專利名稱：Igbt器件及其制作工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種IGBT器件的制作工藝方法；本發(fā)明還涉及該方法制造的器件。
背景技術(shù)：
IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，是在功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VDMOS)的基礎(chǔ)上，在其承受高壓的飄移區(qū)(N型IGBT的N-層)之下增加一層P+薄層，引入了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而大大提高了器件的電流處理能力，但同時(shí)此P+薄層的引入，使得IGBT比功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管多一個(gè)PNP的三極管，容易引起閂鎖，降低了安全工作區(qū)。為此在ρ阱區(qū)(P-well)的下方增加一層載流子存儲(chǔ)層(CS層)，提高了 IGBT的抗閂鎖能力。實(shí)現(xiàn)此載流子存儲(chǔ)層的一般技術(shù)是通過正面離子注入與高溫退火。
對(duì)于非穿透型(NPT) IGBT，為了實(shí)現(xiàn)高耐壓的要求，需要更厚的N型基區(qū)(N base)，這樣同時(shí)增加了導(dǎo)通壓降，不利于器件的使用。為了解決這個(gè)矛盾，在背面P+集電極層與N型基區(qū)之間增加了一層N型緩沖層(N buffer)，為了實(shí)現(xiàn)此N型緩沖層，一般的技術(shù)是通過背面的離子注入與爐管退火形成，但此技術(shù)存在三個(gè)方面的不足，一是需要高能量的離子注入機(jī)，設(shè)備昂貴；二是注入深度無法達(dá)到2微米以上，N型緩沖層的作用被減弱； 三是受正面金屬后溫度的限制，N型緩沖層的激活效率不高，對(duì)器件性能有一定的影響。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IGBT器件的制作工藝方法，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)正面載流子存儲(chǔ)層與背面深的N型緩沖層。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種IGBT制造工藝方法，包括
步驟1、準(zhǔn)備一 N型區(qū)熔硅作為N基區(qū)；
步驟2、對(duì)所述N基區(qū)進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成雙面N型摻雜區(qū)，包括正面 N型摻雜區(qū)及背面N型摻雜區(qū)；
步驟3、對(duì)所述正 面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述正面N型區(qū)做為載流子存儲(chǔ)層；
步驟4、在所述載流子存儲(chǔ)層上進(jìn)行IGBT器件的深溝槽工藝，形成深溝槽極；
步驟5、在所述載流子存儲(chǔ)層上進(jìn)行IGBT器件的P阱注入，高溫退火工藝、形成導(dǎo)通P型溝道；
步驟6、在所述P阱上進(jìn)行IGBT器件的P+注入，高溫退火工藝，形成P型重?fù)诫s區(qū)；
步驟7、進(jìn)行IGBT器件的N+注入、高溫退火工藝，形成IGBT的發(fā)射極；
步驟8，進(jìn)行IGBT器件的隔離介質(zhì)層工藝，形成隔離介質(zhì)層，并進(jìn)行接觸孔光刻與蝕刻，打開接觸孔；
步驟9、進(jìn)行IGBT器件 的金屬工藝，形成金屬層，并進(jìn)行金屬光刻與蝕刻，將發(fā)射極與柵極引出；進(jìn)行鈍化層工藝，保護(hù)器件正面；步驟10、對(duì)所述背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述背面N型區(qū)作為N型緩 沖層；步驟11、上述器件制備的所有工藝進(jìn)行完后，再進(jìn)行背面的P+注入、激活推進(jìn)、金 屬化等工藝，形成背面的集電極端及背面金屬層。進(jìn)一步的，步驟2中所述的形成雙面N型摻雜區(qū)，其一面的深度，對(duì)于3300VIGBT， 此深度通常為90-110微米；對(duì)于4500V IGBT，此深度通常為50-70微米；對(duì)于6500V IGBT， 此深度通常為10-30微米。進(jìn)一步的，步驟3中所述的對(duì)正面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，其中，對(duì)于3300VIGBT，此 減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT,此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。