專利名稱：一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件，具體為一種適用于平面柵雙極型晶體管的自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法。
背景技術(shù)：
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)自 20 世紀(jì)80年代問世以來，目前已發(fā)展到第六代技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于逆變器、電動(dòng)汽車、鐵路、家電等領(lǐng)域。對(duì)于平面型IGBT (如圖1所示)，為提升其性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須在發(fā)揮其制備相對(duì)簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低廉的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高耐壓、大電流和低功耗的目標(biāo)。IGBT的耐壓取決于摻雜濃度、漂移區(qū)厚度以及載流子壽命；飽和電流密度主要受限于MOS飽和電流、雙極型晶體管增益以及器件原胞密度等；功耗則主要受限于導(dǎo)通電阻、開關(guān)時(shí)間以及工作頻率等。如附圖1 所示，IGBT 由 102、103、108 組成的 PNP 型 BJT (Bipolar JunctionTransistor，雙型晶體管)器件和由1092,107,103以及與其對(duì)稱的1091、107、103組成的MOS (Metal Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體)器件所集成。但是由此引入了由103、107、1092以及與其對(duì)稱的103、107、1091所組成的寄生NPN型BJT，該BJT的存在很大程度上決定了整個(gè)IGBT器件的SOA (Safe Operation Area，安全工作區(qū)域)。為了減小該寄生BJT的影響，IGBT通常通過導(dǎo)電材料110將PNP型BJT的集電極108和NPN型BIT的發(fā)射極1092短路。但是 當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，相鄰IGBT元胞的P型基區(qū)之間的空穴載流子會(huì)通過P型基區(qū)的兩側(cè)進(jìn)入P型基區(qū)，通過1092的下方后到達(dá)IGBT的發(fā)射極110，由此會(huì)在寄生NPN型BJT內(nèi)部形成電勢(shì)差。當(dāng)該電勢(shì)差達(dá)到足以開啟PN結(jié)時(shí)，(如圖1所示107和1092所形成的PN結(jié)，對(duì)于硅，開啟電壓約為0.6^0.7V)，寄生BJT將被開啟，從而IGBT失去控制，如果電流過大，還可能導(dǎo)致IGBT器件的損壞,這被稱為latch-up效應(yīng)。減小latch-up效應(yīng)可以通過減小空穴載流子在P型基區(qū)中的傳輸距離來實(shí)現(xiàn)，即減小N+發(fā)射區(qū)1091和1092的寬度。然而在IGBT器件的制作過程中，由于光刻精度的限制，1091和1092的縮小受到限制；而高精度光刻技術(shù)及設(shè)備的引入，會(huì)極大地提高生產(chǎn)成本。如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210121112.3，申請(qǐng)日為2012.4.23，名稱為“溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制作方法”的發(fā)明專利，其技術(shù)方案為:發(fā)明提供一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，通過在欲形成溝槽位置的半導(dǎo)體襯底上形成鳥嘴型氧化層，所述鳥嘴型氧化層中間厚兩端薄，且鳥嘴型氧化層的兩端延伸至所述溝槽兩側(cè)刻蝕阻擋層下方，在刻蝕所述溝槽之后，所述溝槽的上邊沿能夠形成圓弧形貌，從而使溝槽具有圓滑頂邊沿。具有圓滑頂邊沿的溝槽不僅易于實(shí)現(xiàn)后續(xù)溝槽中多孔硅層的填充和爬出，并且可避免尖銳頂角引起過量電荷聚集，引起擊穿失效；并且在溝槽中填充多孔硅層之前，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度離子注入，以對(duì)溝槽內(nèi)大角度注入。