專利名稱：一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽igbt及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率器件領域中的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)結構及其制造方法，特別涉及一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT及其制造方法。
背景技術：
IGBT即絕緣柵雙極晶體管是MOSFET (場效應晶體管)與雙極晶體管復合的器件。 IGBT主要應用在工業(yè)控制、消費電子、計算機、網(wǎng)絡通信、汽車電子等領域。隨著我國特高壓 直流輸電、高壓變頻、交流傳動機車/動車組、城市軌道交通等領域技術發(fā)展和市場需求的 增加，新能源、節(jié)能減排國策的深入貫徹以及低碳經(jīng)濟時代的到來，變頻、太陽能發(fā)電、風能 發(fā)電、新能源汽車等新的應用不斷擴展，新型半導體功率器件IGBT的需求非常緊迫，需求 量迅速擴大，并保持著較高的增長速度。目前已有的IGBT包括平面IGBT和溝槽IGBT兩種。國內(nèi)對平面IGBT已進行了 比較廣泛的研究與試制，其特點是具有一個水平的MOS管驅(qū)動一個垂直的雙極晶體管的 結構，采用硅單晶與外延工藝，因此芯片面積大，導通電阻高，抗短路性能差。從平面IGBT 發(fā)展到溝槽IGBT，其優(yōu)點在于器件的導通特性和電流密度得以改善，寄生晶體管效應得以 消除。國內(nèi)也有了溝槽IGBT的專利，如專利申請?zhí)?00410093011. 5，其給出的方法是在 P型硅片上生長N-型外延，溝槽光刻、刻蝕，柵氧生長，多晶硅(柵)淀積、回刻，阱區(qū)注入、 擴散，源區(qū)光刻，源區(qū)注入、擴散，接觸孔形成，金屬層淀積、光刻、刻蝕，硅片背面減薄、金屬 化。但該專利結構下的IGBT仍存在諸多不足首先，該結構下的IGBT屬于穿通型IGBT， 器件在關斷時存在較長時間的延遲，在高頻應用方面受到限制；其次，該器件采用了外延工 藝，因此成本較高；第三，器件溝槽中的柵氧化未采用耐高壓工藝，高壓耐受性能相對較差； 另外，此種結構下的IGBT對硅基片中的少子壽命也有較高要求。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，為滿足當今時代對新型半導體功率器件IGBT高品質(zhì)的需求，進一步改 善和提高IGBT性能，最終研制出一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT結構及其實 現(xiàn)該結構的制造方法。為縮小芯片面積，降低材料成本，通過深溝槽工藝實現(xiàn)了垂直柵和垂 直溝道，并采用高耐壓溝槽柵工藝技術；NMOS管或者PMOS管、PNP管或者NPN管直接做在拋 光硅片上，形成非穿通型的IGBT結構；PNP管或者NPN管的基區(qū)靠近集電區(qū)的部位通過離 子注入或者擴散形成一個與基區(qū)具有相同摻雜類型，比基區(qū)有更高摻雜濃度的場截止層， 從而減薄硅片，降低導通電壓。此IGBT具有深溝槽、高耐壓柵氧化硅絕緣介質(zhì)膜和場截止 非穿通等結構特點。1、具有深溝槽柵結構元胞和垂直溝道特點該結構消除了平面IGBT下存在的頸區(qū)電阻，導通電阻更低，因此具有更好的導通 特性。同時，由于采用溝槽柵結構，溝道是豎直的，這樣元胞單元可以做得更小，芯片面積也會更小，電流密度更高。2、具有高耐壓柵結構特點在深溝槽內(nèi)的溝道區(qū)，柵氧化膜的厚度確保了溝道開啟電壓滿足目標值要求；而 在溝道以外區(qū)域，尤其是溝槽底部電場集中的地方，生長了更厚的柵氧化膜，能耐受更高的 電壓。3、具有非穿通特點在材料選擇上，選用了高電阻率區(qū)熔硅單晶，并直接在硅單晶基片上加工器件 (穿通型IGBT需要采用昂貴的外延加工工藝，在低電阻率硅單晶上生長一層或者多層外延 層，在外延層上加工器件)，因此成本更低。由于其比外延層更厚的硅單晶基片承受著高電 壓，在高電壓下不產(chǎn)生耗盡層穿通的現(xiàn)象，因此被稱為是非穿通型IGBT結構。同時，在硅基 片背面用摻雜和熱處理的方法形成發(fā)射效率較低的P-N結，明顯地改善了關斷延時，也放 寬了對硅基片少子壽命的要求。