專利名稱：3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片及制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用逐級(jí)分布式結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)的3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管(IGBT)芯片及制造工藝，該工藝可與平面的垂直雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VDMOS)工藝兼容，對(duì)制造工廠來說，具有較大便利性。
背景技術(shù)：
絕緣柵極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor，簡(jiǎn)稱 IGBT)是在雙極型晶體管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(簡(jiǎn)稱“M0SFET”)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型復(fù)合功率器件。既有功率MOSFET輸入阻抗高，控制功率小，易于驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，又有雙極晶體管的導(dǎo)通電壓低，通態(tài)電流大，損耗小的顯著優(yōu)點(diǎn)。在提倡節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，具備節(jié)能效率高，便于規(guī)模化生產(chǎn)，較易實(shí)現(xiàn)節(jié)能智慧化等優(yōu)點(diǎn)的IGBT已成為功率半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展的主流器件。IGBT器件按照柵極的位置分為平面式(planar)和溝槽式(Trench)；按照背面電場(chǎng)分布特點(diǎn)分為穿通型(Puch-Through，PT),非穿通型(Non-Punch-Through，NPT), 場(chǎng)截止型(Field-Stop，F(xiàn)S)和軟穿通型(Soft-Punch-Through，SPT，也稱為輕穿通型 light-punch-through，LPT);還有為改善反向特性出現(xiàn)的注入增強(qiáng)型(IEGT)和槽式載流子貯存型(CSTBT)。本發(fā)明涉及的是一種平面非穿通型絕緣柵極晶體管(planar NPT IGBT) 的制造工藝。IGBT器件在上世紀(jì)80年代被GE公司和MOTOROLA公司首次提出以來，其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一直由西方國(guó)家壟斷著，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后。在IGBT芯片生產(chǎn)制造方面，國(guó)內(nèi)尚沒有廠家提出3300V及以上高壓IGBT器件的生產(chǎn)案例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)上述問題，提供一種采用逐級(jí)分布式結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)制造絕緣柵極晶體管的工藝方法，本發(fā)明的方法填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的，同時(shí)又能與平面VDMOS制造工藝兼容的3300V NPT IGBT的制造工藝，并且具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，其特征在于，采用中子輻照摻雜的區(qū)溶單晶拋光片；其摻雜濃度在2E13cm-3和 2. 3E13cm-3之間；其少子壽命分布在100微秒到1毫秒之間。所述3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，采用逐級(jí)分布式的結(jié)終端擴(kuò)展工藝加工，其結(jié)深在6微米和7微米之間；濃度分布在E14 cm_3和E17cm_3之間；擴(kuò)散前，結(jié)終端注入?yún)^(qū)和間距的和在34微米和40微米之間；其間距由元胞區(qū)向外逐級(jí)增大1微米到 2微米之間。3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管制造工藝，采用與平面垂直雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)管兼容的工藝流程，其特征在于，結(jié)終端區(qū)擴(kuò)散的溫度為1150度，時(shí)間為450分鐘；場(chǎng)氧化層的氧化溫度為1050度和1150度之間，厚度在1. 2微米和1. 4微米之間；P基區(qū)的擴(kuò)散溫度為1050度和1150度之間，時(shí)間為100分鐘；背面集電極激活的溫度為420度和500度之間，時(shí)間為40分鐘。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)采用中子嬗變摻雜的區(qū)融單晶襯底，使少子壽命控制在100微秒到1毫秒之間，保證芯片截止?fàn)顟B(tài)的耐壓能力和導(dǎo)通狀態(tài)的正向壓降；采用逐級(jí)分布式結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)，在保證耐壓的前提下，有效降低芯片面積，簡(jiǎn)化制造工藝；采用與平面VDMOS兼容的制作工藝，有利于制造。


圖1是逐級(jí)分布式結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)中涉及的結(jié)終端注入?yún)^(qū)的分布示意圖2是在采用中子輻照摻雜的N型區(qū)溶拋光片上制作逐級(jí)分布式結(jié)終端的示意
圖3是在已經(jīng)形成的結(jié)終端上覆蓋場(chǎng)氧化層的示意圖； 圖4是形成柵極氧化層和柵極多晶圖形的示意圖； 圖5是在元胞區(qū)注入并擴(kuò)散P基區(qū)和N+發(fā)射區(qū)的示意圖； 圖6是形成層間隔離(包含等離子增強(qiáng)的原硅酸四乙酯TEOS和硼磷硅玻璃層)的