進(jìn)一步的，步驟10中所述的對(duì)背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，其中，對(duì)于3300VIGBT，此 減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT,此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。一種根據(jù)上述IGBT制造工藝方法制造的器件，其特征在于在所述N基區(qū)及所述 P阱中間還包括一載流子存儲(chǔ)層；在所述N基區(qū)及所述背面的集電極端中間還包括一 N型 緩沖層。進(jìn)一步的，將各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型變?yōu)橄喾础Ｒ环NIGBT制造工藝方法，包括步驟1、準(zhǔn)備一 N型區(qū)熔硅作為N基區(qū)；步驟2、對(duì)所述N基區(qū)進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成所述雙面N型摻雜區(qū)，包括 正面N型摻雜區(qū)及背面N型摻雜區(qū)；步驟3、對(duì)所述正面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，將所述正面N型摻雜區(qū)全部減薄掉；步驟4、在所述N基區(qū)上進(jìn)行IGBT器件的深溝槽工藝，形成深溝槽極；步驟5、在所述N基區(qū)上進(jìn)行IGBT器件的P阱注入，高溫退火工藝、形成導(dǎo)通P型 溝道；步驟6、在所述P阱上進(jìn)行IGBT器件的P+注入，高溫退火工藝，形成P型重?fù)诫s 區(qū)；步驟7、進(jìn)行IGBT器件的N+注入、高溫退火工藝，形成IGBT的發(fā)射極；步驟8，進(jìn)行IGBT器件的隔離介質(zhì)層工藝，形成隔離介質(zhì)層，并進(jìn)行接觸孔光刻與 蝕刻，打開接觸孔；步驟9、進(jìn)行IGBT器件的金屬工藝，形成金屬層，并進(jìn)行金屬光刻與蝕刻，將發(fā)射 極與柵極引出；進(jìn)行鈍化層工藝，保護(hù)器件正面；步驟10、對(duì)所述背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述背面N型區(qū)作為N型緩 沖層；步驟11、上述器件制備的所有工藝進(jìn)行完后，再進(jìn)行背面的P+注入、激活推進(jìn)、金 屬化等工藝，形成背面的集電極端及背面金屬層。進(jìn)一步的，步驟2中所述的形成雙面N型摻雜區(qū)，其一面的深度，對(duì)于3300VIGBT， 此深度通常為90-110微米；對(duì)于4500V IGBT，此深度通常為50-70微米；對(duì)于6500V IGBT，此深度通常為10-30微米。
進(jìn)一步的，步驟10中所述的對(duì)背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，其中，對(duì)于3300VIGBT，此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT,此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
進(jìn)一步的，所述N基區(qū)及所述背面的集電極端中間還包括一 N型緩沖層。
進(jìn)一步的，將各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型變?yōu)橄喾础?br> 本發(fā)明方法主要采用N型雜質(zhì)擴(kuò)散來形成N型緩沖層，擴(kuò)散工藝比離子注入的成本低，且擴(kuò)散的深度可以做到大于2微米，以及放在金屬工藝的形成之前、能夠?qū)崿F(xiàn)N型緩沖層的雜質(zhì)充分激活；同時(shí)本發(fā)明方法不僅形成了正面的載流子存儲(chǔ)層，改善了器件的安全工作區(qū)，而且同時(shí)形成了背面的深的N型緩沖層，實(shí)現(xiàn)了器件的耐壓與導(dǎo)通壓降的最優(yōu)化。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1a-1k是本發(fā)明方法第一實(shí)施例步驟流程示意圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例1GBT器件示意圖3a-3k是本發(fā)明方法第二實(shí)施例步驟流程示意圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例1GBT器件示意圖。
N基區(qū)101正面N型摻雜區(qū)、載流子存儲(chǔ)層102
背面N型摻雜區(qū)、N型緩沖層103深溝槽極104
P 講 105P型重?fù)诫s區(qū)106
發(fā)射極107隔尚介質(zhì)層108
金屬層109集電極端110
背面金屬層111
N基區(qū)301正面N型摻雜區(qū)、載流子存儲(chǔ)層302
背面N型摻雜區(qū)、N型緩沖層303深溝槽極304
P 講 305P型重?fù)诫s區(qū)306
