平行、且垂直于隔離絕緣層的窗口，其中一半位于緩沖區(qū)內(nèi)，另一半位于緩沖區(qū)之間，在相鄰的兩個窗口之間形成場氧化絕緣層；進(jìn)行薄柵氧化形成柵氧化層，淀積多晶硅，第四次刻蝕在位于緩沖區(qū)之間的窗口中形成多晶硅柵極、在緊鄰多晶硅柵極的場氧化絕緣層上表面一小部分形成與多晶硅柵極連為一體的多晶硅柵場板和多晶硅互連線，第五次刻蝕形成阱摻雜窗口，然后進(jìn)行阱注入摻雜并高溫退火推進(jìn)位于緩沖區(qū)之間的窗口中形成與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的具有一定雜質(zhì)濃度分布的阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的陽極區(qū)。5.進(jìn)行第六次刻蝕形成阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，同時形成陽極區(qū)之內(nèi)的陽極短路點摻雜窗口，進(jìn)行與阱區(qū)和陽極區(qū)雜質(zhì)類型相反的重?fù)诫s，并退火形成重?fù)诫s源區(qū)和貫穿陽極區(qū)的重?fù)诫s陽極短路點，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相反。6.進(jìn)行第七次刻蝕形成阱區(qū)歐姆接觸摻雜窗口和陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行與阱區(qū)和陽極區(qū)雜質(zhì)類型相同的重?fù)诫s和快速熱退火形成這兩種區(qū)域的重?fù)诫s歐姆接觸，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相同。7.進(jìn)行第八次刻蝕形成電極引線接觸孔窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第九次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點。8.淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。本發(fā)明方法制作的具有ρ埋層的橫向溝道SOI LIGBT器件單元顯著提高SOI LIGBT的縱向耐壓，并明顯減小自加熱效應(yīng)對器件性能的影響，減小采用該器件的各種電力電子系統(tǒng)的體積、重量和成本，并提高系統(tǒng)可靠性的SOI LIGBT器件產(chǎn)品。
具體實施例方式具有ρ埋層的橫向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法，包括以下步驟
1.采用厚膜SOI圓片，中間薄的隱埋絕緣層將半導(dǎo)體襯底與隱埋ρ型層完全隔離，隱埋 P型層的上表面被η型頂層半導(dǎo)體完全覆蓋。其中，隱埋P型層具有逆向雜質(zhì)濃度分布，均勻摻雜的η型頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路。2.將拋光好的η型頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口，將隔離區(qū)中的η型頂層半導(dǎo)體采用DTI (深槽隔離技術(shù))去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將η型頂層半導(dǎo)體隔離為多個硅島。3.在硅島上刻蝕出相互平行、且垂直于隔離絕緣層的窗口，通過窗口摻入與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型要求相同的雜質(zhì)，獲得一種濃度更高的與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相同的半導(dǎo)體區(qū)域作為緩沖區(qū)，并去除頂層半導(dǎo)體表面裸露的絕緣層。4.將頂層半導(dǎo)體第二次氧化、第三次刻蝕形成相互平行、且垂直于隔離絕緣層的窗口，其中一半位于緩沖區(qū)內(nèi)，另一半位于緩沖區(qū)之間，在相鄰的兩個窗口之間形成場氧化絕緣層；進(jìn)行薄柵氧化形成柵氧化層，淀積多晶硅，第四次刻蝕在位于緩沖區(qū)之間的窗口中形成多晶硅柵極、在緊鄰多晶硅柵極的場氧化絕緣層上表面一小部分形成與多晶硅柵極連為一體的多晶硅柵場板和多晶硅互連線，第五次刻蝕形成阱摻雜窗口，然后進(jìn)行阱注入摻雜并高溫退火推進(jìn)位于緩沖區(qū)之間的窗口中形成與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的具有一定雜質(zhì)濃度分布的阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的陽極區(qū)。5.進(jìn)行第六次刻蝕形成阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，同時形成陽極區(qū)之內(nèi)的陽極短路點摻雜窗口，進(jìn)行與阱區(qū)和陽極區(qū)雜質(zhì)類型相反的重?fù)诫s，并退火形成重?fù)诫s源區(qū)和貫穿陽極區(qū)的重?fù)诫s陽極短路點，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相反。