4、具有場截止的特點由于采用了比外延層更厚的高電阻率區(qū)熔硅單晶基片加工器件，其漂移區(qū)厚度太 厚導致導通電壓偏高，為此，本發(fā)明下的IGBT在薄的集電區(qū)下增加了一層電場阻止層，即 場截止層，從而可以減薄漂移區(qū)的厚度，降低導通電壓，抗電磁干擾和抗輻射的能力加強， 提升最大結溫。本發(fā)明所采取的技術方案是一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT，包括 一個NMOS場效應管和由該NMOS場效應管驅(qū)動的一個PNP雙極晶體管；或者包括一個PMOS 場效應管和由該PMOS場效應管驅(qū)動的一個NPN雙極晶體管，NMOS場效應管或者PMOS場效 應管包括發(fā)射電極、柵電極和硅基片體區(qū)，PNP雙極晶體管或者NPN晶體管包括發(fā)射電極、 硅基片體區(qū)和集電極，其特征是在硅基片體區(qū)的一側，形成具有高耐壓深溝槽柵結構的元 胞區(qū)，元胞區(qū)的表層由分離的金屬分別引出柵電極和發(fā)射電極，在元胞區(qū)的外圍形成具有 場限環(huán)及場板結構的耐壓環(huán)區(qū)；而在硅基片體區(qū)的另一側，形成與單晶硅基片同類型摻雜 的場截止層和相反類型摻雜的集電區(qū)，并由金屬引出形成集電極。所述的場板結構是多晶硅場板、金屬場板、多晶硅場板與金屬場板混合三種場板 中的任意一種。一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其特征是利用單晶硅片作為基片，在單晶硅基片的表層形成元胞區(qū)，在元胞區(qū)的外圍形成具有場限環(huán)結構的耐 壓環(huán)區(qū)；在元胞區(qū)單晶硅基片的表層中加工出深溝槽，并進一步生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜和 多晶硅，形成高耐壓深溝槽柵結構，在耐壓環(huán)區(qū)形成多晶硅場板結構；在溝槽與溝槽之間的 區(qū)域通過摻雜和熱處理形成阱區(qū)、N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)，同時對耐壓環(huán)區(qū)的場 限環(huán)進行摻雜；在單晶硅基片的表面生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜，然后在溝槽柵、多晶硅場板， N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)之上加工出接觸孔；在氧化硅絕緣介質(zhì)膜之上淀積金屬 薄膜，并通過接觸孔與溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)形成歐姆連 接；在元胞區(qū)上的金屬薄膜通過加工形成分離的發(fā)射極金屬和柵電極金屬，在耐壓環(huán)區(qū)域 形成金屬場板；或者在金屬薄膜之上，還進一步淀積鈍化層，并在發(fā)射極金屬和柵電極金屬 上加工出引線窗口 ；從單晶硅基片背面研磨、腐蝕硅片，再先后分別摻入與單晶硅基片同類 型雜質(zhì)和相反類型雜質(zhì)分別形成場截止層和集電區(qū)，最后在背面表面之上淀積集電極金屬薄膜，與集電區(qū)最表層摻雜層形成歐姆接觸。N型或者P型單晶硅片正表面拋光，背面通過背損傷、背面多晶生長或者氧析出方法進行處理，制備單晶硅基片；在單晶硅基片表面上利用氧化、低壓化學汽相淀積、常壓化 學汽相淀積或者等離子化學汽相淀積方法形成氧化硅絕緣介質(zhì)膜，通過光刻、濕法腐蝕和 干法刻蝕處理形成元胞區(qū)和具有場限環(huán)結構的耐壓環(huán)區(qū)。在單晶硅基片表面的元胞區(qū)中，以氧化、化學汽相淀積、光刻、干法刻蝕和濕法腐 蝕工藝方法形成深溝槽，在溝槽的底部和側壁形成高耐壓氧化硅絕緣介質(zhì)膜，再利用化學 汽相淀積方法生長多晶硅，溝槽中填入多晶硅形成多晶硅柵；利用干法刻蝕回刻去掉元胞 區(qū)溝槽外多出的多晶硅；在耐壓環(huán)區(qū)，以光刻、干法刻蝕和濕法腐蝕處理多晶硅形成多晶硅 場板。