發(fā)射極307隔尚介質(zhì)層308
金屬層309集電極端310
背面金屬層31具體實(shí)施方式

為使貴審查員對(duì)本發(fā)明的目的、特征及功效能夠有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，以下配合附圖詳述如后。
本發(fā)明方法第一實(shí)施例步驟包括
步驟1、準(zhǔn)備一 N型區(qū)熔硅作為N基區(qū)101，如圖1a所示。N型區(qū)熔硅的厚度可以為725微米。
步驟2、對(duì)N基區(qū)101進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，可以采用高溫磷摻雜工藝 (P0CL3工藝)，形成一定深度的雙面N型摻雜區(qū)，包括正面N型摻雜區(qū)102及背面N型摻雜區(qū)103 ;如圖1b所示。其一面的深度，對(duì)于3300V IGBT，此深度通常為90-110微米；對(duì)于 4500V IGBT，此深度通常為50-70微米；對(duì)于6500VIGBT，此深度通常為10-30微米。
步驟3、對(duì)正面N型摻雜區(qū)102進(jìn)行一定厚度的減薄，保留下來的正面N型區(qū)做為CS層102 ;如圖1c所示。其中，對(duì)于3300V IGBT，此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于 4500V IGBT，此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
步驟4、在CS層102上進(jìn)行IGBT器件的深溝槽工藝，形成深溝槽極104 (Trench gate);如圖1d所示。
步驟5、在CS層102上進(jìn)行IGBT器件的P阱(P_well)105注入，如圖1e所示；高溫退火工藝、形成導(dǎo)通P型溝道(圖中未標(biāo)出)。
步驟6、在P阱105上進(jìn)行IGBT器件的P+注入，高溫退火工藝，形成P型重?fù)诫s區(qū) 106 ;如圖1f所示。
步驟7、進(jìn)行IGBT器件的N+注入、高溫退火工藝，形成IGBT的發(fā)射極107，如圖1g 所示。
步驟8，進(jìn)行IGBT器件的隔離介質(zhì)層工藝，形成隔離介質(zhì)層108，如圖1h所示；并進(jìn)行接觸孔光刻與蝕刻，打開接觸孔(圖中未標(biāo)出)。
步驟9、進(jìn)行IGBT器件的金屬工藝，形成金屬層109，如圖1i所示；并進(jìn)行金屬光刻與蝕刻，將發(fā)射極與柵極引出(圖中未標(biāo)出)；進(jìn)行鈍化層工藝，保護(hù)器件正面。
步驟10、對(duì)背面N型摻雜區(qū)103進(jìn)行減薄，保留下來的背面N型區(qū)103作為N buffer層103 ;如圖3j所示。其中，對(duì)于3300V IGBT，此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT，此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
步驟11、上述器件制備 的所有工藝進(jìn)行完后，再進(jìn)行背面的P+注入、激活推進(jìn)、金屬化等工藝，形成背面的集電極端110及背面金屬層111 ;如圖lk。
如圖2所示，為本發(fā)明第一實(shí)施例1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖，與傳統(tǒng)IGBT相比，本發(fā)明的IGBT在N基區(qū)101及P阱105中間還包括一 CS層102 ;在N基區(qū)101及背面的集電極端110中間還包括一 N buffer層103。
本發(fā)明方法第二實(shí)施例步驟包括
步驟1、準(zhǔn)備一 N型區(qū)熔硅作為N基區(qū)301，如圖3a所示。N型區(qū)熔硅的厚度可以為725微米。
步驟2、對(duì)N基區(qū)301進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，可以采用高溫磷摻雜工藝 (P0CL3工藝)，形成一定深度的雙面N型摻雜區(qū)，包括正面N型摻雜區(qū)302及背面N型摻雜區(qū) 303;如圖3b所示。其中，對(duì)于3300V IGBT，此深度通常為90-110微米；對(duì)于4500V IGBT, 此深度通常為50-70微米；對(duì)于6500V IGBT，此深度通常為10-30微米。
步驟3、對(duì)正面N型摻雜區(qū)302進(jìn)行減薄，將正面N型摻雜區(qū)302全部減薄掉；如圖3c所示。
步驟4、在N基區(qū)301上進(jìn)行IGBT器件的深溝槽工藝，形成深溝槽極304 (Trench gate);如圖3d所示。
步驟5、在N基區(qū)301上進(jìn)行IGBT器件的P阱(P_well) 305注入，如圖3e所示； 高溫退火工藝、形成導(dǎo)通P型溝道(圖中未標(biāo)出)。