示意圖7是形成正面金屬(包含柵極金屬和發(fā)射極金屬)的示意圖； 圖8是形成正面鈍化層(等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣象淀積形成的氧化硅或摻磷氧化硅層和氮化硅層)的示意圖9是形成背面集電極和集電極接觸金屬層的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明
如圖1至圖9所示，本發(fā)明采用的襯底片為區(qū)溶單晶拋光片，其摻雜方式采用中子輻照技術(shù)，其摻雜劑量2和2. 3E13cm_3之間，其主要特點(diǎn)是電阻率徑向和軸向分布均勻，少子壽命適中，有利于提高發(fā)射極注入效率，增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制作用，降低導(dǎo)通時(shí)的正向壓降；利用從元胞區(qū)到芯片邊緣方向不同的結(jié)終端注入?yún)^(qū)和間距，形成摻雜濃度逐級(jí)分布的結(jié)終端區(qū)，有效減小了結(jié)終端區(qū)的表面積，同時(shí)，通過優(yōu)化注入?yún)^(qū)大小和其間距可使保證相同耐壓時(shí)占用的表面積最小化；其制造工藝流程跟平面的垂直雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)管(VDMOS)制造工藝兼容，具體過程包括如下步驟
(1)、在區(qū)溶單晶拋光片1上注入結(jié)終端摻雜區(qū)2，元胞區(qū)和結(jié)終端的間距用光阻進(jìn)行阻擋；其摻雜元素為硼，摻雜濃度分布在E14 cm_3和E17cm_3之間；注入后的擴(kuò)散溫度為 1100度和1180度之間，時(shí)間為450分鐘；如圖2所示;
(2)、在結(jié)終端區(qū)2擴(kuò)散后，在表面制備場(chǎng)氧化層3，氧化溫度為1050度和1150度之間， 氧化層厚度在1.2到1.4微米之間，氧化過程中通入二氯乙烷，然后通過濕法刻蝕，去除元胞區(qū)的場(chǎng)氧化層3，如圖3所示；
(3)、完成表面清洗后，制備柵氧化層4和柵多晶層5；柵氧化層氧化過程中通入二氯乙烷；柵多晶層采用自摻雜工藝，摻雜后電阻率在17ohm-cm和22ohm-cm之間；通過刻蝕，只留下柵極和場(chǎng)板多晶層5 ；如圖4所示；
(4)、利于柵極的自對(duì)準(zhǔn)特性完成P型基區(qū)6注入和擴(kuò)散，以及利于光阻阻擋不需要注入N+發(fā)射區(qū)7 ；P行基區(qū)6的摻雜濃度分布在E14 cm_3和E18 cm_3之間；P基區(qū)擴(kuò)散溫度為 1150度，時(shí)間為100分鐘；如圖5所示；
(5)、用等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣象淀積的方式制備層間隔離8(包含等離子增強(qiáng)的原硅酸四乙酯TEOS和硼磷硅玻璃層)；然后在層間隔離層8經(jīng)過回流后，使用先濕法后干法的方式，刻出接觸孔；回流的溫度為900度和1000度之間，時(shí)間為30分鐘；如圖6所示；
(6)、用濺射方式制備正面金屬層9，并用干法或濕法方式反刻；如圖7所示；
(7)、用等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣象淀積形成正面鈍化層(包含氧化硅或摻磷氧化硅層10 和氮化硅層11);其中氧化硅層10的厚度為200納米，氮化硅層厚度為1微米；使用干法刻蝕工藝露出打線區(qū)；如圖8所示；
(8)、在背面減薄后，用離子注入形成背面集電極12，再用蒸發(fā)法制備集電極接觸金屬 13 ；然后，用低溫退火法，進(jìn)行正面金屬9合金和背面注入12激活；如圖9所示。 根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1.3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，其特征在于，采用中子輻照摻雜的區(qū)溶單晶拋光片；其摻雜濃度在2E13cm-3和2. 3E13cm-3之間；其少子壽命分布在100微秒到1 毫秒之間。
2.如權(quán)利要求1所述的3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片，其特征在于，采用逐級(jí)分布式的結(jié)終端擴(kuò)展工藝加工，其結(jié)深在6微米和7微米之間；濃度分布在E14 cm—3和 E17cm_3之間；擴(kuò)散前，結(jié)終端注入?yún)^(qū)和間距的和在34微米和40微米之間；其間距由元胞區(qū)向外逐級(jí)增大1微米到2微米之間。
3.3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管制造工藝，采用與平面垂直雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)管兼容的工藝流程，其特征在于，結(jié)終端區(qū)擴(kuò)散的溫度為1150度，時(shí)間為450分鐘；場(chǎng)氧化層的氧化溫度為1050度和1150度之間，厚度在1. 2微米和1. 4微米之間；P基區(qū)的擴(kuò)散溫度為 1050度和1150度之間，時(shí)間為100分鐘；背面集電極激活的溫度為420度和500度之間， 時(shí)間為40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及3300伏平面非穿通型絕緣柵極晶體管芯片及制造工藝，采用中子輻照摻雜的區(qū)溶單晶拋光片；其摻雜濃度在2E13cm-3和2.3E13cm-3之間；其少子壽命分布在100微秒到1毫秒之間；采用逐級(jí)分布式的結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)，其結(jié)深在6微米和7微米之間；濃度分布在E14cm-3和E17cm-3之間；擴(kuò)散前，結(jié)終端注入?yún)^(qū)和間距的和在34微米和40微米之間；其間距由元胞區(qū)向外逐級(jí)增大1微米到2微米之間，其優(yōu)點(diǎn)是在保證耐壓的前提下，有效降低芯片面積，簡(jiǎn)化制造工藝；采用與平面VDMOS兼容的制作工藝，有利于制造。
文檔編號(hào)H01L29/739GK102244096SQ20111020232
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者劉闖, 饒祖剛 申請(qǐng)人:天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司