Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括如下步驟：在晶圓背面形成FS層；在晶圓正面形成蝕刻槽，相鄰的兩個蝕刻槽之間形成Pboldy區(qū)前體；在蝕刻槽上沉積形成致密性柵氧層；在致密性柵氧層上沉積多晶硅柵；對Pbody區(qū)前體進行注入和擴散，得到Pbody區(qū)，Pbody區(qū)與致密性柵氧層直接接觸且裸露在外的區(qū)域稱為源區(qū)前體；對源區(qū)前體進行光刻、注入和擴散，得到源區(qū)；在晶圓的正面形成介質塊；在晶圓正面形成間隔設置的源電極和柵電極；在晶圓背面形成P+陽極層和金屬層。這種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法不需要外延工藝，產能較高且成本較低。
【專利說明】Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造加工領域,尤其涉及一種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法。

【背景技術】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是由 MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件，其輸入極為M0SFET，輸出極為PNP晶體管。因此，可以把IGBT看作是M0S輸入的達林頓管。IGBT既具有MOSFET器件電壓驅動、高耐壓且驅動簡單、開關速度快的優(yōu)點，同時又具有雙極型器件電流能力強、且導通壓降低的優(yōu)點，因而在現(xiàn)代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用。
[0003]隨著IGBT向高壓大電流方向的發(fā)展，雖然Planar FS (平面柵場終止)結構IGBT因其較NPT、PT結構而言，具有在更薄的厚度上承受更大的耐壓，更好的開關特性等優(yōu)點，但是其相對于Trench FS (溝槽柵場終止)結構IGBT來說，相同的電流能力的情況下占用了較大的芯片面積。
[0004]傳統(tǒng)的Trench FS結構的IGBT的制作工藝一般通過外延實現(xiàn),但外延工藝時間較長,影響生產產能,且外延成本較高。


【發(fā)明內容】

[0005]基于此，有必要提供一種產能較高且成本較低的Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法。
[0006]一種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括如下步驟:
[0007]提供待加工的晶圓，并在所述晶圓背面形成FS層；
[0008]在所述晶圓正面進行Trench光刻刻蝕，形成蝕刻槽，相鄰的兩個蝕刻槽之間形成Pboldy區(qū)前體；
[0009]通過柵氧生長在所述蝕刻槽上沉積形成致密性柵氧層；
[0010]在所述致密性柵氧層上沉積多晶硅柵，并且所述多晶硅柵和所述致密性柵氧層填充滿所述蝕刻槽；
[0011]對所述Pbody區(qū)前體進行注入和擴散，得到Pbody區(qū)，所述Pbody區(qū)與所述致密性柵氧層直接接觸且裸露在外的區(qū)域稱為源區(qū)前體，每個所述Pbody區(qū)中形成兩個不相連的源區(qū)前體；
[0012]對所述源區(qū)前體進行光刻，接著對所述源區(qū)前體進行注入和擴散，得到源區(qū)；
[0013]在所述晶圓的正面形成介質塊，所述介質塊完全覆蓋所述致密性柵氧層，所述多晶硅柵和所述源區(qū)被所述介質塊隔開；
[0014]在所述晶圓正面沉積金屬，接著對所述金屬進行光刻和刻蝕，形成間隔設置的源電極和柵電極，所述源電極覆蓋所述Pbody區(qū)和所述源區(qū)，所述柵電極覆蓋所述多晶硅柵；
[0015]在所述晶圓背面進行硼離子注入和退火，形成層疊在所述FS層上的P+陽極層；
[0016]對所述晶圓背面進行金屬化，形成層疊在所述P+陽極層上的金屬層。
[0017]在一個實施例中，所述形成FS層的操作為:通過背面磷離子注入，并在1100°C?1250°C的溫度下推阱，在所述晶圓的背面形成FS層。
[0018]在一個實施例中，所述形成蝕刻槽的操作為:先在所述晶圓正面生長一層氧化層，涂光刻膠，經過光刻工藝曝光出處需要刻蝕Trench部位，通過干法刻蝕氧化層，去除光刻膠，利用氧化層作為Trench刻蝕時的阻擋層，刻蝕所述晶圓，產生Trench溝槽，之后利用濕法刻蝕，通過控制刻蝕時間去除所述氧化層，形成蝕刻槽。
[0019]在一個實施例中，所述形成致密性柵氧層的操作為:通過750°C?1100°C的爐管，生長600A?1500A的致密性柵氧化層。
[0020]在一個實施例中，所述沉積多晶硅柵的操作為:通過高溫爐管方式，在所述致密性柵氧層上沉積多晶硅，所述致密性柵氧層和所述多晶硅完全填充所述蝕刻槽，接著利用干法多晶刻蝕工藝刻蝕掉所述蝕刻槽之外的多晶硅，得到所述多晶硅柵。
[0021]在一個實施例中，所述得到Pbody區(qū)的操作為:通過硼離子注入，在800°C?1000°C下推阱形成Pbody區(qū)。
[0022]在一個實施例中，所述得到源區(qū)的操作為:通過光刻工藝選擇性的注入N型離子，通過推阱工藝形成N型摻雜的源區(qū)。
[0023]在一個實施例中，所述形成介質塊的操作為:通過爐管的方式淀積氧化層，接著利用光刻、刻蝕工藝選擇性的刻蝕所述氧化層，形成介質塊，相鄰的兩個介質塊之間形成源區(qū)接觸孔。