上述專利制作方法對(duì)象是溝槽絕緣柵雙極型晶體管，在摻雜步驟采用了旋轉(zhuǎn)角度離子注入的方式對(duì)摻雜的濃度進(jìn)行補(bǔ)償，其原理是通過旋轉(zhuǎn)離子注入的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)溝槽絕緣柵內(nèi)壁的摻雜濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，上述方式并未涉及到發(fā)射極的制造，并且上述專利只是針對(duì)溝槽絕緣柵雙極型晶體管，其制作方法也不能適用于平面柵雙極型晶體管。所以平面柵雙極型晶體管的發(fā)射極制造工藝中仍然存在必須依賴光刻方法制造發(fā)射區(qū)，并且光刻的精度不足以將發(fā)射區(qū)的寬度縮小到理想尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的平面柵雙極型晶體管制作方法存在由于光刻精度的局限性而導(dǎo)致發(fā)射區(qū)的尺寸不能縮小到理想尺寸的問題，現(xiàn)特別提出一種適用于平面柵雙極型晶體管的自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法。本發(fā)明的具體方案如下:
一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，包括如下步驟:
A.提供第一導(dǎo)電類型的晶硅襯底，作為第一導(dǎo)電類型基區(qū)；
所述導(dǎo)電類型共有兩種，一種為N型導(dǎo)電，一種為P型導(dǎo)電。這里所說的第一導(dǎo)電類型為其中任意一種，而第二導(dǎo)電類型則為另一種。第一導(dǎo)電類型基區(qū)的位置為載流子擴(kuò)散區(qū)103 處。·
B.在所述晶硅襯底的正面制作第一絕緣層；
這里的第一絕緣層是指第一個(gè)進(jìn)行加工處理的絕緣層，第一絕緣層的位置即柵氧層104處，可用材料包括氧化硅、氮化硅、氧化鋁等絕緣材料。C.在所述第一絕緣層上沉積多晶硅柵極導(dǎo)電層；
所述多晶硅柵極導(dǎo)電層的位置為柵極105處，這里的多晶硅柵極導(dǎo)電層可以通過先沉積一層多晶硅，再擴(kuò)散摻雜得到也可以通過原味摻雜得到。D.在所述多晶硅柵極導(dǎo)電層上沉積第二絕緣層；
所述的第二絕緣層是指第二個(gè)進(jìn)行加工處理的絕緣層，所述的第二絕緣層位置為柵極106接觸處。E.采用光刻膠掩膜刻蝕第二絕緣層和多晶硅柵極導(dǎo)電層，或刻蝕第二絕緣層、多晶硅柵極導(dǎo)電層和第一絕緣層，刻蝕后形成窗口 ；
所述窗口的位置為窗口寬度21處。所述步驟是指完全刻蝕去掉第二絕緣層和多晶硅柵極導(dǎo)電層，而第一絕緣層刻蝕與否、刻蝕深度則不做要求。F.以所述窗口圖形為掩膜進(jìn)行離子注入，所述離子的導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；
所述離子注入任意角度均可，以第一導(dǎo)電類型為N型為例，此處注入離子劑量為lel3cnT2 到 2el4 cnT2，注入能量為 IOkev 到 200kev。
G.高溫推阱，形成第二擴(kuò)散區(qū)；
第二擴(kuò)散區(qū)源自于上一步離子注入后，再經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散而得，因此是第二導(dǎo)電類型。與第一導(dǎo)電類型相異，此時(shí)的第二擴(kuò)散區(qū)可以為P型基區(qū)或N型基區(qū)，第二擴(kuò)散區(qū)位于圖5中P型基區(qū)處。H.以所述窗口為掩膜，通過第一次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口一側(cè)431的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作；所述傾斜角度范圍是O °到90 °，具體數(shù)值視窗口一側(cè)431的窗口寬度21和窗口高度24而定。以第一導(dǎo)電類型為N型為例，如圖6所示，發(fā)射區(qū)寬度231由窗口高度24、窗口寬度21和離子入射角41決定，記為:L_N+=L_W_H_W/
tg(Q);相反，根據(jù)431N+發(fā)射極寬度和窗口高度24、窗口寬度21可以繁衍出傾斜離子注入所需要的入射角度:tg(0) =H_ff/( L_ff- L_N+)。1.以所述窗口為掩膜，通過第二次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口另一側(cè)432的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作；
