絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，公開(kāi)了一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。本發(fā)明中，絕緣柵雙極型晶體管包括至少一個(gè)元胞，每個(gè)元胞包括位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中的第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱、溝槽型柵極和隔離溝槽；位于基底中的溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層和位于該第一絕緣介質(zhì)層中的第一多晶硅層；第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱位于溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)，且該阱與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層連接；位于基底中的隔離溝槽位于溝槽型柵極的外側(cè)。用溝槽型柵極和隔離溝槽代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧化技術(shù)，避免了由于場(chǎng)氧化結(jié)構(gòu)的存在而不能減少絕緣柵雙極型晶體管中元胞體積及元胞之間間距的問(wèn)題，有效的減小了芯片的面積并大大縮短芯片的開(kāi)發(fā)周期。
【專利說(shuō)明】絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種絕緣柵雙極型晶體管技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管由于兼顧場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高輸入阻抗特性和雙極晶體管的高驅(qū)動(dòng)能力而備受關(guān)注。IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)是由一個(gè)平面結(jié)構(gòu)的MOS (Mental-Oxide-Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體)管驅(qū)動(dòng)一個(gè)垂直的雙極晶體管工作。其中MOS器件的源端和垂直P(pán)NP型晶體管的發(fā)射極端短路在一起。
[0003]圖1是傳統(tǒng)的NM0S+SPNP型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的NM0S+SPNP型IGBT包含低摻雜的N型外延層I (即N-區(qū)域I)、場(chǎng)氧化層2、N型摻雜區(qū)3 (即N+區(qū)域3)、P型摻雜區(qū)4 (即P+區(qū)域4)、柵極區(qū)5、P型集電極區(qū)域6 (即P+區(qū)域6)、P型阱7卿P-區(qū)域7)、發(fā)射極金屬電極8、柵極金屬電極9以及集電極金屬電極10。該IGBT的發(fā)射極端位于該器件的表面，由位于N型外延層I中的島狀P型阱7、島狀N型摻雜區(qū)3和P型摻雜區(qū)4組成，其中N型摻雜區(qū)3和P型摻雜區(qū)4相切。在制造該器件的過(guò)程中，發(fā)射極通孔的刻蝕需要完全覆蓋P型摻雜區(qū)4，并且和N型摻雜區(qū)3有一定的交疊。在發(fā)射極金屬電極8到柵極區(qū)5的間距一定的情況下，發(fā)射極金屬電極8和N型摻雜區(qū)3交疊的區(qū)域增加了元胞的面積，從而增大了整個(gè)芯片的面積。
[0004]而且，在傳統(tǒng)IGBT的結(jié)構(gòu)中，由于工藝容差的存在，使有源區(qū)之間的間距不能減小，即場(chǎng)氧化層的尺寸不能減小。為了保持場(chǎng)氧化層的尺寸和厚度，不僅要耗費(fèi)大量的工藝時(shí)間，同時(shí)還要增加芯片的面積。
[0005]圖2是傳統(tǒng)PM0S+SNPN型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，傳統(tǒng)的PM0S+SNPN型IGBT包含低摻雜的P型外延層I (即圖中的P-區(qū)域I)、場(chǎng)氧化層2、P型摻雜區(qū)3 (即圖中的P+區(qū)域3)、N型摻雜區(qū)4 (即圖中的N+區(qū)域4)、柵極區(qū)5、N型集電極區(qū)域6 (即圖中的N+區(qū)域6)、N型阱7 (即圖中的N-區(qū)域7)、發(fā)射極金屬電極8、柵極金屬電極9以及集電極金屬電極10。
[0006]傳統(tǒng)NM0S+SPNP型IGBT制造工藝流程包括以下步驟，第一步，在半導(dǎo)體外延層上進(jìn)行犧牲氧化層氧化；第二步，有源區(qū)光刻及場(chǎng)氧氧化；第三步，阱區(qū)光刻；第四步，阱注入及擴(kuò)散；第五步，溝槽光刻；第六步，溝槽刻蝕及柵氧化；第七步，多晶硅淀積及光刻；第八步，多晶硅刻蝕；第九步，源區(qū)N型摻雜區(qū)光刻；第十步，源區(qū)N型摻雜區(qū)注入及擴(kuò)散；第十步，P型摻雜區(qū)光刻；第十一步，P型摻雜區(qū)注入及擴(kuò)散；第十二步，發(fā)射極通孔形成；第十三步，金屬層淀積，光刻，刻蝕；第十四步，背面減薄，注入及金屬化。而傳統(tǒng)的PM0S+SNPN型IGBT的制造工藝則只要把上述的N區(qū)和P區(qū)互換即可。
[0007]經(jīng)過(guò)上述步驟制造的晶體管，發(fā)射極通孔區(qū)域要完全覆蓋P型摻雜區(qū)，并且要和N型摻雜區(qū)有一定程度的交疊即形成對(duì)接孔，隨后，金屬淀積則把源區(qū)N型摻雜區(qū)和P型摻雜區(qū)短接在一起，這種結(jié)構(gòu)稱之為平面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由于發(fā)射極通孔和N型摻雜的交疊增大了單個(gè)元胞的面積，而場(chǎng)氧化層的存在又增加了元胞之間的面積，進(jìn)而增大了整個(gè)功率芯片的面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法，用溝槽型柵極和隔離溝槽代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧化技術(shù)，避免了由于場(chǎng)氧化結(jié)構(gòu)的存在而不能減少絕緣柵雙極型晶體管中元胞體積和元胞之間間距的問(wèn)題，有效的減小了芯片的面積并大大縮短了芯片的開(kāi)發(fā)周期。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式公開(kāi)了一種絕緣柵雙極型晶體管，包括至少一個(gè)元胞，每個(gè)元胞包括位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中的第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱、溝槽型柵極和隔離溝槽；
