[實用新型]一種全自對準的絕緣柵雙極晶體管器件

有效

• 申請號: 201320222718.6
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN203242631U
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 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;H01L21/331
• 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

本實用新型的涉及電力電子技術領域的半導體器件，具體為一種全自對準的絕緣柵雙極晶體管器件。

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層已及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層上面通過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。此外，傳統工藝的步驟（3）中，N+發射極是通過光刻和注入形成，它的寬度較大，導致器件容易發生閂鎖效應。

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”的實用新型專利，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；上述雙極晶體管器件結構是左右不對稱的，這樣就降低了器件抗閂鎖的能力。

實用新型內容

為了克服現有的絕緣柵雙極晶體及其制造方法存在的上述問題，現特別提出一種全自對準的絕緣柵雙極晶體管器件以及它的制造方法。

本實用新型的具體方案如下：