所述步驟的注入方式和角度計(jì)算和上一步驟相同，如圖6所示，以第一導(dǎo)電類型為N型為例，保持離子注入方向不變，以器件垂直中心線為軸，在水平面旋轉(zhuǎn)180°即可得到如圖7所示窗口另一側(cè)的N+摻雜區(qū)，其目的是在窗口另一側(cè)432形成N+摻雜區(qū)。需要注意的是:窗口一側(cè)431和窗口另一側(cè)432的N+摻雜區(qū)，其窗口一側(cè)發(fā)射區(qū)寬度231和窗口另一側(cè)發(fā)射區(qū)寬度232相等或不相等。J.在所述步驟I形成的器件的上表面沉積第三絕緣層；
所述步驟即是接著步驟I沉積第三絕緣層，材料可以是氧化硅、氮化硅等絕緣材料，厚度為 2000A 到 20000A。K.對(duì)所述步驟J形成的器件進(jìn)行各向異性刻蝕，在窗口壁上制作一側(cè)側(cè)壁1111和另一側(cè)側(cè)壁1112 ;
L.以所述側(cè)墻和窗口為掩膜進(jìn)行離子注入，所述離子導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反； M.高溫推阱后，形成第三擴(kuò)散區(qū)和第四擴(kuò)散區(qū)；
如圖8、圖9所示，第三擴(kuò)散區(qū)的位置位于N+發(fā)射區(qū)(1091、1092)處，是由步驟H和步驟I中的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散而得到，即后續(xù)步驟M中的第三擴(kuò)散區(qū)。所述第四擴(kuò)散區(qū)的位于MOS重?fù)絽^(qū)108處。N.在所述步驟M形成的器件的上表面沉積導(dǎo)電材料，使得所述第三擴(kuò)散區(qū)和第四擴(kuò)散區(qū)短路，形成發(fā)射極，所述多晶硅柵極導(dǎo)電層以及與之接觸的導(dǎo)電材料形成柵極；
所述導(dǎo)電材料包括Al、Ag、Cu、V、N1、Si等常見金屬材料及其合金、硅化物等。厚度為500nm到5um,可以采用派射或者蒸發(fā)等方式。0.刻蝕所述導(dǎo)電材料，分離所述柵極與所述發(fā)射極；
P.在所述步驟O形成的器件的下表面進(jìn)行離子注入，形成與所述晶硅基區(qū)導(dǎo)電類型相反的第五擴(kuò)散區(qū)；
Q.在所述第五擴(kuò)散區(qū)的下表面沉積導(dǎo)電材料，形成集電極。如圖12所示，第五擴(kuò)散區(qū)的位置位于與集電極102處。本發(fā)明中所有附圖均是以第一導(dǎo)電類型為N型來描繪的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本專利提出一種無需光刻，并且可以任意控制N+發(fā)射區(qū)寬度的技術(shù)，并進(jìn)而提出一套全自對(duì)準(zhǔn)制作IGBT器件的方法。該方法相較傳統(tǒng)工藝，由于光刻嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)次數(shù)的減少，可以有效減小P型基區(qū)的寬度，增加?xùn)艠O下方的少子濃度，提高電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JEFT)電阻的影響，從而減小IGBT的功耗，本發(fā)明的光刻嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)次數(shù)的減少，有效減低制作成本， 并降低了故障率。
2、本發(fā)明關(guān)鍵在于利用傾斜離子注入技術(shù)來突破光刻的限制，從而無需引入更高精度的光刻機(jī)(意味著高成本)就可以實(shí)現(xiàn)更窄的N+發(fā)射極，即自對(duì)準(zhǔn)(無需光刻對(duì)準(zhǔn))。上述工藝步驟克服了現(xiàn)有的技術(shù)偏見，因?yàn)楝F(xiàn)有的制造工藝認(rèn)為:1)本來就不需要用到傾斜離子注入，器件結(jié)構(gòu)靠光刻就能實(shí)現(xiàn)；2)光刻已經(jīng)是半導(dǎo)體工藝的一個(gè)固定工藝，受限于光刻精度，器件的尺寸存在一定的極限，而突破光刻極限的最直接方式就是引入更高精度的光刻設(shè)備，這幾乎已經(jīng)形成一種思維定勢(shì)。本發(fā)明則突破了這個(gè)思維定勢(shì)，以傾斜離子注入的方式實(shí)現(xiàn)了發(fā)射極的自對(duì)準(zhǔn)制作，替代了光刻，從而可以將器件結(jié)構(gòu)尺寸做得更小。
