一種絕緣柵雙極性晶體管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，提供第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有第一主面和第二主面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一主面形成第二導(dǎo)電類型的場終止層；在所述場終止層上生長氧化層；去除所述場終止層上的氧化層；在去除所述氧化層后的所述場終止層上形成外延層；在所述外延層上繼續(xù)制造所述絕緣柵雙極性晶體管。本發(fā)明在常規(guī)制作絕緣柵雙極性晶體管之前盡可能降低外延前襯底材料的表面缺陷，增加外延層質(zhì)量進(jìn)而提高整個(gè)絕緣柵雙極性晶體管的質(zhì)量。
【專利說明】一種絕緣柵雙極性晶體管的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及絕緣柵雙極性晶體管（Insulated GateBipolarTransistor,簡稱IGBT)，尤其是通過外延工藝制作場終止型絕緣柵雙極性 晶體管（FieldStopInsulatedGateBipolarTransistor，簡稱FS-IGBT)的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路的快速發(fā)展，對(duì)襯底材料的質(zhì)量提出了更嚴(yán)格的要求。對(duì)于一般低壓 IGBT，特別是600V左右使用外延工藝完成的FS-IGBT來說，技術(shù)的難點(diǎn)是厚度和電阻率一 致性問題。電阻率均勻性差主要原因是硼、砷雜質(zhì)的自摻雜。N型雜質(zhì)(砷或磷)的自摻雜可 采用低壓外延技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。只不過低壓外延生長的硅片有很大的溫度梯度，這將導(dǎo)致較多 的層錯(cuò)和位錯(cuò)，而大的層錯(cuò)密度和位錯(cuò)密度會(huì)給器件電參數(shù)和成品率帶來致命的危害。同 時(shí)，一些研究表明對(duì)摻硼的P/P+(或埋層）外延，在低壓條件下的自摻雜效應(yīng)反而比常壓下 的大，所以對(duì)常用的P型襯底，由于外延前存在注入和襯底材料表面缺陷較多，導(dǎo)致外延層 缺陷較多，外延質(zhì)量較差，使得產(chǎn)品性能存在問題。
[0003] 現(xiàn)有低壓IGBT外延FS工藝中，先形成IGBT的FS區(qū)域，然后在此材料上生長需 要厚度和電阻率的外延層，這種制作工藝存在由于外延前存在注入和襯底材料表面缺陷較 多，導(dǎo)致外延層缺陷較多，外延質(zhì)量較差，使得產(chǎn)品性能存在問題等明顯的缺陷：首先，外延 工藝中反應(yīng)氣體穿越襯底表面的時(shí)候它的濃度是不斷降低的，因?yàn)樗诖┰揭r底表面的同 時(shí)也在與硅襯底發(fā)生反應(yīng)；其次，硅外延生長速度隨著反應(yīng)氣體中硅源濃度的變化而變化， 娃源濃度大時(shí)外延生長速度較快，反之，娃源濃度小的時(shí)候娃外延生長速度較慢；再者，摻 雜劑濃度隨著外延層中雜質(zhì)濃度的變化而變化，當(dāng)摻雜劑濃度增大時(shí)，外延層中的雜質(zhì)濃 度將增大，外延層的電阻率將變小，擊穿電壓降低，反之，當(dāng)摻雜劑濃度變小時(shí)，外延層中雜 質(zhì)濃度也減小，相應(yīng)的外延層的電阻率將增大，擊穿電壓變大。（事實(shí)上反應(yīng)速度的快慢不 是簡單的依賴于反應(yīng)劑的濃度高低，只是一般情況下，我們認(rèn)同這種正比關(guān)系）。如上所述 反應(yīng)氣體中硅源濃度是不斷降低的，那么，與它成正比關(guān)系的硅外延的生長速度也是不斷 降低的，進(jìn)而使得外延層厚度和電阻率的均勻性和一致性變差。在較小的襯底尺寸進(jìn)行外 延生長時(shí)，能夠接受這種因?yàn)榉磻?yīng)速度造成的外延層參數(shù)變差；但是當(dāng)襯底直徑變大，由 于襯底材料表面缺陷較多，導(dǎo)致這種差異也變得更大，這已經(jīng)超出了生產(chǎn)的容許范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施 例。在本部分以及本申請(qǐng)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡化或省略以避免使本部 分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。
