專利名稱：一種igbt及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型的絕緣柵型雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，以下簡稱IGBT)及該IGBT制造方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的發(fā)展，IGBT的應(yīng)用越來越廣泛。IGBT不僅應(yīng)用于開關(guān)電路，還廣泛用于放大電路，變頻調(diào)速等許多方面。已有的IGBT是由一個水平的MOS管驅(qū)動一個垂直的雙極晶體管。由于已有IGBT中的MOS管相對UMOS(U形深溝槽垂直MOS管，以下簡稱UMOS)管占用的芯片面積較大，且其導(dǎo)通電阻較UMOS的高，而電流密度較UMOS低，造成已有技術(shù)中的IGBT占用較大的芯片面積等缺點。
已有IGBT的制造工藝包括以下步驟第一步，在P型硅片上生長N-外延；第二步，阱區(qū)光刻；第三步，阱注入、擴(kuò)散；第四步，發(fā)射區(qū)光刻；第五步，發(fā)射區(qū)注入、擴(kuò)散；第六步，柵氧生長；第七步，多晶硅(柵)淀積；第八步，柵極光刻、刻蝕；第九步，接觸孔形成；第十步，金屬層淀積、光刻、刻蝕；第十一步，硅片背面減薄、金屬化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的IGBT及其制造方法，能夠減少IGBT所占用的芯片面積，提高集成電路的集成程度。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種IGBT其包括一個NMOS管和一個由該NMOS管驅(qū)動的PNP雙極管。
制造上述的IGBT的方法，包括以下步驟第一步，在P型硅片上生長N-外延；第二步，溝槽光刻、刻蝕；第三步，柵氧生長；第四步，多晶硅(柵)淀積、回刻；第五步，阱注入、擴(kuò)散；第六步，源區(qū)光刻；第七步，源注入、擴(kuò)散；第八步，接觸孔形成；第九步，金屬層淀積、光刻、刻蝕；第十步，硅片背面減薄、金屬化。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種IGBT，包括一個NMOS管和一個由該NMOS管驅(qū)動的NPN雙極管。
制造上述IGBT的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在N型硅片上生長N-外延；第二步，溝槽光刻、刻蝕；第三步，柵氧生長；第四步，多晶硅(柵)淀積、回刻；第五步，阱注入、擴(kuò)散；第六步，發(fā)射區(qū)光刻；第七步，發(fā)射區(qū)注入、擴(kuò)散；第八步，源區(qū)光刻；第九步，源區(qū)注入、快速退火；第十步，接觸孔形成；第十一步，金屬層淀積、光刻、刻蝕；第十二步，硅片背面減薄、金屬化。
本發(fā)明一種IGBT的制造方法，采用UMOS管取代已有技術(shù)中的MOS管驅(qū)動一個垂直的雙極晶體管，節(jié)約IGBT占用的芯片面積。


圖1為本發(fā)明NMOS+PNP型IGBT的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明制造上述NMOS+PNP型IGBT的方法流程圖；圖3為本發(fā)明NMOS+NPN型GBT的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明制造上述NMOS+NPN型IGBT的方法流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，P型硅基板與N型外延層以及注入后形成的P-區(qū)構(gòu)成了IGBT器件中的PNP雙極晶體管。而U形溝槽經(jīng)過氧化，多晶硅填充后成為MOS管的柵極，溝槽內(nèi)的多晶硅互相連通并在外圍的寬溝槽上引出。而N-外延層、注入后的P區(qū)和表面的N+區(qū)則分別為源區(qū)、體區(qū)與漏區(qū)，與柵極一起構(gòu)成了NMOS管。將圖中的P區(qū)與N區(qū)互換即可制成PMOS+NPN器件。如圖3所示，制造該NMOS+PNP型IGBT的方法步驟如下，首先，須在N+基片上生長N-外延，按照擊穿電壓不同要求，外延層厚度隨之變化。外延層厚度即基區(qū)寬度，要根據(jù)放大倍數(shù)與擊穿電壓的要求做綜合考慮。其次，溝槽刻蝕。溝槽深度對擊穿電壓亦有影響，須根據(jù)性能要求刻蝕出不同深度的溝槽。再進(jìn)行柵氧生長，柵多晶硅淀積并回刻，以形成柵電極。對于該NMOS+PNP管，阱區(qū)同時為雙極性晶體管的集電區(qū)。如有必要，可增加一次阱區(qū)光刻與注入以改變雜質(zhì)分布情況。使P-區(qū)能同時滿足雙極性晶體管與MOSFET的需要。再進(jìn)行源區(qū)(發(fā)射區(qū))光刻、注入、擴(kuò)散。再進(jìn)行硼磷硅玻璃(Boron Phosphorus Silicon Glass，簡稱BPSG)淀積，接觸孔光刻、刻蝕。如果使用硅來形成金屬與硅的歐姆接觸，則接觸孔只需一次光刻。如果用大劑量注入的方法來形成歐姆接觸，那么NMOS+PNP器件需注入P型雜質(zhì)。最后進(jìn)行金屬化和背面減薄，金屬化。