3、本發(fā)明所保護(hù)的一種全自對(duì)準(zhǔn)(元胞區(qū)無需光刻)的制作方法(針對(duì)平面柵雙極型晶體管)，重點(diǎn)在于傾斜離子注入(如圖6)制作發(fā)射極，能夠使得發(fā)射極寬度可調(diào)。傾斜離子注入方法是首次在平面柵IGBT器件的制備中使用。4、本發(fā)明所保護(hù)的一種全自對(duì)準(zhǔn)(元胞區(qū)無需光刻)的制作方法(針對(duì)平面柵雙極型晶體管)采用了側(cè)墻(如圖9的1111和1112)輔助技術(shù)，側(cè)墻技術(shù)在輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)元胞區(qū)的“全自對(duì)準(zhǔn)”制作(無需光刻)。5、使用本發(fā)明的制作方法制造的自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是由于沒有光刻，從而避免了光刻對(duì)準(zhǔn)精度的限制，可以實(shí)現(xiàn)更窄的N+發(fā)射極(1091和1092)，有利于減小latch-up效應(yīng)，從而提高器件本身可承受的電流密度和器件實(shí)際工作的穩(wěn)定性；二是由于元胞區(qū)“全自對(duì)準(zhǔn)”的制作方法，可以將P型基區(qū)(如圖2中的21L_W)做的更窄，從而減小IGBT器件中PNP/PIN的值，增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，獲得更小的導(dǎo)通電阻，從而實(shí)現(xiàn)更低的工作功耗。6.本發(fā)明針對(duì)的是平面柵雙極型晶體管(Planar IGBT)，與申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210121112.3的發(fā)明專利相比，該專利是利用旋轉(zhuǎn)離子注入作用在于對(duì)p_base摻雜濃度進(jìn)行補(bǔ)償，起改善和補(bǔ)充摻雜濃度的作用；而本申請(qǐng)則是用于制作N+發(fā)射極，其目的并不相同。對(duì)比專利選擇“旋轉(zhuǎn)離 子注入”是由于其器件結(jié)構(gòu)所限(如對(duì)比專利附圖6所示110溝槽)，只有通過傾斜才能將離子注入到溝槽側(cè)壁上；本申請(qǐng)之所以采用“傾斜注入”在于通過調(diào)整傾斜角度來調(diào)整N+發(fā)射極的寬度(如本發(fā)明附圖6所示1091N+發(fā)射極和41傾斜角度)，所以其技術(shù)效果也不相同。


圖1 為 NPT-1GBT (Non Punch-through)的基本單兀結(jié)構(gòu)。圖2為窗口寬度與柵極寬度示意圖。圖3為NPT-1GBT導(dǎo)通時(shí)的電阻分布示意圖。圖4-圖12為本方法流程圖。圖4為P型基區(qū)離子注入圖。圖5為高溫推阱示意圖。圖6為第一次傾斜N+離子注入示意圖。圖7為第二次傾斜N+離子注入示意圖。圖8為干法刻蝕示意圖。圖9為發(fā)射極電極接觸孔示意圖。圖10為P+離子注入示意圖。圖11為柵極、發(fā)射極示意圖。
圖12成品結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中:集電極接觸101，集電極102，載流子擴(kuò)散區(qū)103，柵氧層104，柵極105，柵極接觸106 ，MOS基區(qū)107，MOS重?fù)絽^(qū)108，發(fā)射區(qū)1091、1092，以及發(fā)射極接觸110。窗口寬度21為L_W，柵極寬度一半22為L_G/2。N+接觸電阻301 ；M0S溝道電阻302 ;積累層電阻303 JEFT電阻304 ;漂移區(qū)電阻305 ;襯底接觸電阻306。窗口一側(cè)431、432，N+型發(fā)射區(qū)1091、1092，離子入射角度41，襯底平面42，發(fā)射區(qū)覽度231，窗口聞度24。氧化硅111，氧化硅側(cè)墻1111、1112。電極孔45，光刻44，發(fā)射極接觸的電極1101，柵極接觸的電極1061、1062。P+集電極101，背電極102。
具體實(shí)施例方式—種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，包括如下步驟:
A.提供第一導(dǎo)電類型的晶硅襯底，作為第一導(dǎo)電類型基區(qū)；
所述導(dǎo)電類型共有兩種，一種為N型導(dǎo)電，一種為P型導(dǎo)電。這里所說的第一導(dǎo)電類型為其中任意一種，而第二導(dǎo)電類型則為另一種。第一導(dǎo)電類型基區(qū)的位置為載流子擴(kuò)散區(qū)103 處。
B.在所述晶硅襯底的正面制作第一絕緣層；
這里的第一絕緣層是指第一個(gè)進(jìn)行加工處理的絕緣層，第一絕緣層的位置即柵氧層104處，可用材料包括氧化硅、氮化硅、氧化鋁等絕緣材料。C.在所述第一絕緣層上沉積多晶硅柵極導(dǎo)電層；