[0024]在一個實施例中，所述形成層疊在所述FS層上的P+陽極層的操作為:在晶圓背面進行硼離子注入，并在300°C?500°C的溫度下退火，激活注入的硼離子，形成P+陽極層。
[0025]在一個實施例中，所述層疊在所述P+層上的金屬層的操作中，所述金屬層為依次層疊的Al、T1、Ni和Ag。
[0026]這種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，既可以很好的保證IGBT結構的性能，又減小了晶圓的工藝時間，提高了生產效率，降低了成本。相對于傳統(tǒng)TrenchFS結構IGBT的生產，工藝時間長，成本高的現(xiàn)狀，這種TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法不需要外延工藝，產能較高且成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為一實施方式的Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法的流程圖；
[0028]圖2a?圖2d為采用如圖1所示的Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法處理后的晶圓的剖面結構示意圖。

【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0030]如圖1和圖2a?圖2d所示，一實施方式的Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，包括如下步驟:
[0031]S10、提供待加工的晶圓10，并在晶圓10背面形成FS層20。
[0032]晶圓10可以直接購買得到，也可以自行加工得到。
[0033]結合圖2a，本實施方式中，形成FS層20的操作為:通過背面磷離子注入，并在1100°C?1250°c的溫度下推阱，在晶圓10的背面形成FS層20。
[0034]S20、在晶圓10正面進行Trench光刻刻蝕，形成蝕刻槽12，相鄰的兩個蝕刻槽12之間形成Pboldy區(qū)前體14。
[0035]結合圖2a，本實施方式中，形成蝕刻槽的操作為:先在晶圓10正面生長一層氧化層，涂光刻膠，經過光刻工藝曝光出處需要刻蝕Trench部位，通過干法刻蝕氧化層，去除光刻膠，利用氧化層作為Trench刻蝕時的阻擋層，刻蝕所述晶圓，產生Trench溝槽，之后利用濕法刻蝕，通過控制刻蝕時間去除所述氧化層，形成蝕刻槽12。相鄰的兩個蝕刻槽12之間形成Pboldy區(qū)前體14。
[0036]氧化層可以為通過爐管中淀積并退火形成的氧化層也可以為通過PECVD (化學氣相淀積)的氧化層。
[0037]光刻膠可以為正性光刻膠，亦可以為負性光刻膠
[0038]S30、通過柵氧生長在蝕刻槽12上沉積形成致密性柵氧層30。
[0039]結合圖2b，本實施方式中，形成致密性柵氧層30的操作為:通過750°C?1100°C的爐管,生長600A?1500A的致密性柵氧化層30。
[0040]具體而言，可以采用先干法再濕法，或者干法，或者先干法后濕法再干法的方式，生長致密性柵氧化層30。
[0041]S40、在致密性柵氧層30上沉積多晶硅柵40，并且多晶硅柵30和致密性柵氧層40填充滿蝕刻槽12。
[0042]結合圖2b，本實施方式中，沉積多晶硅柵40的操作為:通過高溫爐管方式，在致密性柵氧層30上沉積多晶硅，致密性柵氧層30和多晶硅完全填充蝕刻槽12，接著利用干法多晶刻蝕工藝刻蝕掉蝕刻槽12之外的多晶硅，得到多晶硅柵40。
[0043]S50、對Pbody區(qū)前體14進行注入和擴散，得到Pbody區(qū)50。
[0044]結合圖2b，Pbody區(qū)50與致密性柵氧層30直接接觸且裸露在外的區(qū)域稱為源區(qū)前體52，每個Pbody區(qū)50中形成兩個不相連的源區(qū)前體52。
[0045]本實施例中，得到Pbody區(qū)50的操作為:通過硼離子注入，在800°C?1000°C下推講形成Pbody區(qū)50。
[0046]S60、對源區(qū)前體52進行光刻，接著對源區(qū)前體52進行注入和擴散，得到源區(qū)60。
[0047]結合圖2c，本實施方式中，得到源區(qū)60的操作為:通過光刻工藝選擇性的注入N型離子，通過推阱工藝形成N型摻雜的源區(qū)60。
[0048]N型離子可以為磷離子或者砷離子。
[0049]S70、在晶圓10的正面形成介質塊70，介質塊70完全覆蓋致密性柵氧層30，多晶娃柵40和源區(qū)60被介質塊70隔開。
[0050]結合圖2c，本實施方式中，通過爐管的方式淀積氧化層，接著利用光刻、刻蝕工藝選擇性的刻蝕氧化層，形成介質塊70，相鄰的兩個介質塊70之間形成源區(qū)接觸孔72。
[0051]氧化層可以為BPSG (硼磷硅玻璃)，氧化層作為介質層隔離過多晶硅淀積和金屬發(fā)射極電極。
[0052]S80、在晶圓10正面沉積金屬，接著對金屬進行光刻和刻蝕，形成間隔設置的源電極16和柵電極18，源電極16覆蓋Pbody區(qū)50和源區(qū)60，柵電極18覆蓋多晶硅柵40。
[0053]結合圖2d，本實施方式中，沉積的金屬通常為A1。
[0054]S90、在晶圓10背面進行硼離子注入和退火，形成層疊在FS層20上的P+陽極層80。