[0005] 鑒于上述和/或現(xiàn)有IGBT的制造方法中存在的問題，提出了本發(fā)明。
[0006] 因此，本發(fā)明一個(gè)目的是提出一種IGBT的制造方法，該方法能夠有效的降低外延 前襯底材料的表面確認(rèn)，增加外延層質(zhì)量。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種絕緣柵雙極性晶體管的 制造方法，提供第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有第一主面和第二主面；在所 述半導(dǎo)體襯底的第一主面形成第二導(dǎo)電類型的場終止層；在所述場終止層上生長氧化層； 去除所述場終止層上的氧化層；在去除所述氧化層后的所述場終止層上形成外延層；在所 述外延層上繼續(xù)制造所述絕緣柵雙極性晶體管。
[0008] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述第 一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底為P型襯底材料。
[0009] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述氧 化層的厚度為100Λ?2500()八,.，
[0010] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：在800 攝氏度?Iioo攝氏度的干氧/氫氧氧化/水汽氧化環(huán)境中對(duì)形成有所述場終止層上的半 導(dǎo)體襯底進(jìn)行氧化以得到所述氧化層。
[0011] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：在所述 場終止層上生長所述氧化層時(shí)，同時(shí)也在所述半導(dǎo)體襯底的第二主面上形成有氧化層，所 述制造方法還包括：去除所述半導(dǎo)體襯底的第二主面上形成的氧化層。
[0012] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：采用濕 法腐蝕工藝或者濕法腐蝕與干法腐蝕相結(jié)合的工藝去除所述場終止層上的氧化層。
[0013] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：通過N 型雜質(zhì)表面注入和高溫推阱的工藝在所述半導(dǎo)體襯底的第一主面形成場終止層。
[0014] 作為本發(fā)明所述絕緣柵雙極性晶體管的制造方法的一種優(yōu)選方案，其中：Ν型雜 質(zhì)的注入劑量為5E12/cm2?lE15/cm2,能量為30KeV?200KeV。。
[0015] 本發(fā)明通過實(shí)踐中低壓IGBT外延FS工藝中由于注入和高溫過程導(dǎo)致襯底材料的 表面缺陷較多，導(dǎo)致在此襯底材料上進(jìn)行的外延層缺陷增多，質(zhì)量下降，降低了在此外延上 工藝的器件的性能等問題，提供了一種IGBT的制造方法，該方法在常規(guī)制作絕緣柵雙極性 晶體管之前盡可能降低外延前襯底材料的表面缺陷，增加外延層質(zhì)量進(jìn)而提高整個(gè)絕緣柵 雙極性晶體管的質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式制作FS-IGBT的方法流程圖；
[0017] 圖2?圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的制作IGBT前的工藝方法過程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0019] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0020] 其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0021] 正如【背景技術(shù)】部分所述，現(xiàn)有技術(shù)IGBT外延FS工藝，其外延生長階段包括：一、 初始的生長階段，氣相反應(yīng)中生成的硅單晶淀積在清潔的硅襯底上，該單晶層的質(zhì)量將直 接影響整個(gè)外延層缺陷密度。表面質(zhì)量好，缺陷密度?。