Igbt电荷存储层形成的方法和电荷存储型igbt的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体集成电路制造领域，特别设及一种IGBT的电荷存储层的制备工 艺方法。本发明还设及一种电荷存储型IGBT。
【背景技术】
[0002] 绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是由双极型 Ξ极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器 件，其中BJT-般采用能工作在高电压和高电流下的巨型晶体管(Giant Transistor，GTR) 也即电力晶体管；IGTB兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。非常适 合应用于直流电压为600V及W上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵 引传动等领域。
[0003] 对于IGBT器件来讲，提高导通态的电流密度非常重要。目前业界有很多提高电流 密度的工艺方法。比较常见的有背面FS优化、正面IEGT结构及正面电荷存储层设计等等。
[0004] 饱和压降即VcE(sat)与关断损耗即Eoff是IGBT器件的重要两个参数，VcE(sat)与Eoff之 间存在一个权衡（trade-of f)，如何优化运个trade-of f成为优化IGBT器件的重要目标。
[000引引入电荷存储层（carrier stored,CS)结构，打破了传统的VCE(sat)与Eoff的tradeoff 关系 ，使其trade-of f 更加 的优化 ，从而实现了 更好的 IGBT 器件性能。
[0006] 如图1所示，N型衬底1是现有的电荷存储型IGBT即CS IGBT结构示意图；W沟槽栅 结构为例，包括N型轻渗杂的N型衬底1，在N型衬底1的栅极2区域形成有沟槽，在沟槽内侧表 面形成有栅氧化层3并填充有多晶娃栅，在N型衬底1的表面形成有P阱4，P阱4的底部形成有 N型渗杂的电荷存储层12，N型重渗杂的发射区6形成于P阱4中，P型重渗杂的注入区5形成于 接触孔底部并穿过发射区6和P阱4接触，介质层8覆盖在器件正面，正面金属层7通过接触孔 和底部的发射区6接触引出源极，源极同时作为P阱的引出电极;正面金属层7通过接触孔和 多晶娃栅接触引出栅极。N型衬底1的背面形成有N型重渗杂的场终止层9W及P型重渗杂的 集电区10,背面金属层11引出集电极。N型衬底1作为漂移区，电荷存储层12是娃衬底1中额 外在渗入N型杂质形成的，电荷存储层5作为空穴的势垒能够对空穴形成良好的阻挡从而提 高整个漂移区的载流子整体浓度，对漂移区实现了电导调制，能使VCEbat)降低；同时，电荷 存储层12改善了漂移区的载流子分布，在一定的VCEbat)条件下，可获得更小的关断时间，所 W能降低关断损耗Ecff。
[0007] 现有电荷存储型IGBT的制造方法中，电荷存储层12是通过憐注入之后将高溫推阱 形成，之后形成栅极结构W及P阱，W及后续源区等正面工艺。现有的形成电荷存储层的工 艺步骤为：1)截止环注入，推阱；2)光刻定义电荷存储层窗口；3)电荷存储层注入;4)去胶； 5)电荷存储层推阱;6)硬掩膜化ardmask)定义;7)沟槽刻蚀5.5~6.5μηι，形成栅极(trench) 区；8)硬掩膜去除。现有形成电荷存储层的方法，电荷存储层12会延伸整个P阱4的范围，电 荷存储层12的渗杂会影响到P阱4的渗杂，而P阱4的渗杂浓度确定了器件的开启电压(Vth)， 所W为了维持开启电压的正常，电荷存储层12的渗杂浓度要远低于P阱4,运样电荷存储层 12的渗杂浓度受限于P阱4的渗杂浓度，而电荷存储层12的较低渗杂浓度对优化VCE(sat)与 Eoff的trade-off关系的作用较弱;现有形成电荷存储层的方法，需要长时间使用推阱，Phos 扩散范围广，电荷存储效应比较弱；同时，Phos的扩散会影响Vth，Isc等参数的调整;而且， 现有电荷存储层的形成方法需要使用高能注入设备，W便把化0S打入较深的位置。可见，现 有方法形成电荷存储层，不仅其成本高，而且器件的性能存在较大的改进空间。
