专利名称：结合超级结双面沟槽型igbt器件制造方法
技术领域：
本发明属于半导体器件中半导体器件结构。
背景技术：
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT(双极型三极管)和MOS (绝缘栅型场效应管)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GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以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。为了保证耐压足够，就要尽量增加N型MOS结构和底部集电极之间衬底的厚度，也就是PNP三极管的基极厚度较厚。虽然耐压够了，但是基极电阻较高，通态时焦耳热会较大，工作时通态电压较大。但对于8寸片来说，生产线工艺只能处理725微米的厚片，处理600微米以下的薄片非常困难，涉及到许多机台改造，成本高，风险大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，它可以使得电流密度更大，减小通态时的电阻和焦耳热，使得关断响应速度更快。为了解决以上技术问题，本发明提供了一种结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，包括以下步骤在N型衬底上，硅片正面曝光图形，进行P柱的刻蚀，进行刻蚀形成槽；对孔或槽成长高掺杂B的外延；进行外延的研磨，研磨至单晶硅的表面；进行沟槽栅的曝光定义；成长掺杂N型多晶；对多晶栅进行刻蚀；正面进行源和P阱的注入和推阱；背面进行深沟槽的刻蚀，沟槽的宽度小于沟槽内磷离子扩散的长度；然后进行N型多晶硅的填充，进行高温长时间推阱，使得多晶之间N型载流子连接在一起；然后对背面进行注入硼离子，并进行激活；进行集电极的蒸金。本发明的有益效果在于通过P柱和N型衬底的耗尽达到耐压和进一步降低比导通电阻的效果，使得电流密度更大，减小了通态时的电阻和焦耳热，使得关断响应速度更快。硅片正面曝光0. 5微米以上微米的图形，进行P柱的刻蚀。进行刻蚀形成5微米以上深的槽。对孔或槽成长高掺杂硼的外延，体浓度在1E15以上。成长掺杂N型多晶，厚度大于500埃。背面进行深沟槽的刻蚀，刻蚀的深度在1微米以上。进行集电极的蒸金，金属的厚度在1微米以上。
所述N型衬底掺磷的体浓度在1E13-1E14之间。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是在淡掺杂的衬底上刻蚀深沟槽的示意图；图2是在深沟槽里成长高掺杂的N型多晶硅的示意图；图3(a)是进行高温长时间推阱连成一片形成场截止层的示意图；图3(b)从正面刻蚀深达5微米以上的槽的示意图；图4是从正面进行沟槽刻蚀，成长外延，形成P柱的示意图；图5是进行沟槽栅的刻蚀，成长多晶硅栅，和正面源和P阱形成的示意图；图6是进行背面减薄研磨的示意图；图7是进行背面硼离子注入，激化并蒸金，做集电极引出的示意图。
具体实施例方式发明提供了一种的结合超级结沟槽型IGBT 8英寸的器件结构，在器件的正面做出库尔MOS理论支持的超级结N型沟槽型MOS结构，通过P柱和N型衬底的耗尽达到耐压和进一步降低比导通电阻的效果，使得电流密度更大，减小了通态时的电阻和焦耳热，使得关断响应速度更快。利用本发明不必改造机台，在厚片工艺下，实现薄片器件独有的特性，能够承受更大的短路电流。在做正面工艺开始前，在掺磷的体浓度1E13-1E14之间的N型衬底上，对其进行背面刻蚀，刻蚀的深度大于1微米以上，沟槽的宽度在1微米以上，沟槽里面成长N型的多晶硅，然后进行多晶硅的外延，槽与槽之间的距离小于磷离子的扩散距离，这样就形成了连成一片的场截止层。在正面成长3000A以上的二氧化硅作为刻蚀的阻挡层，硅片正面曝光0. 5以上微米的图形，然后进行二氧化硅刻蚀，刻蚀后去掉光刻胶。然后以二氧化硅作为阻挡层进行P 型沟槽的刻蚀，刻的深度在5微米以上，清洗掉二氧化硅，成长掺B的P型外延，进行P型外延的研磨。对沟槽栅的曝光定义，进行刻蚀，深度大于1微米以上，然后成长N型多晶，进行刻蚀定义多晶栅。进行正面源和阱的注入，推阱。然后进行金属的互联。当完成正面工艺后，将根据耐压的要求进行减薄，直接进行背面硼离子的注入和激活，蒸金后形成集电极。通过引入库尔MOS概念，用沟槽型超级结取代一般MOS管再结合PNP达林顿结构， 形成带深沟槽场截止型IGBT器件结构，该器件结构结合了超级结NMOS管和IGBT两种结构的优点。器件正面由于超级结NMOS取代了一般NM0S，那么做这类器件选择衬底就可以比现有的IGBT器件的衬底浓度更浓一些，成本更低，这样的话比一般的IGBT的PNP基极宽度更小，通态电阻更小，产生的焦耳热更小，承受同等耐压的前提下，关态时，下降延迟时间更短，能承受的短路电流更大。背面通过预先挖深沟槽，填N型高掺杂，并长时间高温推阱的方式，能够在厚片的方式形成场截止层。