环粗?，缺陷密度大。在這個(gè)階段， 硅源濃度、摻雜劑濃度和反應(yīng)速度都處于一個(gè)爬升過程；二、穩(wěn)定生長過程，該過程占了硅 外延有效時(shí)間中的絕大部分，外延層所需要生長的大部分厚度在此階段形成，此過程反應(yīng) 速度與氣氛相對(duì)穩(wěn)定，硅單晶淀積速度可控；三、反應(yīng)結(jié)束階段，停止輸送反應(yīng)氣體，反應(yīng)腔 內(nèi)各種反應(yīng)氣體的濃度急速下降，處于一個(gè)回落的過程。隨著技術(shù)的進(jìn)步，用于外延襯底直 徑越來越大，6英寸襯底直徑是Φ4"襯底的1. 5倍，面積是其2. 25倍；8英寸襯底直徑是 4英寸襯底的2倍，面積是其4倍。這種情況下，由于外延前存在注入和襯底材料表面缺陷 較多，導(dǎo)致外延層缺陷較多，外延質(zhì)量較差，使得產(chǎn)品性能存在問題，這種情況下，對(duì)外延層 關(guān)鍵參數(shù)電阻率和厚度的控制將變得更加困難。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加 清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0022] 本發(fā)明第一實(shí)施方式以P型襯底為半導(dǎo)體襯底，涉及一種制作FS-IGBT器件的方 法，具體流程如圖1所示。
[0023] 在介紹本發(fā)明中的IGBT的制造方法之前，需要進(jìn)行如下說明。本文中涉及到兩種 導(dǎo)電類型，分別為第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型。在第一導(dǎo)電類型為P型時(shí)，第二導(dǎo)電類型 為N型；在第一導(dǎo)電類型為N型時(shí)，第二導(dǎo)電類型為P型。下文都以第一導(dǎo)電類型為P型， 第二導(dǎo)電類型為N型為例進(jìn)行介紹，但這不能被理解為一種限制。IGBT的發(fā)射極和柵極所 在的面通常被理解為第一主面，而IGBT的集電極所在的面通常被理解第二主面。
[0024] 在步驟一 100中，其實(shí)是在制作P型襯底材料。在本實(shí)施方式中，制備好P型襯底 材料，襯底材料厚度與外延厚度有關(guān)，兩者之和為正常流通硅片厚度。
[0025] 具體地說，該P(yáng)型襯底材料101也是IGBT的背面P+集電極區(qū)，選擇其電阻率為 0. 001Q*cm?100Q*cm，在本實(shí)施例中，P型襯底材料101其材料厚度與外延厚度兩者之 和可以為625μπι?725μπι，如圖2所示。
[0026] 步驟二200,本實(shí)施例中形成場終止層201所采用的方法如下，參見圖3,在襯底 材料的正面光刻出圖形，采用離子注入N型離子，例如磷、砷、銻、硫或硒，注入劑量為5Ε11/ cm2?lE15/cm2,能量為30KeV?200KeV，并在高溫下推阱。調(diào)節(jié)溫度和時(shí)間，使N型雜質(zhì) 擴(kuò)散到所需厚度，同時(shí)也完成雜質(zhì)激活。例如，選擇退火溫度為1150°C?1250°C，時(shí)間5小 時(shí)?20小時(shí)，可形成15um?30um的場終止層201。
[0027] 步驟三300,放入爐管中進(jìn)行熱氧化生長，如圖4所示，在800°C?1000°C的條件 下，采用干氧氧化工藝，利用硅的橫向氧化所形成氧化層301 ;同時(shí)，在P型襯底材料101的 表面的Si-SiO2交界面形成較厚的二氧化硅層，厚度為100人?25000人。干氧生長的氧化 膜表面干燥、結(jié)構(gòu)致密，光刻時(shí)與光刻膠接觸良好、不易產(chǎn)生浮膠，便于后續(xù)工序的進(jìn)行。
[0028] 在步驟四400中，進(jìn)行氧化層301即二氧化硅層的去除，參見圖5，采用氫氟酸去除 步驟三中形成的氧化層301。通過此步驟，去除襯底材料表面殘留的有機(jī)物、堿性離子、金屬 離子和顆粒等。此步驟中，氧化層301去除主要使用濕法腐蝕工藝，當(dāng)然也可采用濕法和干 法交替等腐蝕工藝，但最下面即硅表面處的氧化層301必須使用濕法工藝去除。
[0029] 步驟五500,如圖6所示，采用外延方式制備出N型緩沖層401，N型緩沖層的厚度 為2μm?40μm，電阻率為0· 05Ω*cm?20Ω*cm，之后外延制備N型漂移層402,電阻率為 5Ω*cm?200Ω*cm，厚度為 10μm?150μm。
