一种沟槽igbt器件结构的制作方法
【专利摘要】一种沟槽IGBT器件结构的制作方法，该制作方法包括如下步骤：a）首先在选定的N型外延硅衬底或者区熔片上定义有源区，生长场区氧化层；b）根据终端结构和有源区单胞的设计；c）光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底；d）生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽；然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层结构的栅极；e）注入P型杂质并扩散形成浅P阱作为沟道区；f）溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；g）然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，最后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
【专利说明】
一种沟槽IGBT器件结构的制作方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种沟槽IGBT器件过渡区结构的制作方法，属于IGBT器件的制作技术领域。
【背景技术】
[0002]作为新型电力半导体器件的主要代表，IGBT被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。目前，市场上的IGBT器件的耐压高达6500V，单管芯电流高达200A，频率达到300KHZ。在高频大功率领域，目前还没有任何一个其它器件可以代替它。随着半导体材料和加工工艺的不断进步，采用沟槽技术的IGBT器件已成为主流产品。同时对沟槽IGBT器件电学性能的要求也越来越高。
[0003]为了提高沟槽IGBT器件短路工作能力，需要优化器件结构减少有效沟道密度来实现饱和电流的控制。通常采用的方法有加宽单胞间距，形成无效的有源区(Du_y cell)等。然而，加宽单胞间距容易造成沟槽底部电场的增加，从而降低器件击穿电压。同时，为了提高静态性能和得到可控的瞬态性能，需要实现无效有源区与有效沟道区的电学隔离。尤其是在有源区和终端结构的过渡区，需要优化设计，以达到最好的静态和动态性能的折衷程度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种工艺控制简单，与通用的沟槽型IGBT工艺兼容，并且无需增加工艺制作成本的沟槽IGBT器件过渡区结构的制作方法。
[0005]本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种沟槽IGBT器件结构的制作方法，该制作方法包括如下步骤:
a)首先在选定的N型外延硅衬底或者区熔片上定义有源区，生长场区氧化层；
b)根据终端结构和有源区单胞的设计，选择性的定义深P阱或者不做此步骤；
c)光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底，此次的沟槽同时定义了有源区栅极沟槽和用于隔离无效有源区的过渡区沟槽；
d)生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽;然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层结构的栅极；
e)注入P型杂质并扩散形成浅P阱作为沟道区；浅P阱沟道区也可选择形成在定义沟槽之前;光刻N型源区注入N型杂质;然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面;注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触。
[0006]f)溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；
g)然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区或者带有场终止层次的FS-1GBT，最后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
[0007]作为优选:所述的制作方法是利用过渡区沟槽和深P阱设计隔离无效有源区与有效沟道区。
[0008]本发明具有工艺控制简单，与通用的沟槽型IGBT工艺兼容，并且无需增加工艺制作成本等特点。
【附图说明】
[0009]图1是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构示意图。
[0010]图2是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0011 ]图3是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0012]图4是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0013]图5是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0014]图6是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0015]图7是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0016]图8是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0017]图9是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0018]图10是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0019]图11是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0020]图12是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0021]图13是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0022]图14是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0023]图15是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
[0024]图16是本发明所述沟槽IGBT器件过渡区沟槽隔离结构另一种示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图及具体实施例对本发明作详细的介绍:本发明所述的一种沟槽IGBT器件结构的制作方法，该制作方法包括如下步骤:
a)首先在选定的N型外延硅衬底或者区熔片上定义有源区，生长场区氧化层；
b)根据终端结构和有源区单胞的设计，选择性的定义深P阱或者不做此步骤；
c)光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底，此次的沟槽同时定义了有源区栅极沟槽和用于隔离无效有源区的过渡区沟槽；
d)生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽;然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层结构的栅极；
e)注入P型杂质并扩散形成浅P阱作为沟道区；浅P阱沟道区也可选择形成在定义沟槽之前;光刻N型源区注入N型杂质;然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面;注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触。
[0026]f)溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；
g)然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区或者带有场终止层次的FS-1GBT，最后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
[0027]该制作方法是利用过渡区沟槽和深P阱设计隔离无效有源区与有效沟道区。
[0028]实施例:本发明的制作方法与通常的沟槽IGBT器件工艺完全兼容，无需增加工艺难度;具体是:
首先在选定的N型外延硅衬底或者区熔片上定义有源区，生长场区氧化层;根据终端结构和有源区单胞的设计，选择性的定义深P阱或者不做此步骤;光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底，此次的沟槽同时定义了有源区栅极沟槽和用于隔离的过渡区沟槽，本发明列举了不同的用于沟槽隔离和单胞设计的图形，具体详见图1至图16所示。
[0029]生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽;然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层结构的栅极。注入P型杂质并扩散形成浅P阱(P-base)作为沟道区；浅P阱沟道区(P-base)也可选择形成在定义沟槽之前。光刻N型源区注入N型杂质；然后淀积氧化层或者氮化娃等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；
注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触。溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作;然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型(或者注入N型以及P型)杂质通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区(或者带有场终止层次的FS-1GBT)，然后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
【主权项】
1.一种沟槽IGBT器件结构的制作方法，其特征在于该制作方法包括如下步骤: a)首先在选定的N型外延硅衬底或者区熔片上定义有源区，生长场区氧化层； b)根据终端结构和有源区单胞的设计，选择性的定义深P阱或者不做此步骤； c)光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底，此次的沟槽同时定义了有源区栅极沟槽和用于隔离无效有源区的过渡区沟槽； d)生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽;然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层结构的栅极； e)注入P型杂质并扩散形成浅P阱作为沟道区；浅P阱沟道区也可选择形成在定义沟槽之前;光刻N型源区注入N型杂质;然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面;注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触； f)溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作； g)然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区或者带有场终止层次的FS-1GBT，最后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。2.根据权利要求1所述的沟槽IGBT器件结构的制作方法，其特征在于该制作方法是利用过渡区沟槽和深P阱设计隔离无效有源区与有效沟道区。
【文档编号】H01L29/739GK105938798SQ201610215399
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】汤艺, 永福, 王良元, 徐泓
【申请人】上海道之科技有限公司