[0010]位于基底中的溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層和位于該第一絕緣介質(zhì)層中的第
一多晶娃層；
[0011]上述阱位于溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)，且該阱與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層連接；
[0012]位于基底中的隔離溝槽位于溝槽型柵極的外側(cè)。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施方式還公開(kāi)了一種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括以下步驟:
[0014]提供第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底；
[0015]在第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底上生成第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底；
[0016]在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中生成溝槽型柵極、第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱和隔離溝槽，其中，
[0017]溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層和位于該第一絕緣介質(zhì)層中的第一多晶硅層，第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱位于該溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)并與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層連接，并且隔離溝槽位于該溝槽型柵極的外側(cè)。
[0018]本發(fā)明實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于:
[0019]用溝槽型柵極和隔離溝槽代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧化技術(shù)，避免了由于場(chǎng)氧化結(jié)構(gòu)的存在而不能減少絕緣柵雙極型晶體管中元胞體積和元胞之間的間距的問(wèn)題，有效的減小了芯片的面積。同時(shí)，溝槽工藝的上產(chǎn)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于場(chǎng)氧化工藝的生產(chǎn)周期，從而大大縮短了芯片的開(kāi)發(fā)周期。
[0020]進(jìn)一步地，隔離溝槽能夠增加芯片的輸入電容。
[0021]進(jìn)一步地，位于第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱中的第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)與發(fā)射極金屬電極形成歐姆接觸，發(fā)射極孔和溝槽型柵極之間的距離保持不變，而發(fā)射極金屬電極位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中的下端面與第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)不再有交疊，從而有效的減小了元胞的面積，進(jìn)一步減小了整個(gè)芯片的面積。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種NM0S+SPNP型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種PM0S+SNPN型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施方式中一種IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施方式中一種匪0S+SPNP型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖5是本發(fā)明第一實(shí)施方式中一種PM0S+SNPN型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明中第二實(shí)施方式中一種IGBT的制造方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030]本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及一種絕緣柵雙極型晶體管。圖1是該IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]具體地說(shuō),如圖1所示,該絕緣柵雙極型晶體管包括至少一個(gè)元胞,每個(gè)元胞包括位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底I中的第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7、溝槽型柵極和隔離溝槽。