所述多晶硅柵極導(dǎo)電層的位置為柵極105處，這里的多晶硅柵極導(dǎo)電層可以通過先沉積一層多晶硅，再擴(kuò)散摻雜得到也可以通過原味摻雜得到。D.在所述多晶硅柵極導(dǎo)電層上沉積第二絕緣層；
所述的第二絕緣層是指第二個(gè)進(jìn)行加工處理的絕緣層，所述的第二絕緣層位置為柵極106接觸處。E.采用光刻膠掩膜刻蝕第二絕緣層和多晶硅柵極導(dǎo)電層，或刻蝕第二絕緣層、多晶硅柵極導(dǎo)電層和第一絕緣層，刻蝕后形成窗口 ；
所述窗口的位置為窗口寬度21處。所述步驟是指完全刻蝕去掉第二絕緣層和多晶硅柵極導(dǎo)電層，而第一絕緣層刻蝕與否、刻蝕深度則不做要求。F.以所述窗口圖形為掩膜進(jìn)行離子注入，所述離子的導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；
所述離子注入任意角度的均可，以第一導(dǎo)電類型為N型為例，此處注入離子劑量為lel3 cnT2 到 2el4 cnT2，注入能量為 IOkev 到 200kev。
G.高溫推阱，形成第二擴(kuò)散區(qū)；
第二擴(kuò)散區(qū)源自于上一步離子注入后，再經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散而得，因此是第二導(dǎo)電類型。與第一導(dǎo)電類型相異，此時(shí)的第二擴(kuò)散區(qū)可以為P型基區(qū)或N型基區(qū)，第二擴(kuò)散區(qū)位于圖5中P型基區(qū)處。
H.以所述窗口為掩膜，通過第一次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口一側(cè)431的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作；
所述傾斜角度范圍是0°到90°的任意數(shù)值，如30°、45°、60°等，具體數(shù)值視窗口一側(cè)431的窗口寬度21和窗口高度24而定。以第一導(dǎo)電類型為N型為例，如圖6所示，發(fā)射
區(qū)覽度231由窗口聞度24、窗口覽度21和尚子入射角41決定，記為:L_N+=L_W_H_W/ ^g(Q)
;相反，根據(jù)431N+發(fā)射極寬度和窗口高度24、窗口寬度21可以繁衍出傾斜離子注入所需要
的入射角度:tg(0)=H-W/ ( L_ff- L_N+)。1.以所述窗口為掩膜，通過第二次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口另一側(cè)432的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作；
所述步驟的注入方式和角度計(jì)算和上一步驟相同，如圖6所示，以第一導(dǎo)電類型為N型為例，保持離子注入方向不變，以器件垂直中心線為軸，在水平面旋轉(zhuǎn)180°即可得到如圖7所示窗口另一側(cè)的N+摻雜區(qū)，其目的是在窗口另一側(cè)432形成N+摻雜區(qū)。需要注意的是:窗口一側(cè)431和窗口另一側(cè)432的N+摻雜區(qū)，其窗口一側(cè)發(fā)射區(qū)寬度231和窗口另一側(cè)發(fā)射區(qū)寬度232相等或不相等。J.在所述步驟I形成的器件的上表面沉積第三絕緣層；
所述步驟即是接著步驟I沉積第三絕緣層，材料可以使氧化硅、氮化硅等絕緣材料，厚度為 2000A 到 20000A。K.對(duì)所述步驟J形 成的器件進(jìn)行各向異性刻蝕，在窗口壁上制作一側(cè)側(cè)壁1111和另一側(cè)側(cè)壁1112 ;
L.以所述側(cè)墻和窗口為掩膜進(jìn)行離子注入，所述離子導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反； M.高溫推阱后，形成第三擴(kuò)散區(qū)和第四擴(kuò)散區(qū)；
如圖8、圖9所示，第三擴(kuò)散區(qū)的位置位于N+發(fā)射區(qū)(1091、1092)處，是由步驟H和步驟I中的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散而得到，即后續(xù)步驟M中的第三擴(kuò)散區(qū)。所述第四擴(kuò)散區(qū)的位于MOS重?fù)絽^(qū)108處。N.在所述步驟M形成的器件的上表面沉積導(dǎo)電材料，使得所述第三擴(kuò)散區(qū)和第四擴(kuò)散區(qū)短路，形成發(fā)射極，所述多晶硅柵極導(dǎo)電層以及與之接觸的導(dǎo)電材料形成柵極；
所述導(dǎo)電材料包括Al、Ag、Cu、V、N1、Si等常見金屬材料及其合金、硅化物等。厚度為500nm到5um,可以采用派射或者蒸發(fā)等方式。0.刻蝕所述導(dǎo)電材料，分離所述柵極與所述發(fā)射極；