在單晶硅基片表面形成的元胞區(qū)中，通過離子注入或者擴散的方法，將與基片相 反類型的雜質(zhì)導入基片中，并通過退火或推進高溫熱處理工藝形成阱區(qū)；在靠近溝槽邊緣 的區(qū)域，將與基片相同類型的雜質(zhì)導入基片中，并通過退火或者推進高溫熱處理工藝形成 N+源區(qū)或者P+源區(qū)；在靠近鄰近的溝槽柵之間中心線附近的區(qū)域，將與基片相反類型的雜 質(zhì)導入基片中，并通過退火或者推進高溫熱處理工藝形成P+區(qū)或者N+區(qū)；相應地，在耐壓 環(huán)區(qū)域的場限環(huán)中形成阱區(qū)和與基片相反類型的P+區(qū)或者N+區(qū)。在單晶硅基片表面形成的元胞區(qū)域和耐壓環(huán)區(qū)域，由熱氧化、低壓化學汽相淀積、 常壓化學汽相淀積或者等離子化學汽相淀積方法生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜，通過濕法腐蝕或 者干法刻蝕以及回流處理，在溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)之上 形成氧化硅線條和接觸孔。在單晶硅基片表面，以濺射或者蒸發(fā)物理汽相淀積方法將金屬薄膜覆蓋在氧化硅 絕緣介質(zhì)膜和接觸孔之上，并通過接觸孔與溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源 區(qū)、N+區(qū)和形成歐姆接觸；通過光刻、濕法腐蝕和干法刻蝕工藝方法，在元胞區(qū)上形成分離 的發(fā)射極金屬與柵電極金屬，在耐壓環(huán)區(qū)域形成金屬場板。在耐壓環(huán)區(qū)域形成金屬場板之后，用化學汽相淀積方法淀積氧化硅絕緣介質(zhì)膜或 者氮化硅絕緣介質(zhì)膜或者氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜，形成表面鈍化層；通過 光刻、濕法腐蝕或者干法刻蝕，在發(fā)射極金屬與柵電極金屬上分別加工出引線窗口。在單晶硅基片表面貼上膠膜，或者涂上防腐膜，研磨或者腐蝕單晶硅基片背面；以 濕法腐蝕或者干法刻蝕，去除單晶硅基片背面的研磨表層；然后用離子注入或者擴散方法 形成與基片摻雜類型相同的場截止層，在單晶硅基片背面表層用離子注入或者擴散方法形 成與單晶硅基片摻雜類型相反的集電區(qū)；在集電區(qū)表面之上以濺射或者蒸發(fā)方法淀積金屬 薄膜形成集電極，并與集電區(qū)最表層摻雜層形成歐姆接觸。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是該發(fā)明所確立的制造方法成本低，易于實施；制造 出的IGBT面積小，開關損耗小，短路耐量高，具有抗電磁干擾和抗輻射的能力加強等性能 特點。從而滿足市場對IGBT產(chǎn)品高品質(zhì)的需求。


圖1是本發(fā)明IGBT器件構造示意圖。圖2是本發(fā)明IGBT的元胞區(qū)結構示意圖。
圖3是本發(fā)明IGBT的耐壓環(huán)區(qū)結構示意圖。圖4是本發(fā)明IGBT的NMOS管驅(qū)動PNP管的制造方法流程圖。圖5是本發(fā)明IGBT的PMOS管驅(qū)動NPN管的制造方法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明參照圖1 圖3，一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT，包括一個NMOS場效應管和由該NMOS場效應管驅(qū)動的一個PNP雙極晶體管；或者包括一個PMOS場效應管和 由該PMOS場效應管驅(qū)動的一個NPN雙極晶體管，NMOS場效應管或者PMOS場效應管包括發(fā) 射電極、柵電極和硅基片體區(qū)，PNP雙極晶體管或者NPN晶體管包括發(fā)射電極、硅基片體區(qū) 和集電極，其特征是在硅基片體區(qū)12 (靠近柵電極3和發(fā)射電極4)的一側，形成具有高耐 壓深溝槽柵2結構的元胞區(qū)1，元胞區(qū)1的表層由分離的金屬電極分別引出柵電極3和發(fā) 射電極4，在元胞區(qū)1的外圍形成具有場限環(huán)5及場板結構的耐壓環(huán)區(qū)8 ；而在硅基片體區(qū) 12(靠近集電極11)的另一側，形成與單晶硅基片同類型摻雜的場截止層9和相反類型摻雜 的集電區(qū)10，并由金屬引出形成集電極11。場板結構是多晶硅場板6、金屬場板7、多晶硅場板6與金屬場板7混合三種場板 中的任意一種。