[0032]位于上述基底中的溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層11和位于該第一絕緣介質(zhì)層11中的第一多晶硅層12。上述第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7位于溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)，且該阱7與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層11連接。位于基底I中的隔離溝槽位于溝槽型柵極的外側(cè)，且該隔離溝槽包括第二絕緣介質(zhì)層14和位于該第二絕緣介質(zhì)層中的第二多晶硅層13。
[0033]在本實(shí)施方式中，該IGBT還包括發(fā)射極金屬電極8、位于上述第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱中的第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)4。其中，第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)4連接形成PN結(jié)，且該第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)4的摻雜深度比該第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3的摻雜深度深。發(fā)射極金屬電極8的一端位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3中，且該發(fā)射極金屬電極8位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3中的下端面與第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)4的一個(gè)面重疊。第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域3和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域4的摻雜濃度比第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7的摻雜濃度高。
[0034]上述隔離溝槽能夠增加芯片的輸入電容。而位于第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7中的第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3與發(fā)射極金屬電極8形成歐姆接觸，發(fā)射極孔和溝槽型柵極之間的距離保持不變，而發(fā)射極金屬電極8位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3中的下端面與第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)3不再有交疊，從而有效的減小了元胞的面積，進(jìn)一步減小了整個(gè)芯片的面積。
[0035]此外，在本實(shí)施方式中，隔離溝槽與發(fā)射極金屬電極8相互連通。在實(shí)際的制作過(guò)程中，會(huì)在適當(dāng)?shù)奈恢脤喜坌蜄艠O由柵極金屬電極弓I出。
[0036]此外，可以理解，在本發(fā)明中，IGBT的結(jié)構(gòu)中，以第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7為中心，溝槽型柵極和隔離溝槽依次遠(yuǎn)離第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7，即溝槽型柵極與第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7連接，位于第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7外側(cè)，而隔離溝槽位于溝槽型柵極外側(cè)，離第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7最遠(yuǎn)。
[0037]在本實(shí)施方式中，該IGBT還包括第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底6和集電極金屬電極10。
[0038]在本實(shí)施方式中，一個(gè)優(yōu)選例為溝槽型柵極和隔離溝槽為環(huán)形，該溝槽型柵極位于第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7的外圍，隔離溝槽位于該溝槽型柵極的外圍。
[0039]在本實(shí)施方式中，另一個(gè)優(yōu)選例為每個(gè)元胞正面的第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱7為四邊形，溝槽型柵極對(duì)稱分布于該四邊形阱7的一組對(duì)邊的外側(cè)，并通過(guò)第一絕緣介質(zhì)層11與該組對(duì)邊連接。隔離溝槽對(duì)稱分布于溝槽型柵極的兩側(cè)。其中，IGBT的發(fā)射極金屬電極8所在的面為其正面。
[0040]優(yōu)選地，在本實(shí)施方式中，一種NM0S+SPNP型IGBT的結(jié)構(gòu)如圖4所示。該NM0S+SPNP型IGBT包括N型基底I (即圖中的N-區(qū)域I)、N型摻雜區(qū)3 (即圖中的N+區(qū)域3)、P型摻雜區(qū)4 (即圖中的P+區(qū)域4)、P型集電極區(qū)6 (即圖中的P+區(qū)域6)、P型阱7(即圖中的P-區(qū)域7)、發(fā)射極金屬電極8、集電極金屬電極10、第一絕緣介質(zhì)層11、第一多晶硅層12、第二多晶硅層13以及第二絕緣介質(zhì)層14。
[0041]優(yōu)選地，在本實(shí)施方式中，一種PM0S+SNPN型IGBT的結(jié)構(gòu)如圖5所示。該P(yáng)M0S+SNPN型IGBT包括P型基底I (即圖中的P-區(qū)域I)、P型摻雜區(qū)3 (即圖中的P+區(qū)域3)、N型摻雜區(qū)4 (即圖中的N+區(qū)域4)、N型集電極區(qū)6 (即圖中的N+區(qū)域6)、N型阱7(即圖中的N-區(qū)域7)、發(fā)射極金屬電極8、集電極金屬電極10、第一絕緣介質(zhì)層11、第一多晶硅層12、第二多晶硅層13以及第二絕緣介質(zhì)層14。