P.在所述步驟O形成的器件的下表面進(jìn)行離子注入，形成與所述晶硅基區(qū)導(dǎo)電類型相反的第五擴(kuò)散區(qū)；
Q.在所述第五擴(kuò)散區(qū)的下表面沉積導(dǎo)電材料，形成集電極。如圖12所示，第五擴(kuò)散區(qū)的位置位于與集電極102處。本發(fā)明中所有附圖均是以第一導(dǎo)電類型為N型來描繪的。參照附圖，對(duì)實(shí)施案例進(jìn)行更進(jìn)一步的說明。圖1為NPT-1GBT (Non Punch-through)的基本單元結(jié)構(gòu),包括集電極接觸101,集電極102，載流子擴(kuò)散區(qū)103，柵氧層104，柵極105，柵極接觸106，MOS基區(qū)107，MOS重?fù)絽^(qū)108，發(fā)射區(qū)1091、1092，以及發(fā)射極接觸110。其特征在于:所述電極接觸101、106、110為金屬或者金屬硅化物，特別包括金屬Al及其合金；所述載流子擴(kuò)散區(qū)103為輕摻N型硅片，特別包括雜質(zhì)P (磷)；所述柵氧層104為氧化硅，制作方法包括干氧、濕氧熱氧化；所述柵極105為摻雜的導(dǎo)電多晶娃,沉積方式包括化學(xué)氣相沉積、派射、蒸發(fā),摻雜方式包括擴(kuò)散摻雜、化學(xué)氣相沉積原味參雜；所述MOS基區(qū)107為輕摻P型，雜質(zhì)為B (硼);所述MOS重?fù)絽^(qū)108為重?fù)絇型，雜質(zhì)為B (硼);所述發(fā)射區(qū)1091、1092為重?fù)絅型，雜質(zhì)包括P (磷)、As (砷)。圖2定義了窗口寬度21為L_W，柵極寬度的一半22為L_G/2。柵窗比為2*22/21=L_G/L_ff0圖3標(biāo)示了 NPT-1GBT導(dǎo)通時(shí)的電阻分布情況，包括:N+接觸電阻301 ;M0S溝道電阻302 ;積累層電阻303 JEFT電阻304 ;漂移區(qū)電阻305 ;襯底接觸電阻306。圖4到圖12是本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施方案，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，受本發(fā)明啟示，可以演變出其他相似的實(shí)施方案。因此本發(fā)明保護(hù)不限于此方案，保護(hù)內(nèi)容以權(quán)利要求為準(zhǔn)。圖4首先在硅片上生長一層氧化硅作為柵極氧化層，然后再沉積一層多晶硅，并通過摻雜使其導(dǎo)電，摻雜方阻為Γ50Ω/口。最后再沉積一層氧化硅。所述氧化硅包括熱氧化、BPSG、PSG、BSG 以及 TE0S。圖中窗口圖形通過掩膜光刻制作，依次刻蝕氧化硅和多晶硅，留下窗口內(nèi)全部或者部分柵氧層。所述窗口尺寸L_W可以根據(jù)光刻設(shè)備限制和閾值電壓來選取，可取I微米到10微米。以所述窗口圖形為 掩膜，進(jìn)行P型基區(qū)注入。所述P型摻雜材料特別包括B (硼)，注入劑量濃度為5el3/cm_2到5el4/cm_2。圖5進(jìn)行高溫推阱，制作MOS柵控的P型基區(qū)。推阱溫度可選擇1000°(Tl200°C。圖6對(duì)所述窗口一側(cè)431進(jìn)行N+型發(fā)射區(qū)1091的注入，是本發(fā)明涉及的第一次自對(duì)準(zhǔn)工藝。所述N型離子包括P (磷)、As (砷)。調(diào)整離子入射角度41，使其與襯底平面
42成0角。發(fā)射區(qū)寬度231由窗口高度24、窗口寬度21和離子入射角41決定，記為:L_
N+=L_ff-H_ff/ tg(0)。通過調(diào)整所述參數(shù)，很容易調(diào)整發(fā)射區(qū)寬度。適當(dāng)縮小所述發(fā)射區(qū)寬度，可以有效緩解寄生雙極管Latch-up效應(yīng)。圖7對(duì)所述窗口另一側(cè)432進(jìn)行N+型發(fā)射區(qū)1092的注入?？刹捎靡砸r底中心為軸旋轉(zhuǎn)180°的的方法，按照上述方法進(jìn)行注入。圖8在所述結(jié)構(gòu)上繼續(xù)沉積一疊層氧化硅111，并采用各向異性干法刻蝕對(duì)所述氧化硅進(jìn)行刻蝕。所述氧化硅包括TEOS、BPSG、PSG、BSG以及熱氧化硅。所述各向異性干法刻蝕特別包括RIE刻蝕。圖9在所述窗口側(cè)壁431、432上形成氧化硅側(cè)墻1111、1112，是本發(fā)明涉及的第二次自對(duì)準(zhǔn)工藝。N+發(fā)射區(qū)1091、1092部分暴露。圖10表示以所述側(cè)墻為掩膜，進(jìn)行P+型離子注入。