[0055]結合圖2d，本實施方式中，形成層疊在FS層20上的P+陽極層80的操作為:在晶圓10背面進行硼離子注入，并在300°C?500°C的溫度下退火，激活注入的硼離子，形成P+陽極層80。
[0056]S100、對晶圓10背面進行金屬化，形成層疊在P+陽極層80上的金屬層90。
[0057]結合圖2d，本實施方式中，金屬層90為依次層疊的Al、T1、Ni和Ag。
[0058]這種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，既可以很好的保證IGBT結構的性能，又減小了晶圓10的工藝時間，提高了生產效率，降低了成本。相對于傳統(tǒng)Trench FS結構IGBT的生產，工藝時間長，成本高的現(xiàn)狀，這種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法不需要外延工藝，產能較高且成本較低。
[0059]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種Trench FS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供待加工的晶圓，并在所述晶圓背面形成FS層； 在所述晶圓正面進行Trench光刻刻蝕，形成蝕刻槽，相鄰的兩個蝕刻槽之間形成Pboldy區(qū)前體； 通過柵氧生長在所述蝕刻槽上沉積形成致密性柵氧層； 在所述致密性柵氧層上沉積多晶硅柵，并且所述多晶硅柵和所述致密性柵氧層填充滿所述蝕刻槽； 對所述Pbody區(qū)前體進行注入和擴散，得到Pbody區(qū)，所述Pbody區(qū)與所述致密性柵氧層直接接觸且裸露在外的區(qū)域稱為源區(qū)前體，每個所述Pbody區(qū)中形成兩個不相連的源區(qū)前體； 對所述源區(qū)前體進行光刻，接著對所述源區(qū)前體進行注入和擴散，得到源區(qū)； 在所述晶圓的正面形成介質塊，所述介質塊完全覆蓋所述致密性柵氧層，所述多晶硅柵和所述源區(qū)被所述介質塊隔開； 在所述晶圓正面沉積金屬，接著對所述金屬進行光刻和刻蝕，形成間隔設置的源電極和柵電極，所述源電極覆蓋所述Pbody區(qū)和所述源區(qū)，所述柵電極覆蓋所述多晶硅柵； 在所述晶圓背面進行硼離子注入和退火，形成層疊在所述FS層上的P+陽極層； 對所述晶圓背面進行金屬化，形成層疊在所述P+陽極層上的金屬層。
2.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述形成FS層的操作為:通過背面磷離子注入，并在1100°C?1250°C的溫度下推阱，在所述晶圓的背面形成FS層。
3.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述形成蝕刻槽的操作為:先在所述晶圓正面生長一層氧化層，涂光刻膠，經過光刻工藝曝光出處需要刻蝕Trench部位，通過干法刻蝕氧化層，去除光刻膠，利用氧化層作為Trench刻蝕時的阻擋層，刻蝕所述晶圓，產生Trench溝槽，之后利用濕法刻蝕，通過控制刻蝕時間去除所述氧化層，形成蝕刻槽。
4.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述形成致密性柵氧層的操作為:通過750°C?1100°C的爐管，生長600A?1500A的致密性柵氧化層。
5.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述沉積多晶硅柵的操作為:通過高溫爐管方式，在所述致密性柵氧層上沉積多晶硅，所述致密性柵氧層和所述多晶硅完全填充所述蝕刻槽，接著利用干法多晶刻蝕工藝刻蝕掉所述蝕刻槽之外的多晶硅，得到所述多晶硅柵。
6.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述得到Pbody區(qū)的操作為:通過硼離子注入，在800°C?1000°C下推阱形成Pbody區(qū)。
7.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述得到源區(qū)的操作為:通過光刻工藝選擇性的注入N型離子，通過推阱工藝形成N型摻雜的源區(qū)。
8.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述形成介質塊的操作為:通過爐管的方式淀積氧化層，接著利用光刻、刻蝕工藝選擇性的刻蝕所述氧化層，形成介質塊，相鄰的兩個介質塊之間形成源區(qū)接觸孔。
9.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述形成層疊在所述FS層上的P+陽極層的操作為:在晶圓背面進行硼離子注入，并在300°C?500°C的溫度下退火，激活注入的硼離子，形成P+陽極層。
10.根據(jù)權利要求1所述的TrenchFS結構的絕緣柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，所述層疊在所述P+層上的金屬層的操作中，所述金屬層為依次層疊的Al、T1、Ni和Ag。
【文檔編號】H01L21/331GK104253040SQ201310258327
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月25日 優(yōu)先權日:2013年6月25日
【發(fā)明者】王根毅, 張碩, 芮強, 鄧小社 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司