以下參照圖1 圖5，本發(fā)明的具體工藝步驟如下1、基片制備準備N型區(qū)熔單晶硅片，將N型單晶硅片正表面拋光，背面通過背損 傷、背面多晶生長或者氧析出方法進行處理，形成單晶硅基片13 (見圖2、圖3)。2、介質(zhì)膜生長，場限環(huán)光刻、刻蝕用氨水、鹽酸添加一定量的雙氧水清洗硅基 片，然后在N型單晶硅基片表面通過熱氧化或者化學汽相淀積方式生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜 14(見圖3)。在氧化硅絕緣介質(zhì)膜上涂上光刻膠，然后通過曝光、顯影工藝形成圖形，并通 過氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕或者氣體等離子體干法刻蝕將圖形轉移到氧化硅絕緣介質(zhì)膜上， 之后再把光刻膠去除。這樣，在N型單晶硅基片表面形成元胞區(qū)1(見圖1)和具有場限環(huán) 5(見圖1)結構的耐壓環(huán)區(qū)8 (見圖1)。3、深溝槽光刻、刻蝕用氨水、鹽酸添加一定量的雙氧水清洗硅片，然后以熱氧化 或者化學汽相淀積方式生長層氧化硅絕緣介質(zhì)膜。在氧化硅絕緣介質(zhì)膜上涂上光刻膠，然 后通過曝光、顯影工藝形成圖形，并通過氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕或者氣體等離子體干法刻 蝕將圖形轉移到氧化硅絕緣介質(zhì)膜上，之后再把光刻膠去除。以氣體等離子體腐蝕硅基片， 形成深溝槽，然后用氫氟酸緩蝕液液將氧化硅絕緣介質(zhì)膜去除?；蛘咴儆冒彼Ⅺ}酸添加一 定量的雙氧水清洗硅片后，直接涂上光刻膠，然后通過曝光、顯影工藝形成圖形，以氣體等 離子體腐蝕硅基片，形成深溝槽，最后去除光刻膠。4、高耐壓柵氧化用氨水、鹽酸添加一定量的雙氧水清洗硅片，然后以熱氧化或者 化學汽相淀積方式生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜，并在溝槽底部實現(xiàn)厚氧化硅絕緣介質(zhì)膜生長， 側壁實現(xiàn)薄氧化硅絕緣介質(zhì)膜生長，從而形成高耐壓氧化硅絕緣介質(zhì)層15(見圖2)。5、多晶硅淀積、光刻、刻蝕在硅片表面用化學汽相淀積方法淀積多晶硅16(見圖 2、圖3)，在多晶硅上涂上光刻膠，然后通過曝光、顯影工藝形成圖形，利用氣體等離子體刻 蝕掉元胞區(qū)多余的多晶硅，在溝槽中填入多晶硅形成深溝槽柵2 (見圖1、圖2)，在耐壓環(huán)區(qū)留下必要的多晶硅形成多晶硅場板6 (見圖1)，之后再把光刻膠去除。6、阱摻雜、高溫熱處理在單晶硅基片表面元胞區(qū)中，通過離子注入或者擴散方 法，在溝槽線條與溝槽線條之間的整個區(qū)域，將與硅基片相反導電類型的雜質(zhì)(元素周期 表中III族元素)導入硅基片表面，用氨水、鹽酸添加一定量的雙氧水清洗硅片，然后通過 退火或者推進高溫熱處理工藝使雜質(zhì)再分布形成阱區(qū)17(見圖2、圖3)，同時，在場限環(huán)中 進行相應的注入或者擴散。7、N+源區(qū)、或者P+源區(qū)光刻當采用離子注入方法對N+源區(qū)、或者P+源區(qū)進行摻雜時，利用光刻工藝形成注入掩蔽圖形；如果采用擴散方法進行摻雜時，需要采用氧化硅 絕緣介質(zhì)膜或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜做掩蔽，利用光刻工藝形成擴散掩蔽層。在硅片上涂上 光刻膠，或者以氧化或化學汽相淀積的方法生長氧化硅或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜，然后通過 曝光、顯影或者氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕或者氣體等離子體干法刻蝕形成圖形。8、N+源區(qū)、或者P+源區(qū)摻雜、高溫熱處理在單晶硅基片表面元胞區(qū)中，通過離子 注入或者擴散的方法，在溝槽線條與溝槽線條之間靠近溝槽線條的區(qū)域，將與基片相同導 電類型的雜質(zhì)(元素周期表中V族、或者III族元素)導入基片中，之后再把光刻膠或者氧 化硅或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜去除，并通過退火或推進高溫熱處理工藝形成N+源區(qū)、或者P+ 源區(qū)18(見圖2)。