全自对准型绝缘栅双极晶体管的制作方法
【专利摘要】本实用新型的涉及电力电子【技术领域】的半导体器件，具体为全自对准型绝缘栅双极晶体管，包括有第一导电类型衬底，第一导电类型衬底的正面设置有第二导电类型基区，所述第二导电类型基区正面设置有第二导电类型重掺区，所述第一导电类型衬底、第二导电类型基区和第二导电类型重掺区均呈“凹”形，在所述第二导电类型基区内设有第一导电类型发射区，本实用新型采用了侧墙及其保护结构，保护结构的设立能保证侧墙不受损伤，保存完整的形貌，具有更加稳定的工艺生产特性和电学特性表现。
【专利说明】全自对准型绝缘栅双极晶体管
【技术领域】
[0001]本实用新型的涉及电力电子【技术领域】的半导体器件，具体为全自对准型绝缘栅双极晶体管。
【背景技术】
[0002]在节能环保的大背景下，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在诸如工业逆变器、新能源发电、轨道交通、家用电器等电力电子行业发挥着巨大的作用。传统平面栅型IGBT依然占据巨大的市场份额，此类IGBT优势在于制作简单，价格低廉。相较于沟槽栅型IGBT，其主要问题在于JFET效应(结型场效应管)所导致的夹紧现象，导致导通压降较大。
[0003]为减小JFET效应，提高PIN区域面积与PNP区域面积之比是一条有效的途径，而提高该比值可以通过增加栅极宽度(L)或者减小元胞窗口宽度(W)。前者会导致元胞尺寸增大，降低器件产率，并可能导致击穿电压减小；后者既能改善导通压降，又能减小元胞尺寸，提高器件产率；因此后者更受大家的亲睐。但是受限于光刻精度，元胞窗口的缩小存在限制，如欲进一步缩小W，就必须引入更高进度的光刻设备，这将提高器件本身的制作成本。
[0004]现在提出了一种无需光刻的自对准技术，即侧墙技术。由于在实际的制作过程中，侧墙工艺之后，还有许多步骤，涉及到高温、刻蚀等等，会对侧墙的形貌产生影响，从而影响侧墙耐电压能力。为解决这个问题，专利在侧墙技术基础上提出一种具有侧墙保护功能的新型IGBT器件结构。
[0005]现有专利CN201110448456.0、申请日为2011-12-28、名称为“沟槽绝缘栅型双极晶体管的制作方法”的发明专利，其技术方案为:实用新型提供一种沟槽绝缘栅型双极晶体管的制作方法，包括步骤:提供衬底，分为有源区和终端结构区域；在终端结构区域开出保护环的窗口 ；通过离子注入和扩散工艺在衬底中形成器件保护环；在衬底表面形成场氧，完成有源区定义；在衬底和场氧表面形成沟槽硬掩模层和光刻胶层，并对光刻胶层作图形化；刻蚀沟槽硬掩模层，露出衬底；在衬底表面淀积侧壁保护层并回刻，在沟槽硬掩模层的两侧侧壁处形成保护侧墙，在衬底表面生长热氧化层；以沟槽硬掩模层和保护侧墙为硬掩模，依次刻蚀热氧化层和衬底，在衬底中形成沟槽，热氧化层在沟槽顶部边缘伸入保护侧墙与衬底之间，形成鸟嘴。
[0006]上述专利是针对沟槽型IGBT，并不能适用于平面型IGBT，并且上述专利的的保护侧墙不能起到在工艺中掩膜的作用，其所提到的侧墙保护层实际上仍然是只是侧墙而已，并没有针对侧墙本身再进行保护。
实用新型内容
[0007]为了克服现有技术存在的上述问题，现提出一种全自对准型绝缘栅双极晶体管。
[0008]为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案如下:
[0009]一种全自对准型绝缘栅双极晶体管，其特征在于:包括有第一导电类型衬底，第一导电类型衬底的正面设置有第二导电类型基区，所述第二导电类型基区正面设置有第二导电类型重掺区，所述第一导电类型衬底、第二导电类型基区和第二导电类型重掺区均呈“凹”形，在所述第二导电类型基区内设有第一导电类型发射区，第一导电类型发射区分别设置在第二导电类型深扩散区“凹”型的两凸起端内，同时第一导电类型发射区也分别位于第二导电类型重掺区的“凹”型的两凸起端内，所述第二导电类型深扩散区的两凸起端、第二导电类型重掺区与所述第一导电类型衬底的两凸起端齐平与，所述三部分的两凸起端上由下至上依次设置有第一绝缘层、多晶硅栅极、第二绝缘层、侧墙保护层和第三绝缘层，所述第一导电类型发射区上设置有侧墙绝缘层，所述侧墙绝缘层与第一绝缘层、多晶硅栅极和第二绝缘层的端面接触；所述第一导电类型衬底的背面设置有第二导电类型集电区。
[0010]第一导电类型为P型或N型，第二导电类型为P型或N型，所述第一导电类型和第二导电类型的类型相异。
[0011]所述第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层均包括氧化硅层、氮化硅层和金属氧化物层。
[0012]所述金属氧化物层为氧化铝层、氧化锡层、氧化镓层、氧化铋层或氧化锌层。
[0013]所述第二绝缘层和第三绝缘层厚度大于5000A，侧墙保护层厚度大于100A。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]1、本实用新型采用了侧墙及其保护结构，保护结构的设立能保证侧墙不受损伤，保存完整的形貌，具有更加稳定的工艺生产特性和电学特性表现。
[0016]2、本实用新型的侧墙不仅承担工艺中掩膜(注入及刻蚀)的作用，而且还是器件的功能组成部分(承受栅极与发射极之间的电压)，本专利的侧墙可以选用氧化硅，非常方便。