[0008] 同时，采用了现有电荷存储层形成方法制造的电荷存储型IGBT也会因该电荷存储 层的不足而限制了该IGBT的电流密度等性能参数，使电荷存储型IGBT性能的有进一步提升 的空间。
[0009] 因此，如何W更低的成本形成性能更为优越的IGBT的电荷存储层，便成为本发明 要解决的第一个问题。如何进一步提高电荷存储型IGBT的性能，便成为本发明要解决的第 二个问题。
[0010] 定义:本发明所述的沟槽是指在N型衬底的栅极区域刻蚀处来的，在沟槽内侧表面 形成栅氧化层并填充多晶娃栅后成为该器件的栅极。
【发明内容】
[0011] 本发明提供了一种IGBT电荷存储层形成的方法，该方法减少了光刻的次数，不需 采用高能量的注入设备，所得的电荷存储层也较为集中。
[0012] 本发明还提供了一种电荷存储型IGBT，该电荷存储型IGBT的电荷存储层集中，密 度大，电荷存储强。
[0013] 本发明提供的一种IGBT电荷存储层形成的方法，其步骤包括：
[0014] 1)形成截止环区。
[0015] 2)形成硬掩膜，光刻定义出栅极区，对栅极硬掩膜刻蚀，并去胶清洗，得到定义后 的硬掩膜。
[0016] 3)依照步骤2)所得硬掩膜进行第一次沟槽刻蚀，刻蚀的深度为电荷存储层的目标 深度。
[0017] 4)自对准注入电荷存储层，将离子准确注入到第一次刻蚀的沟槽的底部的表层。
[0018] 5)电荷存储层推阱，使电荷存储层扩散至预定范围。
[0019] 6)依照步骤2)所得硬掩膜，对第一次沟槽刻蚀所得沟槽进行第二次刻蚀，使刻蚀 后沟槽的深度达到栅极所需的深度。
[0020] 7)去除硬掩膜。
[0021] 优选地，步骤2)包括，沉淀如触A的TE0S作为硬掩膜。
[0022] 优选地，在步骤4)中，注入的离子为憐，注入能量为25~55Kev，注入剂量为 化12cnr2~lE14cm- 2;进一步优选地，注入的能量为40kev，注入剂量为祀12cm-2~化13cnr2。
[0023] 优选地，在步骤5)中，推阱溫度为115°C，推阱时间为60min。
[0024] 优选地，步骤4)中第一次刻蚀的深度为3.5~4.5μπι;步骤6)中第二次刻蚀的深度 为1.5~2.5μηι。进一步优选地，步骤4)中第一次刻蚀的深度为4μηι;步骤6)中第二次刻蚀的 深度为化m。
[0025] 优选地，步骤7)中，采用湿法腐蚀掉所有硬掩膜氧化层
[0026] 本发明提供的一种电荷存储型IGBT，包括N型衬底21、栅极22、栅氧化层23、P阱24、 注入区25、发射区26、正面金属层27、介质层28、场终止层29、集电区210、背面金属层211和 电荷存储层212。其中，该电荷存储层212是采用本发明的制备方法制备的。
[0027] 现有工艺在注入电荷存储层时，需要把憐打入深达4~扣m的深度，必须采用高能 注入设备，注入能量可高达3~5Mev，需要光刻定义电荷存储窗口；而本发明提供的制备方 法仅需将憐打入娃层表面，所需注入能量可低达25~55kev，不需采用高能注入设备，也避 免了光刻定义电荷存储窗口的操作，方法更为简单，成本更低。
[0028] 本发明提供的电荷存储形成的工艺，可W将大量的离子预先集中于第一次刻蚀的 沟槽的底部表层，然后采用较为溫和的推阱条件形成电荷存储层，由此形成的电荷存储层 比较集中，厚度比较小，且其离子密度比较大，电荷存储效应强，明显不同于现有技术形成 的电荷存储层。本发明提供的电荷存储型IGBT采用该电荷存储层，其与现有的电荷存储型 IGBT存在明显的差异，不仅其导通态的电流密度更大，其饱和压降也更低。
【附图说明】
[0029] 图1:现有的电荷存储型IGBT结构示意图；
[0030] 图2:本发明提供的电荷存储型IGBT结构示意图；
[0031] 图3:本发明提供的IGBT电荷存储层形成的方法的流程图。
[0032] 对在说明书附图中用到的符号解释如下：
[0033] 现有的电荷存储型IGBT
[0034] N型衬底1 栅极2
[003引栅氧化层3 P阱4
[0036] 注入区5 发射区6
[0037] 正面金属层7 介质层8
[003引场终止层9 集电区10
[0039] 背面金属层11 电荷存储层12
[0040] 本发明提供的电荷存储型IGBT
[0041] N型衬底21 栅极22
[004引栅氧化层23 P阱24
[0043] 注入区25 发射区26
[0044] 正