9、P+區(qū)、或者N+區(qū)光刻當采用離子注入方法對P+區(qū)、或者N+區(qū)進行摻雜時，利 用光刻工藝形成注入掩蔽圖形；如果采用擴散方法進行摻雜時，需要采用氧化硅絕緣介質(zhì) 膜或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜做掩蔽，利用光刻工藝形成擴散掩蔽層。在硅片上涂上光刻膠，或 者以氧化或化學汽相淀積的方法生長氧化硅或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜，然后通過曝光、顯影 或者氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕或者氣體等離子體干法刻蝕形成圖形。10、P+區(qū)、或者N+區(qū)摻雜、高溫熱處理在單晶硅基片表面元胞區(qū)中，通過離子注 入或者擴散的方法，在相鄰的溝槽線條與溝槽線條之間靠近中心線的區(qū)域，將與基片相反 導電類型的雜質(zhì)(元素周期表中III族、或者V族元素)導入基片中，之后再把光刻膠或者 氧化硅或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜去除，并通過退火或者推進高溫熱處理形成P+區(qū)、或者N+區(qū) 19 (見圖2、圖3)。同時，在場限環(huán)中也進行相應的注入或者擴散。11、介質(zhì)膜生長，接觸孔光刻、刻蝕在單晶硅基片表面形成的元胞區(qū)和耐壓環(huán)區(qū)， 由熱氧化、低壓化學汽相淀積、常壓化學汽相淀積或者等離子化學汽相淀積方法生長氧化 硅絕緣介質(zhì)膜，然后通過涂膠、曝光、顯影工藝形成圖形，通過氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕、氣體 等離子體干法刻蝕，在溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)之上形成氧 化硅線條20 (見圖2、圖3)和接觸孔21 (見圖2、圖3)，之后再進行光刻膠去除和回流處理。12、金屬淀積、光刻、刻蝕在單晶硅基片表面，以濺射或者蒸發(fā)物理汽相淀積方法 將金屬薄膜(Al、或者AISi、或者AlSiCu金屬導電層)覆蓋在氧化硅絕緣介質(zhì)膜和接觸孔 之上，并通過接觸孔與溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)形成歐姆接 觸；然后通過涂膠、曝光、顯影工藝形成圖形，通過光刻、濕法腐蝕和干法刻蝕工藝方法，在 元胞區(qū)上形成分離的發(fā)射極4(見圖1)金屬與柵電極3(見圖1)金屬，在耐壓環(huán)區(qū)域形成 金屬場板7 (見圖1)，之后再把光刻膠去除。13、介質(zhì)膜生長，鈍化層光刻、刻蝕在單晶硅基片表面，用化學汽相淀積方法淀積 氧化硅絕緣介質(zhì)膜或者氮化硅絕緣介質(zhì)膜或者氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜，形成表面鈍化層22(見圖3)；然后通過涂膠、曝光、顯影形成圖形，通過光刻、濕法腐蝕或者干 法刻蝕，在發(fā)射極金屬與柵電極金屬上分別加工出引線窗口，之后再把光刻膠去除。14、背面減薄在單晶硅基片表面貼上膠膜，或者涂上防腐膜，研磨或者腐蝕單晶 硅基片背面；以濕法腐蝕或者干法刻蝕，去除單晶硅基片背面的研磨表層。15、N+場截止層、或者P+場截止層摻雜、P+集電區(qū)、或者N+集電區(qū)摻雜、高溫熱處理在單晶硅基片背面靠近硅基片體區(qū)的地方，用離子注入或者擴散方法，將與硅基片導電 類型相同的雜質(zhì)(元素周期表中V族、或者III族元素)導入基片中，形成N+場截止層、或 者P+場截止層9 (見圖1、圖2、圖3)；在單晶硅基片背面表層，用離子注入或者擴散方法，將 元素周期表中III族、或者V族元素雜質(zhì)導入基片中，形成P+集電區(qū)、或者N+集電區(qū)10(見 圖1、圖2、圖3)，然后進行退火或者推進高溫熱處理。16、背面金屬化在集電區(qū)表面之上，以濺射或者蒸發(fā)方法淀積金屬薄膜形成集電極11(見圖1、圖2、圖3)，并與集電區(qū)最表層摻雜層形成歐姆接觸。
權利要求