如圖2所示的器件與NMOS驅(qū)動PNP晶體管的傳統(tǒng)IGBT不同，它是由一個NMOS管驅(qū)動一個NPN的雙極晶體管。普通深溝槽型MOSFET中，電流通道為沿著溝槽側(cè)壁的反型層。而本發(fā)明所示的器件中，MOS管的源極不再引出，而是用金屬層將它與晶體管的基區(qū)連接。通過MOS管的電流作為雙極晶體管的基極電流，用于驅(qū)動NPN晶體管。而晶體管的結(jié)面積比MOS管反型層的面積大許多，因此可以承受大得多的電流密度。如圖4所示，制造該NMOS+NPN型IGBT的步驟如下，首先，在P+基片上生長N-外延，按照擊穿電壓不同要求，外延層厚度隨之變化。其次，溝槽刻蝕。溝槽深度對擊穿電壓亦有影響，須根據(jù)性能要求刻蝕出不同深度的溝槽。再進(jìn)行柵氧生長，柵多晶硅淀積并回刻，以形成柵電極。再進(jìn)行源區(qū)(發(fā)射區(qū))光刻、注入、擴(kuò)散。對于該NMOS+NPN結(jié)構(gòu)，如需要較大的放大倍數(shù)，可采用多次注入后再擴(kuò)散的方法來獲得較深且濃度分布均勻的發(fā)射結(jié)，以此減小基區(qū)寬度。再進(jìn)行BPSG淀積，接觸孔光刻、刻蝕。如果使用硅來形成金屬與硅的歐姆接觸，則接觸孔只需一次光刻。如果用大劑量注入的方法來形成歐姆接觸，NMOS+NPN器件則需要兩次光刻，分別形成連接源區(qū)與基區(qū)的接觸孔和發(fā)射區(qū)的接觸孔。其中連接源區(qū)與基區(qū)的接觸孔需注入P型雜質(zhì)，其注入劑量應(yīng)比源區(qū)注入劑量小。而發(fā)射區(qū)上的接觸孔需注入N型雜質(zhì)，若發(fā)射區(qū)濃度高，亦可不注入。最后進(jìn)行金屬化和背面減薄，金屬化。
采用本發(fā)明的方法，除了NMOS+PNP與NMOS+NPN兩種結(jié)構(gòu)外，還可以方便地做成PMOS+NPN，PMOS+PNP結(jié)構(gòu)的IGBT。
采用本發(fā)明的制造IGBT的方法制造的IGBT以UMOS管驅(qū)動一個垂直的雙極晶體管，節(jié)約了IGBT占用的芯片面積，解決了本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。
權(quán)利要求
1.一種IGBT，其特征在于其包括一個NMOS管和一個由該NMOS管驅(qū)動的PNP雙極管。
2.一種制造權(quán)利要求1的IGBT的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在P型硅片上生長N-外延；第二步，溝槽光刻、刻蝕；第三步，柵氧生長；第四步，多晶硅(柵)淀積、回刻；第五步，阱注入、擴(kuò)散；第六步，源區(qū)光刻；第七步，源注入、擴(kuò)散；第八步，接觸孔形成；第九步，金屬層淀積、光刻、刻蝕；第十步，硅片背面減薄、金屬化。
3.一種IGBT，其特征在于其包括一個NMOS管和一個由該NMOS管驅(qū)動的NPN雙極管。
4.一種制造權(quán)利要求3的IGBT的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在N型硅片上生長N-外延；第二步，溝槽光刻、刻蝕；第三步，柵氧生長；第四步，多晶硅(柵)淀積、回刻；第五步，阱注入、擴(kuò)散；第六步，發(fā)射區(qū)光刻；第七步，發(fā)射區(qū)注入、擴(kuò)散；第八步，源區(qū)光刻；第九步，源區(qū)注入、快速退火；第十步，接觸孔形成；第十一步，金屬層淀積、光刻、刻蝕；第十二步，硅片背面減薄、金屬化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的IGBT以及制造該IGBT的方法，該IGBT由NMOS管驅(qū)動一個NPN或者PNP的雙極管。本發(fā)明中使用了垂直MOS管，在制造過程中需要進(jìn)行溝槽光刻、刻蝕以形成柵極。該方法制造的IGBT占用較小的芯片面積，可以提高芯片的集成程度。
文檔編號H01L29/78GK1790737SQ20041009301
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者居宇涵 申請人:上海華虹Nec電子有限公司