[發明專利]一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201310152024.4
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103367413A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 張世勇;胡強;櫻井建彌
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司;江蘇華創光電科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/08;H01L29/423;H01L21/331;H01L21/28
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

技術領域

本發明的涉及電力電子技術領域的半導體器件，具體為一種絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。?

背景技術

現有的絕緣柵雙極晶體管IGBT主要由N-漂移區、P體區、深P+區、N+發射區、P+集電區、SiO2柵氧層、多晶硅柵極層、SiO2氧化層（包括SiO2層，PSG磷硅玻璃層，SiO2層）以及正面金屬層、背面金屬層組成。正面金屬層同時接觸P體區和N+發射區，構成器件的發射極。背面金屬接觸P+集電區，構成器件的集電極。多晶硅柵連同連接的金屬構成器件柵極。?

如圖2所示，在IGBT器件可以分為由多晶硅柵定義的PIN二極管區（寬度為L）和由多晶硅柵間隔定義的PNP雙極晶體管區（寬度為W）。當器件正向導通時，電子從N+發射極經過多晶硅柵下形成的溝道注入到N-漂移區。同時空穴從P+集電極注入到N-漂移區。對于PIN二極管區，由于儲存的電子空穴較多，由于半導體過剩載流子的電導調制效應，使得這個區域的電阻較低。相反對于PNP雙極晶體管區，由于儲存的電子空穴較少，這個區域的電阻較高。電流同時流經PNP和PIN這兩個區域，形成導通壓降Vce（sat）。減小高阻PNP區域和低阻PIN區域寬度的比值W：L可以降低器件的Vce（sat）。?

目前傳統的IGBT制造工藝如下：?

（1）在N-漂移區的一側通過熱氧化的方式生長柵氧化層，并在柵氧化層上面通過LPCVD沉積多晶硅，并使用POCl3對多晶硅進行摻雜。

（2）通過光刻、干法刻蝕，形成分離的多晶硅柵極已經柵極之間沒有多晶硅覆蓋的窗口，在窗口中注入硼，退火、推阱處理，形成P體區。?

（3）在窗口區的兩側通過光刻形成發射極圖形，并在發射極圖形中注入磷；去除光刻膠，在窗口中注入磷；退火、推阱處理，形成N+發射區和深P+區。?

（4）在窗口區和多晶硅柵極上面通過LPCVD或PECVD沉積SiO2，后再生長一層PSG或BPSG；在窗口去的中部N+區之間和P+區中部通過光刻、干法刻蝕，形成接觸電機孔。?

（5）在背面注入硼，退火推阱處理形成P+集電極；再在正面和背面通過蒸發或者濺射制作金屬電極形成IGBT器件。?

通過上面的IGBT制造工序我們可以看到，工藝流程采用了多次光刻和刻蝕處理，由于光刻機本身存在對準精度的問題，使得多晶柵之間的窗口層的寬度W只能限定在光刻機的精度所能達到的寬度之內，如進一步縮小器件窗口層的寬度W，將會給器件帶來許多隱患。特別是在步驟（3）中對N+發射極區的光刻，很有可能出現因為套偏而引起圖形轉移偏差，如窗口中一側的N+發射極沒有和金屬接觸，導致器件活性區一半失效。同時，在步驟（4）中對電極孔的光刻會因為套偏而發生發射極和柵極之間的短路，導致器件全部失效。所以，利用現有的技術生產的IGBT器件，普遍存在因為光刻機對準精度的制約，導致器件結構欠合理而影響器件的工作參數和可靠性，因為需要一種新的器件設計來減小生產中對光刻機設備的依賴。?

如專利號為CN201110165393.8，專利名稱為“絕緣柵雙極晶體管及制作方法”的發明專利，其技術方案為：一種絕緣柵雙極晶體管，包括：集電區，由形成于硅襯底底部的P型層組成，從所述硅襯底的背面引出集電極；漂移區，由依次形成于所述集電區上的第一N+層和第一N-層組成，所述第一N+層的N型雜質濃度大于所述第一N-層的N型雜質濃度；P阱，形成于所述第一N-層中；發射區，由形成于所述P阱上部的第二N+層組成，所述P阱將所述發射區和所述漂移區隔開；柵極，覆蓋部分所述P阱，被所述柵極覆蓋的所述P阱為溝道區，所述溝道區連接所述P阱兩側的所述漂移區和所述發射區；其特征在于：在所述P阱中形成有溝槽或孔，在所述溝槽或孔的底部的所述P阱中形成有P+連接層，所述P+連接層位于所述發射區的底部；在所述溝槽或孔上部形成有發射極引線孔，所述發射極引線孔的寬度大于所述溝槽或孔的寬度，在所述溝槽或孔和所述發射極引線孔中填充有金屬并引出發射極。?

在結構方面，上述專利描述的雙極晶體管的多晶硅窗口開口較大，電極孔和多晶硅的距離只有1.5~3.5um，這樣電極孔一般在2um以上總共加起多晶硅窗口的寬度最小只能到5~9um；在生產工藝方面現有技術采用了多次光刻和刻蝕處理，由于光刻機本身存在對準精度的問題，使得多晶柵之間的窗口層的寬度W只能限定在光刻機的精度所能達到的寬度之內，如進一步縮小器件窗口層的寬度W，將會給器件帶來許多隱患，并且導致器件結構欠合理而影響器件的工作參數和可靠性。?