一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT，包括一個NMOS場效應管和由該NMOS場效應管驅(qū)動的一個PNP雙極晶體管；或者包括一個PMOS場效應管和由該PMOS場效應管驅(qū)動的一個NPN雙極晶體管，NMOS場效應管或者PMOS場效應管包括發(fā)射電極、柵電極和硅基片體區(qū)，PNP雙極晶體管或者NPN晶體管包括發(fā)射電極、硅基片體區(qū)和集電極，其特征是在硅基片體區(qū)(12)的一側，形成具有高耐壓深溝槽柵(2)結構的元胞區(qū)(1)，元胞區(qū)(1)的表層由分離的金屬分別引出柵電極(3)和發(fā)射電極(4)，在元胞區(qū)(1)的外圍形成具有場限環(huán)(5)及場板結構的耐壓環(huán)區(qū)(8)；而在硅基片體區(qū)(12)的另一側，形成與單晶硅基片同類型摻雜的場截止層(9)和相反類型摻雜的集電區(qū)(10)，并由金屬引出形成集電極(11)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT，其特征是所 述的場板結構是多晶硅場板(6)、金屬場板(7)、多晶硅場板(6)與金屬場板(7)混合三種 場板中的任意一種。
3.一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其特征是利用單晶硅片 作為基片，在單晶硅基片的表層形成元胞區(qū)，在元胞區(qū)的外圍形成具有場限環(huán)結構的耐壓 環(huán)區(qū)；在元胞區(qū)單晶硅基片的表層中加工出深溝槽，并進一步生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜和多 晶硅，形成高耐壓深溝槽柵結構，在耐壓環(huán)區(qū)形成多晶硅場板結構；在溝槽與溝槽之間的區(qū) 域通過摻雜和熱處理形成阱區(qū)、N+源區(qū)、P+區(qū)或者阱區(qū)、P+源區(qū)或者N+區(qū)，同時對耐壓環(huán) 區(qū)的場限環(huán)進行摻雜；在單晶硅基片的表面生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜，然后在溝槽柵、多晶硅 場板，N源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)之上加工出接觸孔；在氧化硅絕緣介質(zhì)膜之上淀積 金屬薄膜，并通過接觸孔與溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)形成歐 姆連接；在元胞區(qū)上的金屬薄膜通過加工形成分離的發(fā)射極金屬和柵電極金屬，在耐壓環(huán) 區(qū)域形成金屬場板；或者在金屬薄膜之上，還進一步淀積鈍化層，并在發(fā)射極金屬和柵電極 金屬上加工出引線窗口 ；從單晶硅基片背面研磨、腐蝕硅片，再先后分別摻入與單晶硅基片 同類型雜質(zhì)和相反類型雜質(zhì)分別形成場截止層和集電區(qū)，最后在背面表面之上淀積集電極 金屬薄膜，與集電區(qū)最表層摻雜層形成歐姆接觸。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其 特征是N型或者P型單晶硅片正表面拋光，背面通過背損傷、背面多晶生長或者氧析出方 法進行處理，制備單晶硅基片；在單晶硅基片表面上利用氧化、低壓化學汽相淀積、常壓化 學汽相淀積或者等離子化學汽相淀積方法形成氧化硅絕緣介質(zhì)膜，通過光刻、濕法腐蝕和 干法刻蝕處理形成元胞區(qū)和具有場限環(huán)結構的耐壓環(huán)區(qū)。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其 特征是在單晶硅基片表面的元胞區(qū)中，以氧化、化學汽相淀積、光刻、干法刻蝕和濕法腐蝕 工藝方法形成深溝槽，在溝槽的底部和側壁形成高耐壓氧化硅絕緣介質(zhì)膜，再利用化學汽 相淀積方法生長多晶硅，溝槽中填入多晶硅形成多晶硅柵；利用干法刻蝕回刻去掉元胞區(qū) 溝槽外多出的多晶硅；在耐壓環(huán)區(qū)，以光刻、干法刻蝕和濕法腐蝕處理多晶硅形成多晶硅場 板。