[0030] 完成外延生長工藝后，按照制作IGBT的正常工序進(jìn)行步驟六600即可，在此不累 述。
[0031] 本發(fā)明第二實(shí)施方式以P型襯底為半導(dǎo)體襯底，涉及一種制作FS-IGBT器件的方 法，具體流程與第一實(shí)施方式大體相同，區(qū)別在于：在進(jìn)行熱氧化生長時(shí)，采用濕氧氧化工 藝，濕氧氧化中，用攜帶水蒸氣的氧氣代替干氧。氧化劑是氧氣和水的混合物，反應(yīng)過程如 下：氧氣通過95°C的高純水；氧氣攜帶水汽一起進(jìn)入氧化爐在高溫下與娃反應(yīng)。濕氧氧化 相當(dāng)于干氧氧化和水汽氧化的綜合，其速率也介于兩者之間。具體的氧化速率取決于氧氣 的流量、水汽的含量。氧氣流量越大，水溫越高，則水汽含量越大，氧化膜的生長速率和質(zhì)量 越接近于水汽氧化的情況。反之，就越接近于干氧氧化。
[0032] 具體在本實(shí)施例中，依靠高純的氫氣和氧氣在石英管中按比例混合燃燒成水，氫 和氧的比例為2:1時(shí)為水汽氧化。采用此方法其氧化速度快，同時(shí)能夠有效去除襯底材料 中，經(jīng)常存在一些重金屬雜質(zhì)，如銅、金等。
[0033] 本發(fā)明第三實(shí)施方式，在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在步驟三形成厚氧化層后用氫 氟酸進(jìn)行去除后，再進(jìn)行清洗過程，有效去除表面顆粒、堿性離子或金屬離子等沾污。接著 再次通過熱氧化生長厚氧化層，然后再進(jìn)行第一實(shí)施方式中的步驟四。即，通過多次氧化和 腐蝕工藝完成對(duì)襯底材料表面缺陷的清除。
[0034] 應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于： 提供第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有第一主面和第二主面； 在所述半導(dǎo)體襯底的第一主面形成第二導(dǎo)電類型的場終止層； 在所述場終止層上生長氧化層； 去除所述場終止層上的氧化層； 在去除所述氧化層后的所述場終止層上形成外延層； 在所述外延層上繼續(xù)制造所述絕緣柵雙極性晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：所述第一導(dǎo) 電類型的半導(dǎo)體襯底為P型襯底材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：所述氧化層 的厚度為100人?25⑴0人。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：在800°C? 1100°C的干氧/氫氧氧化/水汽氧化環(huán)境中對(duì)形成有所述場終止層上的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行氧 化以得到所述氧化層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：在所述場終 止層上生長所述氧化層時(shí)，同時(shí)也在所述半導(dǎo)體襯底的第二主面上形成有氧化層，所述制 造方法還包括：去除所述半導(dǎo)體襯底的第二主面上形成的氧化層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：采用濕法腐 蝕工藝或者濕法腐蝕與干法腐蝕相結(jié)合的工藝去除所述場終止層上的氧化層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：通過N型雜 質(zhì)表面注入和高溫推阱的工藝在所述半導(dǎo)體襯底的第一主面形成場終止層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極性晶體管的制造方法，其特征在于：N型雜質(zhì)的注 入劑量為 5Ell/cm2 ?lE15/cm2,能量為 30KeV ?200KeV。
【文檔編號(hào)】H01L21/265GK104347401SQ201310323481
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】鄧小社, 芮強(qiáng), 張碩, 王根毅 申請(qǐng)人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司