6.進(jìn)行第七次刻蝕形成阱區(qū)歐姆接觸摻雜窗口和陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行與阱區(qū)和陽極區(qū)雜質(zhì)類型相同的重?fù)诫s和快速熱退火形成這兩種區(qū)域的重?fù)诫s歐姆接觸，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相同。7.進(jìn)行第八次刻蝕形成電極引線接觸孔窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積，并進(jìn)行第九次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點。8.淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。
權(quán)利要求
1.具有P埋層的橫向溝道SOI LIGBT器件單元的制作方法，其特征在于該方法的具體步驟是步驟(1)采用厚膜SOI圓片，中間薄的隱埋絕緣層將半導(dǎo)體襯底與隱埋P型層完全隔離，隱埋P型層的上表面被η型頂層半導(dǎo)體完全覆蓋；其中，隱埋ρ型層具有逆向雜質(zhì)濃度分布，均勻摻雜的η型頂層半導(dǎo)體用于制作器件和電路；步驟( 將拋光好的η型頂層半導(dǎo)體經(jīng)第一次氧化、第一次氮化、第一次刻蝕形成隔離區(qū)窗口，將隔離區(qū)中的η型頂層半導(dǎo)體采用深槽隔離技術(shù)去除，形成隔離絕緣層與隱埋絕緣層結(jié)合為一體的隔離氧化層，將η型頂層半導(dǎo)體隔離為多個硅島；步驟C3)在硅島上刻蝕出相互平行、且垂直于隔離絕緣層的窗口，通過窗口摻入與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型要求相同的雜質(zhì)，獲得一種濃度更高的與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相同的半導(dǎo)體區(qū)域作為緩沖區(qū)，并去除頂層半導(dǎo)體表面裸露的絕緣層；步驟(4)將頂層半導(dǎo)體第二次氧化、第三次刻蝕形成相互平行、且垂直于隔離絕緣層的窗口，其中一半位于緩沖區(qū)內(nèi)，另一半位于緩沖區(qū)之間，在相鄰的兩個窗口之間形成場氧化絕緣層；進(jìn)行薄柵氧化形成柵氧化層，淀積多晶硅，第四次刻蝕在位于緩沖區(qū)之間的窗口中形成多晶硅柵極、在緊鄰多晶硅柵極的場氧化絕緣層上表面一小部分形成與多晶硅柵極連為一體的多晶硅柵場板和多晶硅互連線，第五次刻蝕形成阱摻雜窗口，然后進(jìn)行阱注入摻雜并高溫退火推進(jìn)位于緩沖區(qū)之間的窗口中形成與η型頂層半導(dǎo)體導(dǎo)電類型相反的具有一定雜質(zhì)濃度分布的阱區(qū)和位于緩沖區(qū)之內(nèi)的陽極區(qū)；步驟( 進(jìn)行第六次刻蝕形成阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)摻雜窗口，同時形成陽極區(qū)之內(nèi)的陽極短路點摻雜窗口，進(jìn)行與阱區(qū)和陽極區(qū)雜質(zhì)類型相反的重?fù)诫s，并退火形成重?fù)诫s源區(qū)和貫穿陽極區(qū)的重?fù)诫s陽極短路點，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相反；步驟(6)進(jìn)行第七次刻蝕形成阱區(qū)歐姆接觸摻雜窗口和陽極區(qū)歐姆接觸摻雜窗口，并進(jìn)行與阱區(qū)和陽極區(qū)雜質(zhì)類型相同的重?fù)诫s和快速熱退火形成這兩種區(qū)域的重?fù)诫s歐姆接觸，導(dǎo)電類型與阱區(qū)的相同；步驟(7)進(jìn)行第八次刻蝕形成電極引線接觸孔窗口，接著進(jìn)行金屬薄膜生長或淀積， 并進(jìn)行第九次刻蝕形成金屬電極引線、金屬場板、金屬互連線和壓焊點； 步驟(8)淀積鈍化層，刻蝕金屬壓焊點接觸窗口，進(jìn)行引腳壓焊及封裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有p埋層的橫向溝道SOILIGBT器件單元的制作方法。現(xiàn)有方法制作的SOILIGBT器件在高溫、大電流環(huán)境下急劇退化甚至失效。本發(fā)明方法采用具有隱埋p型層的SOI材料制作SOILIGBT器件，縱向耐壓靠具有逆向雜質(zhì)濃度分布的p型隱埋層和具有正向雜質(zhì)濃度分布的n型頂層半導(dǎo)體形成的反向偏置pn結(jié)承擔(dān)，通過九次刻蝕以及兩次氧化制作出具有p埋層的橫向溝道SOILIGBT器件單元。本發(fā)明方法制作的器件單元在減薄隱埋氧化層厚度條件下，提高了器件的縱向耐壓，同時減弱了自加熱效應(yīng)，改善了器件熱特性，提高了其可靠性。
文檔編號H01L21/762GK102169831SQ20111005633
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者劉怡新, 吳倩倩, 孔令軍, 張海鵬, 汪洋, 趙偉立, 齊瑞生 申請人:杭州電子科技大學(xué)