所述P型離子特別包括B離子。圖11在柵極上通過掩膜光刻制作電極孔45，在所述結(jié)構(gòu)上沉積金屬電極，通過掩膜光刻44分離發(fā)射極與柵極，形成發(fā)射極接觸的電極1101，以及與柵極接觸的電極1061、1062。所述電極材料特別包括Al及其合金，沉積方法可以采用蒸發(fā)和濺射。所述結(jié)構(gòu)為剖面示意圖，柵極開孔可以在任意與柵極相連的地方進(jìn)行。圖12為背面P+集電極101注入和背電極102的沉積。所述注入為P+型離子注入，特別包括B (硼)離子。所述背電極特別包括Al及其合金材料，沉積方法可以采用蒸發(fā)和濺射。需要指出的是，該實(shí)施案例針對(duì)N型硅襯底(η型溝道)的NPT-1GBT設(shè)計(jì)，該技術(shù)同樣適用于PT-1GBT，同時(shí)適用于P型硅襯底(P型溝道)的IGBT。根據(jù)閂鎖效應(yīng)可知，發(fā)射區(qū)1091和1092越窄，則空穴從P型基區(qū)107兩側(cè)進(jìn)入發(fā)射極110所需要繞行的距離就越短，從而在1091和1092下方形成的電勢(shì)差就越低，使得PN結(jié)(1091Ν+發(fā)射區(qū)與107Ρ型基區(qū)所形成)越南導(dǎo)通，減小了閂鎖效應(yīng)的發(fā)生概率。最后，如何制造較窄的發(fā)射區(qū)1091和1092成為工藝難點(diǎn)，通常采用光刻的方法來實(shí)現(xiàn)，這就受限于光刻精度。因此，欲得到較窄的N+發(fā)射區(qū)，就必須引入更高精度的光刻設(shè)備，這會(huì)導(dǎo)致制作成本上升。傾斜注入的優(yōu)勢(shì):首先由于省去了光刻，從而可以極大地降低成本；然后，通過調(diào)節(jié)傾斜角度，可以根據(jù)需求調(diào)整N+發(fā)射區(qū)1091和1092的寬度(如圖6和圖7所示)，從而減小閂鎖的可能性。 除此之外，由于省去了光刻的步驟，可以實(shí)現(xiàn)更窄的P型基區(qū)107，可以減小JFET效應(yīng)，增強(qiáng)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)等。閂鎖效應(yīng)是指:半導(dǎo)體(猶指硅)載流子類型有兩種，空穴和電子。集電極101接正壓(大于0.7V)，發(fā)射極110接地，當(dāng)柵極106給出導(dǎo)通信號(hào)(通常為5-20V電壓)時(shí)，IGBT導(dǎo)通。電子通過發(fā)射極110、發(fā)射區(qū)1091、1092 (第三擴(kuò)散區(qū))進(jìn)入載流子擴(kuò)散區(qū)103 (襯底)，然后通過集電極101流出器件；而空穴通過集電極101、集電區(qū)102 (第五擴(kuò)散區(qū))進(jìn)入載流子擴(kuò)散區(qū)103 (襯底)，再通過P型基區(qū)107、108和發(fā)射極110流出器件。需要注意的是，空穴只能通過P型基區(qū)流出，要么從正下方，要么從兩側(cè)。而從兩側(cè)進(jìn)入P型基區(qū)的空穴必須繞過1091和1092后到達(dá)發(fā)射極110，因此會(huì)在1091和1092下方產(chǎn)生一定的電勢(shì)差。當(dāng)該電勢(shì)差大于PN結(jié)(1091Ν+發(fā)射區(qū)與107Ρ型基區(qū)所形成)內(nèi)建電場(chǎng)(0.6 0.7V)時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，空穴可以直接透過1091Ν+發(fā)射區(qū)進(jìn)入發(fā)射極，從而產(chǎn)生閂鎖效應(yīng)(latch-up)，不再受柵極106的控制。閂鎖會(huì)導(dǎo)致器件自身溫度迅速上升，甚至損壞。
權(quán)利要求
1.一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:包括如下步驟: A.提供第一導(dǎo)電類型的晶硅襯底，作為第一導(dǎo)電類型基區(qū)； B.在所述晶硅襯底的正面制作第一絕緣層； C.在所述第一絕緣層上沉積多晶硅柵極導(dǎo)電層； D.在所述多晶硅柵極導(dǎo)電層上沉積第二絕緣層； E.采用光刻膠掩膜刻蝕第二絕緣層和多晶硅柵極導(dǎo)電層，或刻蝕第二絕緣層、多晶硅柵極導(dǎo)電層和第一絕緣層，刻蝕后形成窗口 ； F.以所述窗口圖形為掩膜進(jìn)行離子注入，所述離子的導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反； G.高溫推阱，形成第二擴(kuò)散區(qū)； H.