[0042]本發(fā)明中，用溝槽型柵極和隔離溝槽代替現(xiàn)有技術(shù)中的場(chǎng)氧化技術(shù)，避免了由于場(chǎng)氧化結(jié)構(gòu)的存在而不能減少I(mǎi)GBT中元胞體積和元胞之間間距的問(wèn)題，有效的減小了芯片的面積。同時(shí)，溝槽工藝的上產(chǎn)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于場(chǎng)氧化工藝的生產(chǎn)周期，從而大大縮短了芯片的開(kāi)發(fā)周期。
[0043]本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及一種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。圖6是該IGBT的制造方法的流程示意圖。
[0044]具體地說(shuō)，如圖6所示，該絕緣柵雙極型晶體管的制造方法包括以下步驟:
[0045]在步驟101中，提供第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底。
[0046]在步驟102中，在第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底上生成第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底。
[0047]在步驟103中，在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中生成溝槽型柵極、第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱和隔離溝槽，其中，溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層和位于該第一絕緣介質(zhì)層中的第一多晶硅層，第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱位于該溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)并與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層連接,并且隔離溝槽位于該溝槽型柵極的外側(cè)。
[0048]步驟103還包括以下子步驟:
[0049]在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底上進(jìn)行預(yù)氧化；
[0050]在基底上進(jìn)行第二半導(dǎo)體類(lèi)型離子注入；
[0051]進(jìn)行溝槽型柵極和隔離溝槽的溝槽光刻和刻蝕；
[0052]進(jìn)行柵氧化生長(zhǎng)；
[0053]在溝槽型柵極和隔離溝槽的溝槽中淀積多晶硅；
[0054]光刻和刻蝕淀積的多晶硅。
[0055]在步驟103之后，還包括以下步驟:
[0056]在第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱中通過(guò)光刻定義第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)，并進(jìn)行第一半導(dǎo)體類(lèi)型離子的注入和擴(kuò)散；
[0057]光刻和刻蝕發(fā)射極通孔；
[0058]在該發(fā)射極通孔中注入第二半導(dǎo)體類(lèi)型離子，形成第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)；
[0059]進(jìn)行金屬層淀積、光刻和刻蝕，形成發(fā)射極金屬電極，其中，第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)連接形成PN結(jié)，且第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的摻雜深度比該第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的摻雜深度深，發(fā)射極金屬電極的一端位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中并且該發(fā)射極金屬電極位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中的下端面與第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的一個(gè)面重疊，且第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域的摻雜濃度比阱的摻雜濃度高。
[0060]在該進(jìn)行金屬層淀積、光刻和刻蝕，形成發(fā)射極金屬電極的步驟之后，還包括以下步驟:
[0061]硅片背面減薄和注入；
[0062]金屬化生成集電極金屬電極。
[0063]此外，可以理解，在本實(shí)施方式中，隔離溝槽由氧化硅層和位于氧化硅層中的多晶硅組成。
[0064]本實(shí)施方式是與第一實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)的方法實(shí)施方式，本實(shí)施方式可與第一實(shí)施方式互相配合實(shí)施。第一實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實(shí)施方式中。
[0065]本發(fā)明第三實(shí)施方式涉及一種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。
[0066]在本實(shí)施方式中，一種NM0S+SPNP型IGBT如圖4所述，其包括一個(gè)垂直NMOS器件和一個(gè)由該NMOS器件驅(qū)動(dòng)的垂直P(pán)NP雙極性晶體管。其中，P型阱的注入?yún)^(qū)與N型基底以及背注入后形成的P型摻雜區(qū)構(gòu)成了該IGBT器件中的垂直P(pán)NP雙極性晶體管。經(jīng)過(guò)刻蝕形成的溝槽(即溝槽型柵極的溝槽和隔離溝槽的溝槽)需要經(jīng)過(guò)熱氧化、多晶硅填充后形成MOS管的柵極(即溝槽型柵極區(qū))和隔離溝槽，元胞區(qū)域中溝槽內(nèi)的柵極區(qū)的多晶硅相互連通。N型基底、P型阱表面的N型摻雜區(qū)一起構(gòu)成了垂直結(jié)構(gòu)的NMOS器件。制造該NM0S+SPNP型IGBT的流程如下:
[0067]首先，選擇N型基底(例如N型外延層)并進(jìn)行預(yù)氧化。按照擊穿電壓的不同要求，選擇不同電阻率和厚度的基底。基底厚度要根據(jù)擊穿電壓，飽和壓降，動(dòng)態(tài)參數(shù)的要求做綜合考量。其次，進(jìn)行P型阱注入，注入的劑量和能量要滿足雙極晶體管和MOSFET的需要。再者，進(jìn)入溝槽刻蝕階段(包括溝槽型柵極和隔離溝槽的溝槽刻蝕)，溝槽刻蝕的深度和擊穿電壓具有相關(guān)性，需要根據(jù)性能要求刻蝕出不同深度的溝槽。隨后進(jìn)行柵氧生長(zhǎng)(即生長(zhǎng)第一絕緣介質(zhì)層和第二絕緣介質(zhì)層)，柵多晶硅淀積、多晶硅柵普刻蝕，接著進(jìn)行多晶硅光刻，多晶硅局部刻蝕(包括第一多晶硅層和第二多晶硅層)，使元胞區(qū)的多晶硅在溝槽端口處引出形成柵電極(即形成溝槽型柵極)并形成互通結(jié)構(gòu)。再進(jìn)行源區(qū)光刻、注入和擴(kuò)散(即形成N型摻雜區(qū))。再進(jìn)行無(wú)摻雜的二氧化硅淀積，硼磷硅玻璃淀積及回流，接觸孔(即發(fā)射極通孔)光刻，刻蝕，并進(jìn)行PNP的發(fā)射極區(qū)光刻、注入和擴(kuò)散(即形成P型摻雜區(qū))。隨后進(jìn)行背面減薄、注入和金屬化。
[0068]本實(shí)施方式中的另一種PM0S+SNPN型IGBT如圖5所示，該器件是PMOS驅(qū)動(dòng)的NPN晶體管。它是由一個(gè)PMOS管驅(qū)動(dòng)一個(gè)NPN的雙極晶體管。通過(guò)MOS管的電流作為雙極晶體管的基極電流。由于晶體管結(jié)面積比MOS反型層的面積大許多，因此可以承受很大的電流密度。制造該P(yáng)M0S+NPN型IGBT的步驟如下:
[0069]首先，選擇P型基底并進(jìn)行犧牲氧化層氧化，按照擊穿電壓的不同要求，P型基底厚度做相應(yīng)的變化。其次，進(jìn)行N型阱注入，注入的劑量和能量要滿足雙極晶體管和MOSFET的需要。再次，是溝槽刻蝕階段，溝槽刻蝕的深度和擊穿電壓具有相關(guān)性，需要根據(jù)性能要求刻蝕出不同深度的溝槽(包括溝槽型柵極和隔離溝槽的溝槽刻蝕)。隨后進(jìn)行柵氧生長(zhǎng)，柵極多晶硅淀積、刻蝕(包括第一多晶硅層和第二多晶硅層)，并形成柵電極(即形成溝槽型柵極區(qū))。再進(jìn)行源區(qū)光刻、注入和擴(kuò)散(即形成P型摻雜區(qū))。如果需要較大的放大倍數(shù)，可采用多次注入后再擴(kuò)散的辦法來(lái)獲得較深且濃度分布均勻的發(fā)射結(jié)，目的就是減小基區(qū)寬度。再進(jìn)行無(wú)摻雜的二氧化硅淀積，硼磷硅玻璃淀積及回流，接觸孔(即發(fā)射極通孔)光刻，刻蝕，并進(jìn)行NPN的發(fā)射極區(qū)光刻、注入和擴(kuò)散(即形成N型摻雜區(qū))。隨后進(jìn)行背面減薄、注入和金屬化。
[0070]本實(shí)施方式中IGBT的制造方法，使孔光刻區(qū)域和原來(lái)的源端P+區(qū)域或者P+區(qū)域重合，孔光刻完成后，經(jīng)過(guò)兩道刻蝕工藝:先進(jìn)行氧化層刻蝕，接著進(jìn)行硅表面刻蝕，但是刻蝕深度達(dá)到一定的要求，以維持好的歐姆接觸，孔和源極端的P+區(qū)(即P型摻雜區(qū))或者N+區(qū)(即N型摻雜區(qū))重合，和源極端的N+區(qū)或者P+區(qū)相切，再進(jìn)行金屬墊積，經(jīng)過(guò)上述方法形成的結(jié)構(gòu)，源端金屬電極(即發(fā)射極金屬電極)和N+區(qū)或者P+區(qū)的側(cè)面形成歐姆接觸，形成一個(gè)側(cè)面的接觸結(jié)構(gòu)，發(fā)射極通孔和柵極區(qū)之間的間距仍保持以前的規(guī)則。由于該結(jié)構(gòu)在源端不再出現(xiàn)發(fā)射極通孔和源端的N+區(qū)或者P+區(qū)有交疊，從而有效的減小了元胞的面積，進(jìn)一步減少了整個(gè)芯片的面積。
[0071]本發(fā)明一種IGBT的制造方法，用溝槽代替了原有的場(chǎng)氧技術(shù)，避免了由于場(chǎng)氧的存在不能減小元胞之間間距的特點(diǎn)，同時(shí)溝槽工藝的周期時(shí)間遠(yuǎn)小于場(chǎng)氧氧化的工藝周期時(shí)間，縮短了開(kāi)發(fā)周期，最為重要的是元胞之間溝槽的存在能夠有效的減少芯片的面積。
[0072]同時(shí)，本結(jié)構(gòu)采用孔注入的方法取代現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)射極P+區(qū)光刻或者N+區(qū)光亥IJ，即在發(fā)射極通孔第二步刻蝕之后進(jìn)行P+區(qū)注入或者N+區(qū)注入，減少了工藝開(kāi)發(fā)周期，大大降低了工藝成本。
[0073]需要說(shuō)明的是，在本專利的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0074]雖然通過(guò)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，包括至少一個(gè)元胞，每個(gè)元胞包括位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中的第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱、溝槽型柵極和隔離溝槽； 位于所述基底中的溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層和位于該第一絕緣介質(zhì)層中的第一多晶娃層； 所述阱位于溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)，且該阱與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層連接； 位于所述基底中的隔離溝槽位于溝槽型柵極的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述隔離溝槽包括第二絕緣介質(zhì)層和位于該第二絕緣介質(zhì)層中的第二多晶硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，還包括發(fā)射極金屬電極、位于所述阱中的第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)； 