步驟6、在P阱305上進(jìn)行IGBT器件的P+注入，高溫退火工藝，形成P型重?fù)诫s區(qū)306 ;如圖3f所示。
步驟7、進(jìn)行IGBT器件的N+注入、高溫退火工藝，形成IGBT的發(fā)射極307，如圖3g 所示。
步驟8，進(jìn)行IGBT器件的隔離介質(zhì)層工藝，形成隔離介質(zhì)層308，如圖3h所示；并進(jìn)行接觸孔光刻與蝕刻，打開接觸孔(圖中未標(biāo)出)。
步驟9、進(jìn)行IGBT器件的金屬工藝，形成金屬層309，如圖3i所示；并進(jìn)行金屬光刻與蝕刻，將發(fā)射極與柵極引出(圖中未標(biāo)出)；進(jìn)行鈍化層工藝，保護(hù)器件正面。
步驟10、對(duì)背面N型摻雜區(qū)303進(jìn)行減薄，保留下來的背面N型區(qū)303作為N buffer層303 ;如圖3j所示。其中，對(duì)于3300V IGBT，此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT，此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
步驟11、上述器件制備的所有工藝進(jìn)行完后，再進(jìn)行背面的P+注入、激活推進(jìn)、金屬化等工藝，形成背面的集電極端310及背面金屬層311 ;如圖3k所示。
如圖4所示，為本發(fā)明第一實(shí)施例1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖，與傳統(tǒng)IGBT相比，本發(fā)明的IGBT在N基區(qū)301及背面的集電極端310中間還包括一 N buffer層303。
本發(fā)明所示的IGBT器件及其制造方法中，各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型(N型、P型)變?yōu)橄喾?，也是可行的?br> 以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn) ，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種IGBT制造工藝方法，其特征在于，包括步驟1、準(zhǔn)備一 N型區(qū)熔硅作為N基區(qū)；步驟2、對(duì)所述N基區(qū)進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成雙面N型摻雜區(qū)，包括正面N型摻雜區(qū)及背面N型摻雜區(qū)；步驟3、對(duì)所述正面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述正面N型區(qū)做為載流子存儲(chǔ)層；步驟4、在所述載流子存儲(chǔ)層上進(jìn)行IGBT器件的深溝槽工藝，形成深溝槽極；步驟5、在所述載流子存儲(chǔ)層上進(jìn)行IGBT器件的P阱注入，高溫退火工藝、形成導(dǎo)通P 型溝道；步驟6、在所述P阱上進(jìn)行IGBT器件的P+注入，高溫退火工藝，形成P型重?fù)诫s區(qū)； 步驟7、進(jìn)行IGBT器件的N+注入、高溫退火工藝，形成IGBT的發(fā)射極；步驟8、進(jìn)行IGBT器件的隔離介質(zhì)層工藝，形成隔離介質(zhì)層，并進(jìn)行接觸孔光刻與蝕刻，打開接觸孔；步驟9、進(jìn)行IGBT器件的金屬工藝，形成金屬層，并進(jìn)行金屬光刻與蝕刻，將發(fā)射極與柵極引出；進(jìn)行鈍化層工藝，保護(hù)器件正面；步驟10、對(duì)所述背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述背面N型區(qū)作為N型緩沖層；步驟11、上述器件制備的所有工藝進(jìn)行完后，再進(jìn)行背面的P+注入、激活推進(jìn)、金屬化等工藝，形成背面的集電極端及背面金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的IGBT制造工藝方法，其特征在于步驟2中所述的形成雙面N 型摻雜區(qū)，其一面的深度，對(duì)于3300V IGBT，此深度通常為90-110微米；對(duì)于4500V IGBT, 此深度通常為50-70微米；對(duì)于6500V IGBT，此深度通常為10-30微米。
3.如權(quán)利要求1所述的IGBT制造工藝方法，其特征在于步驟3中所述的對(duì)正面N 型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，其中，對(duì)于3300V IGBT,此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT，此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
