一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括：具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区；形成于所述半导体衬底的第一主面侧的第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一半导体层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度高；形成于所述原胞区内的第一半导体层的第一主面侧的绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。与现有技术相比，其不仅可以提高该绝缘栅双极晶体管的耐压可靠性，而且还可以降低该绝缘栅双极晶体管的正向导通压降。
【专利说明】一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及半导体设计及制造【技术领域】，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管 (InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT)及其制造方法。 【【背景技术】】
[0002] IGBT是由BJT(BipolarJunctionTransistor，双极结型晶体管）和MOSFET(Met al-〇xide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)组 成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压 降两方面的优点，具有工作频率高，控制电路简单，电流密度高，通态压低等特点，广泛应用 于功率控制领域。
[0003]IGBT普遍需要解决以下技术问题：第一，在高温条件下，IGBT漏电流偏大甚至出 现持续增大不能稳定，恢复常温后击穿电压降低甚至出现短路的现象（即IGBT的耐压可 靠性问题）；第二个问题，为了尽可能的提高IGBT的性能，需要不断的降低其导通电阻，对 于高压IGBT来说，影响正向导通压降Vce(on)的主要是JFET(JunctionField-effect Transistor，结型场效应晶体管）区域等效电阻RJ和漂移区等效电阻RD，因此，尽量降低这 两部分电阻是大功率IGBT设计的重要考虑因素。
[0004] 针对第一个技术问题：
[0005] -般认为，该问题主要是由器件内部和外部引入的可动电荷引起的。实际工作中， 可动电荷在外部应力条件下移动，将会改变原来稳定的表面电场，从而使的耐压发生改变， 甚至出现漏电流增大的问题。为了定量表征外界电荷对终端表面电场的影响，定义影响因 子：
[0006]
【权利要求】
1. 一种绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其包括： 具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括 原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区； 形成于所述半导体衬底的第一主面侧的第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第 一半导体层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度高； 形成于所述原胞区内的第一半导体层的第一主面侧的绝缘栅型晶体管单元，其中，所 述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。
2. 根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其还包括：形成于所述终端 保护区内的第一半导体层的第一主面侧的保护终端。
3. 根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其还包括： 在所述半导体衬底的第二主面侧形成的第二导电类型的第二半导体层； 在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层的第一主面上形成的第一主电 极； 在所述第二半导体层上形成的第二主电极。
4. 根据权利要求3所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述第一导电类型为N型， 所述第二导电类型为P型， 所述绝缘栅型晶体管单元为N型沟道MOSFET单元，所述第一导电类型的半导体衬底为 N-型半导体衬底，所述第一半导体层为N+型半导体层，所述第二半导体层为P+型集电极 层，所述第一主电极为发射极，所述第二主电极为集电极。
5. 根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述N型沟道MOSFET单元 包括： 自所述原胞区内的N+型半导体层的第一主面向内有选择的形成的P型基区； 自所述P型基区的表面向该P型基区内有选择的形成的N+有源区； 自所述N+有源区内侧的P型基区表面向该P型基区内形成的P+有源区； 自所述P型基区的边缘部分的第一主面和所述原胞区内的N+型半导体层的未形成P 型基区的第一主面上形成的栅极氧化层； 在栅极氧化层的上表面上形成的多晶硅栅电极； 覆盖栅极氧化层和多晶硅栅电极露出表面的介质层； 其中，第一主电极形成于所述介质层的外侧并与所述N+有源区和所述P+有源区电性 接触。
6. 根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述保护终端包括形成于 所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的P型场限环区以及位于所述P型场限环 区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板。
7. -种绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其包括： 制备具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底 包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区； 在所述半导体衬底的第一主面侧形成第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一 半导体层的掺杂浓度高于半导体衬底的掺杂浓度； 在所述原胞区的第一半导体层的第一主面侧形成绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝 缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。
8. 根据权利要求7所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其还包括：在所 述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧形成保护终端。
9. 根据权利要求8所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其还包括： 在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层的第一主面上形成第一主电极； 从所述半导体衬底的第二主面起减薄该绝缘栅型晶体管单元形成后的半导体衬底； 自减薄后的半导体衬底的第二主面向所述半导体衬底内形成第二导电类型的第二半 导体层； 在所述第二半导体层上形成与第二半导体层电性接触的第二主电极。
10. 根据权利要求9所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，所述第一导电 类型为N型，所述第二导电类型为P型， 所述绝缘栅型晶体管单元为N型沟道MOSFET单元，所述第一导电类型的半导体衬底为 N-型半导体衬底，所述第一半导体层为N+型半导体层，所述第二半导体层为P+型集电极 层，所述第一主电极为发射极，所述第二主电极为集电极。
11. 根据权利要求10所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，形成所述N+ 型半导体层的过程包括： 在所述N-型半导体衬底的第一主面上形成预氧层； 透过所述预氧层在所述N-型半导体衬底的第一主面侧进行N型杂质注入以形成N+ 层；和 高温推阱形成所述N+型半导体层。
12. 根据权利要求11所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，所述预氧层 的厚度为丨000A?3000A，所述N型杂质的注入剂量2ell?le13Cm_ 2，能量为60KEV? 120KEV。
13. 根据权利要求10所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于， 所述保护终端包括形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的P型场 限环区以及位于所述P型场限环区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板， 所述N型沟道MOSFET单元包括： 自所述原胞区内的N+型半导体层的第一主面向内有选择的形成的P型基区； 自P型基区的表面向该P型基区内有选择的形成的N+有源区； 自所述N+有源区内侧的P型基区表面向该P型基区内形成的P+有源区； 自所述P型基区的边缘部分的第一主面和所述原胞区内的N+型半导体层的未形成P 型基区的第一主面上形成的栅极氧化层； 在栅极氧化层的上表面上形成的多晶硅栅电极； 覆盖栅极氧化层和多晶硅栅电极露出表面的介质层； 其中第一主电极形成于所述介质层的外侧并与所述N+有源区和所述P+有源区电性接 触。
【文档编号】H01L29/06GK104332494SQ201310306819
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】钟圣荣, 邓小社, 王根毅, 周东飞 申请人:无锡华润上华半导体有限公司