以所述窗口為掩膜，通過第一次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口一側(cè)(431)的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作； 1.以所述窗口為掩膜，通過第二次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口一側(cè)(432)的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作； J.在所述步驟I形成的器件的上表面沉積第三絕緣層； K.對(duì)所述步驟J形成的器件進(jìn)行各向異性刻蝕，在窗口壁上制作側(cè)壁(1111、1112)； L.以所述側(cè)墻和窗口為掩 膜進(jìn)行離子注入，所述離子導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反； M.高溫推阱后，形成第三擴(kuò)散區(qū)和第四擴(kuò)散區(qū)； N.在所述步驟M形成的器件的上表面沉積導(dǎo)電材料，使得所述第三擴(kuò)散區(qū)和第四擴(kuò)散區(qū)短路，形成發(fā)射極，所述多晶硅柵極導(dǎo)電層以及與之接觸的導(dǎo)電材料形成柵極； 0.刻蝕所述導(dǎo)電材料，分離所述柵極與所述發(fā)射極； P.在所述步驟O形成的器件的下表面進(jìn)行離子注入，形成與所述晶硅基區(qū)導(dǎo)電類型相反的第五擴(kuò)散區(qū)； Q.在所述第五擴(kuò)散區(qū)的下表面沉積導(dǎo)電材料，形成集電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述H步驟中傾斜注入的傾斜角度范圍是0°到90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述H步驟中傾斜注入的傾斜角度范圍是30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述H步驟中傾斜注入的傾斜角度范圍是45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述H步驟中傾斜注入的傾斜角度范圍是60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述F步驟中注入離子劑量為lel3 cm_2到2el4 cm_2，注入能量為IOkev到200kevo
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述J步驟沉積第三絕緣層的材料為氧化硅、氮化硅絕緣材料，厚度為2000A到20000A。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，其特征在于:所述N步驟導(dǎo)電材料包括Al、Ag、Cu、V、N1、Si及其合金、硅化物，厚度為500nm到5um。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件，具體為一種適用于平面柵雙極型晶體管的自對(duì)準(zhǔn)絕緣柵雙極型晶體管的制作方法，以所述窗口為掩膜，通過第一次傾斜注入實(shí)現(xiàn)窗口一側(cè)431的第一導(dǎo)電類型摻雜區(qū)的制作。本發(fā)明提出一種無需光刻，并且可以任意控制N+發(fā)射區(qū)寬度的技術(shù)，并進(jìn)而提出一套全自對(duì)準(zhǔn)制作IGBT器件的方法。該方法相較傳統(tǒng)工藝，由于光刻嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)次數(shù)的減少，可以有效減小P型基區(qū)的寬度，增加?xùn)艠O下方的少子濃度，提高電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JEFT)電阻的影響，從而減小IGBT的功耗，本發(fā)明的光刻嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)次數(shù)的減少，有效減低制作成本，并降低了故障率。
文檔編號(hào)H01L21/266GK103219237SQ201310151889
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者胡強(qiáng), 張世勇, 櫻井建彌 申請(qǐng)人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司, 江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司