4.如權(quán)利要求1所述的IGBT制造工藝方法，其特征在于步驟10中所述的對(duì)背面N 型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，其中，對(duì)于3300V IGBT,此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT，此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任何一項(xiàng)所述的IGBT器件的制造工藝方法，其特征在于，將各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型變?yōu)橄喾础?br> 6.如權(quán)利要求1所述的IGBT制造工藝方法制造的器件，其特征在于在所述N基區(qū)及所述P阱中間還包括一載流子存儲(chǔ)層；在所述N基區(qū)及所述背面的集電極端中間還包括一 N型緩沖層。
7.一種IGBT制造工藝方法，其特征在于，包括步驟1、準(zhǔn)備一 N型區(qū)熔硅作為N基區(qū)；步驟2、對(duì)所述N基區(qū)進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成所述雙面N型摻雜區(qū)，包括正面 N型摻雜區(qū)及背面N型摻雜區(qū)；步驟3、對(duì)所述正面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，將所述正面N型摻雜區(qū)全部減薄掉；步驟4、在所述N基區(qū)上進(jìn)行IGBT器件的深溝槽工藝，形成深溝槽極；步驟5、在所述N基區(qū)上進(jìn)行IGBT器件的P阱注入，高溫退火工藝、形成導(dǎo)通P型溝道； 步驟6、在所述P阱上進(jìn)行IGBT器件的P+注入，高溫退火工藝，形成P型重?fù)诫s區(qū)； 步驟7、進(jìn)行IGBT器件的N+注入、高溫退火工藝，形成IGBT的發(fā)射極；步驟8，進(jìn)行IGBT器件的隔離介質(zhì)層工藝，形成隔離介質(zhì)層，并進(jìn)行接觸孔光刻與蝕刻，打開接觸孔；步驟9、進(jìn)行IGBT器件的金屬工藝，形成金屬層，并進(jìn)行金屬光刻與蝕刻，將發(fā)射極與柵極引出；進(jìn)行鈍化層工藝，保護(hù)器件正面；步驟10、對(duì)所述背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述背面N型區(qū)作為N型緩沖層；步驟11、上述器件制備的所有工藝進(jìn)行完后，再進(jìn)行背面的P+注入、激活推進(jìn)、金屬化等工藝，形成背面的集電極端及背面金屬層。
8.如權(quán)利要求7所述的IGBT制造工藝方法，其特征在于步驟2中所述的形成雙面N 型摻雜區(qū)，其一面的深度，對(duì)于3300V IGBT，此深度通常為90-110微米；對(duì)于4500V IGBT, 此深度通常為50-70微米；對(duì)于6500V IGBT，此深度通常為10-30微米。
9.如權(quán)利要求7所述的IGBT制造工藝方法，其特征在于步驟10中所述的對(duì)背面N 型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，其中，對(duì)于3300V IGBT,此減薄厚度通常為80-100微米；對(duì)于4500V IGBT，此減薄厚度通常為40-60微米；對(duì)于6500V IGBT，無需減薄。
10.根據(jù)權(quán)利要求7 9中任何一項(xiàng)所述的IGBT器件的制造工藝方法，其特征在于，將各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型變?yōu)橄喾础?br> 11.如權(quán)利要求7所述的IGBT制造工藝方法制造的器件，其特征在于在所述N基區(qū)及所述背面的集電極端中間還包括一 N型緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IGBT制造工藝方法，通過對(duì)所述N基區(qū)進(jìn)行雙面高溫N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成雙面N型摻雜區(qū)，包括正面N型摻雜區(qū)及背面N型摻雜區(qū)；對(duì)所述正面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述正面N型區(qū)做為載流子存儲(chǔ)層；對(duì)所述背面N型摻雜區(qū)進(jìn)行減薄，保留下來的所述背面N型區(qū)作為N型緩沖層；不僅形成了正面的載流子存儲(chǔ)層，改善了器件的安全工作區(qū)，而且同時(shí)形成了背面的深的N型緩沖層，實(shí)現(xiàn)了器件的耐壓與導(dǎo)通壓降的最優(yōu)化。本發(fā)明同時(shí)公開了使用該方法制造的器件。
文檔編號(hào)H01L29/739GK103035519SQ20121026242
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者李娜 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司