所述第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)連接形成PN結(jié)，且該第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的摻雜深度比該第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的摻雜深度深； 所述發(fā)射極金屬電極的一端位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中，且該發(fā)射極金屬電極位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中的下端面與第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的一個(gè)面重疊； 所述第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域的摻雜濃度比所述阱的摻雜濃度高。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，還包括第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底和集電極金 屬電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述溝槽型柵極和隔離溝槽為環(huán)形，該溝槽型柵極位于所述阱外圍，隔離溝槽位于該溝槽型柵極的外圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，每個(gè)元胞正面的第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱為四邊形，溝槽型柵極對(duì)稱分布于該四邊形阱的一組對(duì)邊的外側(cè)，并通過(guò)第一絕緣介質(zhì)層與該組對(duì)邊連接； 所述隔離溝槽對(duì)稱分布于溝槽型柵極的兩側(cè)。
7.—種絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底； 在第二半導(dǎo)體類(lèi)型襯底上生成第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底； 在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中生成溝槽型柵極、第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱和隔離溝槽，其中，溝槽型柵極包括第一絕緣介質(zhì)層和位于該第一絕緣介質(zhì)層中的第一多晶硅層，所述阱位于該溝槽型柵極的內(nèi)側(cè)并與該溝槽型柵極的第一絕緣介質(zhì)層連接,并且所述隔離溝槽位于該溝槽型柵極的外側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中生成溝槽型柵極、第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱和隔離溝槽的步驟還包括以下子步驟: 在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底上進(jìn)行預(yù)氧化； 在所述基底上進(jìn)行第二半導(dǎo)體類(lèi)型離子注入； 進(jìn)行溝槽型柵極和隔離溝槽的溝槽光刻和刻蝕； 進(jìn)行柵氧化生長(zhǎng)；在溝槽型柵極和隔離溝槽的溝槽中淀積多晶硅； 光刻和刻蝕淀積的多晶硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在所述在第一半導(dǎo)體類(lèi)型基底中生成溝槽型柵極、第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱和隔離溝槽的步驟之后，還包括以下步驟: 在第二半導(dǎo)體類(lèi)型阱中通過(guò)光刻定義第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)，并進(jìn)行第一半導(dǎo)體類(lèi)型離子的注入和擴(kuò)散； 光刻和刻蝕發(fā)射極通孔； 在該發(fā)射極通孔中注入第二半導(dǎo)體類(lèi)型離子，形成第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)； 進(jìn)行金屬層淀積、光刻和刻蝕，形成發(fā)射極金屬電極，其中， 第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)連接形成PN結(jié)，且第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的摻雜深度比該第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的摻雜深度深，發(fā)射極金屬電極的一端位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中并且該發(fā)射極金屬電極位于第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)中的下端面與第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)的一個(gè)面重疊，且第一半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域和第二半導(dǎo)體類(lèi)型摻雜區(qū)域的摻雜濃度比所述阱的摻雜濃度高。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在所述進(jìn)行金屬層淀積、光刻和刻蝕，形成發(fā)射極金屬電極的步驟之后，還包括以下步驟: 硅片背面減薄和注入； 金屬化生成集電極金屬電極。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK103560149SQ201310534551
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】吳健, 高東岳 申請(qǐng)人:上海北車(chē)永電電子科技有限公司