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本发明所述的结合超级结的深沟槽型IGBT工艺器件结构及工艺实现方法如下1. 一种新型结合超级结的沟槽型IGBT器件结构，这个硅片的厚度可以薄至50微米。2.如图1所示，在淡掺杂的衬底上先进行背面深沟槽的刻蚀，刻蚀的宽度为1微米，深度为1微米以上，沟槽之间的距离保证磷离子扩散后连在一起。3.如图2所示然后进行填高掺杂的多晶硅，并如图3(a)所示进行长时间推阱，使得场截止层连在一起。4.硅片正面曝光0.5以上微米的图形，进行P柱的刻蚀。5.如图3(b)所示，进行刻蚀形成5微米以上深的槽。6.如图4所示，对孔或槽成长高掺杂B的外延，体浓度在1E15以上。7.进行外延的研磨，研磨至单晶硅的表面。8.进行沟槽栅的曝光定义。9.成长掺杂N型多晶，厚度大于500埃。10.如图5所示，对多晶栅进行刻蚀。11.正面进行源和P阱的注入和推阱。12.如图6所示，背面进行硅片减薄，减薄至50微米以上。13.如图7所示，对背面进行硼离子的注入和推阱。14.进行集电极的蒸金，金属的厚度在1微米以上。本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式
的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式
用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
权利要求
1.一种结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，包括以下步骤 在N型衬底上，硅片正面曝光图形，进行P柱的刻蚀，进行刻蚀形成槽； 对孔或槽成长高掺杂B的外延；进行外延的研磨，研磨至单晶硅的表面；进行沟槽栅的曝光定义；成长掺杂N型多晶；对多晶栅进行刻蚀；正面进行源和P阱的注入和推阱；背面进行深沟槽的刻蚀，沟槽的宽度小于沟槽内磷离子扩散的长度； 然后进行N型多晶硅的填充，进行高温长时间推阱，使得多晶之间N型载流子连接在一起；然后对背面进行注入硼离子，并进行激活； 进行集电极的蒸金。
2.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，硅片正面曝光0. 5微米以上微米的图形，进行P柱的刻蚀。
3.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，进行刻蚀形成5微米以上深的槽。
4.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，对孔或槽成长高掺杂硼的外延，体浓度在1E15以上。
5.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，成长掺杂N型多晶，厚度大于500埃。
6.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，背面进行深沟槽的刻蚀，刻蚀的深度在1微米以上。
7.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，进行集电极的蒸金，金属的厚度在1微米以上。
8.如权利要求1所述的结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，其特征在于，所述 N型衬底掺磷的体浓度在1E13-1E14之间。
全文摘要
本发明公开了一种结合超级结双面沟槽型IGBT器件制造方法，包括以下步骤在N型衬底上，硅片正面曝光图形，进行P柱的刻蚀，进行刻蚀形成槽；对孔或槽成长高掺杂B的外延；进行外延的研磨，研磨至单晶硅的表面；进行沟槽栅的曝光定义；成长掺杂N型多晶；对多晶栅进行刻蚀；正面进行源和P阱的注入和推阱；背面进行深沟槽的刻蚀，沟槽的宽度小于沟槽内磷离子扩散的长度；然后进行N型多晶硅的填充，进行高温长时间推阱，使得多晶之间N型载流子连接在一起；然后对背面进行注入硼离子，并进行激活；进行集电极的蒸金。本发明通过P柱和N型衬底的耗尽达到耐压和进一步降低比导通电阻的效果，使得电流密度更大，减小了通态时的电阻和焦耳热，使得关断响应速度更快。
文档编号H01L21/331GK102412151SQ20111038350
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者王海军 申请人:上海华虹Nec电子有限公司