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其 特征是在單晶硅基片表面形成的元胞區(qū)中，通過離子注入或者擴散的方法，將與基片相反 類型的雜質(zhì)導入基片中，并通過退火或者推進高溫熱處理工藝形成阱區(qū)；在靠近溝槽柵邊 緣的區(qū)域，將與基片相同類型的雜質(zhì)導入基片中，并通過退火或者推進高溫熱處理工藝形成N+源區(qū)或者P+源區(qū)；在靠近鄰近的溝槽柵之間中心線附近的區(qū)域，將與基片相反類型的 雜質(zhì)導入基片中，并通過退火或者推進高溫熱處理工藝形成P+區(qū)或者N+區(qū)；相應地，在耐 壓環(huán)區(qū)域的場限環(huán)中形成阱區(qū)和與基片相反類型的P+區(qū)或者N+區(qū)。
7.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其 特征是在單晶硅基片表面形成的元胞區(qū)域和耐壓環(huán)區(qū)域，由熱氧化、低壓化學汽相淀積、 常壓化學汽相淀積或者等離子化學汽相淀積方法生長氧化硅絕緣介質(zhì)膜，通過濕法腐蝕或 者干法刻蝕以及回流處理，在溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源區(qū)、N+區(qū)之上 形成氧化硅線條和接觸孔。
8.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其 特征是在單晶硅基片表面，以濺射或者蒸發(fā)物理汽相淀積方法將金屬薄膜覆蓋在氧化硅 絕緣介質(zhì)膜和接觸孔之上，并通過接觸孔與溝槽柵、多晶硅場板，N+源區(qū)、P+區(qū)、或者P+源 區(qū)、N+區(qū)和形成歐姆接觸；通過光刻、濕法腐蝕和干法刻蝕工藝方法，在元胞區(qū)上形成分離 的發(fā)射極金屬與柵電極金屬，在耐壓環(huán)區(qū)域形成金屬場板。
9.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法，其 特征是在耐壓環(huán)區(qū)域形成金屬場板之后，用化學汽相淀積方法淀積氧化硅絕緣介質(zhì)膜或 者氮化硅絕緣介質(zhì)膜或者氧化硅絕緣介質(zhì)膜和氮化硅絕緣介質(zhì)膜，形成表面鈍化層；通過 光刻、濕法腐蝕或者干法刻蝕，在發(fā)射極金屬與柵電極金屬上分別加工出引線窗口。
10.根據(jù)權利要求3所述的一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT的制造方法， 其特征是在單晶硅基片表面貼上膠膜，或者涂上防腐膜，研磨或者腐蝕單晶硅基片背面； 以濕法腐蝕或者干法刻蝕，去除單晶硅基片背面的研磨表層；然后用離子注入或者擴散方 法形成與基片摻雜類型相同的場截止層，在單晶硅基片背面表層用離子注入或者擴散方法 形成與單晶硅基片摻雜類型相反的集電區(qū)；在集電區(qū)表面之上以濺射或者蒸發(fā)方法淀積金 屬薄膜形成集電極，并與集電區(qū)最表層摻雜層形成歐姆接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有場截止構造的非穿通型深溝槽IGBT及其制造方法。該IGBT等效為一個NMOS場效應管驅(qū)動一個PNP雙極晶體管，或者一個PMOS場效應管驅(qū)動一個NPN雙極晶體管。該發(fā)明中的NMOS管或者PMOS管通過深溝槽工藝實現(xiàn)了垂直柵和垂直溝道，并采用高耐壓溝槽柵工藝技術；NMOS管或者PMOS管、PNP管或者NPN管直接做在拋光硅片上，形成非穿通型的IGBT結構；PNP管或者NPN管的基區(qū)靠近集電區(qū)的部位通過離子注入或者擴散形成一個與基區(qū)具有相同摻雜類型，比基區(qū)有更高摻雜濃度的場截止層。該發(fā)明所確立的制造方法成本低，易于實施；制造出的IGBT面積小，開關損耗小，短路耐量高，具有抗電磁干擾和抗輻射的能力加強等性能特點。從而滿足市場對IGBT產(chǎn)品高品質(zhì)的需求。
文檔編號H01L21/331GK101826552SQ20101016410
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權日2010年5月6日
發(fā)明者叢培金, 馮春陽, 沈浩平, 趙雁, 陸界江, 饒祖剛 申請人:天津環(huán)鑫科技發(fā)展有限公司