[0017]3、由于在侧墙设置之后，还会有多步工艺，包括高温、刻蚀等，会对侧墙的形貌、厚度等造成损伤；侧墙保护层的引入可以避免这些过程的损伤。由于在本专利中，侧墙要承担电压的作用，因此侧墙的形貌和厚度至关重要。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型结构示意图。
[0019]附图中:110:第一导电类型衬底，120:第二导电类型基区，130:第二导电类型重掺区，140:第一导电类型发射区，150:第二导电类型集电区，160:第一绝缘层，170:多晶硅栅极，180:第二绝缘层，190:侧墙绝缘层，210:侧墙保护层，220:第三绝缘层。
【具体实施方式】
[0020]全自对准型绝缘栅双极晶体管包括有第一导电类型衬底110，第一导电类型衬底110的的正面设置有第二导电类型基区120，所述第二导电类型基区120正面设置有第二导电类型重掺区130，所述第一导电类型衬底110、第二导电类型基区120和第二导电类型重掺区130均呈“凹”形，在所述第二导电类型基区120内设有第一导电类型发射区140，第一导电类型发射区140分别设置在第二导电类型深扩散区“凹”型的两凸起端内，同时第一导电类型发射区140也分别位于第二导电类型重掺区130的“凹”型的两凸起端内，所述第二导电类型深扩散区的两凸起端、第二导电类型重掺区130与所述第一导电类型衬底110的两凸起端齐平与，所述三部分的两凸起端上由下至上依次设置有第一绝缘层160、多晶硅栅极170、第二绝缘层180、侧墙保护层210和第三绝缘层220，所述第一导电类型发射区140上设置有侧墙绝缘层190，所述侧墙绝缘层190与第一绝缘层160、多晶硅栅极170和第二绝缘层180的端面接触；所述第一导电类型衬底110的背面设置有第二导电类型集电区150。
[0021 ] 第一导电类型为P型和N型，第二导电类型为P型和N型，所述第一导电类型和第二导电类型的类型相异。
[0022]第一绝缘层160、第二绝缘层180和第三绝缘层220均包括氧化硅层、氮化硅层和
金属氧化物层。
[0023]金属氧化物层为氧化铝层、氧化锡层、氧化镓层、氧化铋层或氧化锌层。
[0024]第二绝缘层180和第三绝缘层220厚度大于5000A，可以为6000A或者10000A ;侧墙保护层210厚度大于100A，可以为200A或300A。
[0025]本实用新型采用了侧墙及其保护结构，保护结构的设立能保证侧墙不受损伤，保存完整的形貌，具有更加稳定的工艺生产特性和电学特性表现。侧墙不仅承担工艺中掩膜注入及刻蚀的作用，而且还是器件的功能组成部分承受栅极与发射极之间的电压，本专利的侧墙可以选用氧化硅，非常方便。由于在侧墙设置之后，还会有多步工艺，包括高温、刻蚀等，会对侧墙的形貌、厚度等造成损伤；侧墙保护层210的引入可以避免这些过程的损伤。由于在本专利中，侧墙要承担电压的作用，因此侧墙的形貌和厚度至关重要。
【权利要求】
1.一种全自对准型绝缘栅双极晶体管，其特征在于:包括有第一导电类型衬底(110)，第一导电类型衬底(110)的的正面设置有第二导电类型基区(120)，所述第二导电类型基区(120)正面设置有第二导电类型重掺区(130)，所述第一导电类型衬底(110)、第二导电类型基区(120)和第二导电类型重掺区(130)均呈“凹”形，在所述第二导电类型基区(120)内设置有第一导电类型发射区(140)，第一导电类型发射区(140)分别设置在第二导电类型深扩散区“凹”型的两凸起端内，同时第一导电类型发射区(140)也分别位于第二导电类型重掺区(130)的“凹”型的两凸起端内，所述第二导电类型深扩散区的两凸起端、第二导电类型重掺区(130)与所述第一导电类型衬底(110)的两凸起端齐平与，所述三部分的两凸起端上由下至上依次设置有第一绝缘层(160)、多晶硅栅极(170)、第二绝缘层(180)、侧墙保护层(210)和第三绝缘层(220)，所述第一导电类型发射区(140)上设置有侧墙绝缘层(190)，所述侧墙绝缘层(190)与第一绝缘层(160)、多晶硅栅极(170)和第二绝缘层(180)的端面接触；所述第一导电类型衬底(110)的背面设置有第二导电类型集电区(150)。
2.根据权利要求1所述的全自对准型绝缘栅双极晶体管，其特征在于:第一导电类型为P型和N型，第二导电类型为P型和N型，所述第一导电类型和第二导电类型的类型相异。
3.根据权利要求2所述的全自对准型绝缘栅双极晶体管，其特征在于:所述第一绝缘层(160)、第二绝缘层(180)和第三绝缘层(220)均包括氧化硅层、氮化硅层和金属氧化物层。
4.根据权利要求3所述的全自对准型绝缘栅双极晶体管，其特征在于:所述金属氧化物层为氧化铝层、氧化锡层、氧化镓层、氧化铋层或氧化锌层。
5.根据权利要求4所述的全自对准型绝缘栅双极晶体管，其特征在于:所述第二绝缘层(180)和第三绝缘层(220)厚度大于5000A，侧墙保护层(210)厚度大于100A。
【文档编号】H01L29/06GK203481236SQ201320577670
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】胡强, 张世勇, 王思亮, 樱井建弥 申请人:中国东方电气集团有限公司