一种场终止型igbt 器件的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，包括：1）提供一N-型半导体衬底，基于所述N-型半导体衬底进行IGBT制备的正面工艺，包括：制作栅极结构、P阱、N+型源区、具有接触孔的介质层、以及用于连接所述P阱及N+型源区的P+型接触区；2）从背面减薄所述N-型半导体衬底，并通过外延工艺于该背面形成N+型场终止区；3）采用离子注入及退火工艺于所述N+型场终止区中形成P+型集电区；4）分别于正面及背面沉积金属，并进行退火形成IGBT的发射极及集电极。本发明通过将背面场终止层用注入方式转变为外延方式，同时对工艺步骤进行了调整，这样通过外延的方式一方面可以直接通过工艺调整厚度，另一方面也提高了场终止层电阻率的可调整性。
【专利说明】一种场终止型IGBT器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体器件的制造方法，特别是涉及一种场终止型IGBT器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]IGBT器件由一个MOS晶体管和一个PNP双极晶体管组成，也可看作是由一个VDMOS (Vertical double diffused M0SFET，垂直双扩散MOS晶体管)和一个二极管组成。IGBT器件实现了 MOSFET和BJT的优化组合，实现了低能耗、高压、高速的特性。这种器件广泛地应用于工业、交通、能源等领域，业已经成为一种不可替代的电力电子器件。从国内外IGBT芯片的结构和制作工艺来看，IGBT工艺经历了平面穿通型(PlaNar PT)、平面非穿通型(PlaNar NPT)、沟槽非穿通型(TreNch NPT)以及沟槽场终止型(TreNch FS)等的研发和应用。其中，平面穿通型工艺相对简单，但具有负温度系数的缺点；NPT IGBT具有正温度系数，但由于引入了减薄/注入/退火/清洗/金属等背面工艺，工艺复杂度较高；FS IGBT除了具有正温度系数外，还具有拖尾电流小和通态压降低的优点，但背面要求减得更薄，注入种类和次数也增加，工艺难度和复杂度更高；Trench型IGBT由于槽底和側壁表面粗糙度直接影响到器件的性能，设备和技术门槛较高。
[0003]图4是一种场终止型(Field stop) IGBT器件的结构不意图。娃片背面为金属层20作为集电极，其上方具有P型重掺杂集电区40，再往上为N型重掺杂场终止区30，再往上为N型漂移区I。在N型中漂移区10中具有P阱70。在P阱70中具有N型重掺杂源区80和P型重掺杂接触区11。在N型漂移区10之上具有栅氧化层50、层间介质90和接触孔电极10。其中栅氧化层50的两端在N型重掺杂源区80之上，接触孔电极10在P型重掺杂接触区11之上。栅氧化层50之上为多晶硅栅极60。层间介质90之上为金属层12作为发射极，其与接触孔电极10相连。
[0004]对于这种场终止型IGBT器件，目前的制造方法如图1?图4所示。
[0005]如图1?图2所示，第I步，在N型漂移区10上制造硅片正面的结构，包括正面的栅极，源极形成，直到正面的金属层形成。所述硅片正面的结构包括离子注入形成的P阱70、N型重掺杂源区80、P型重掺杂接触区11，淀积层间介质90，正面金属电极12等。
[0006]如图3所示，第2步，将N型漂移区10从背面减薄，直到剩余70-200微米左右。
[0007]如图4所示，第3步，在N型漂移区10的背面以离子注入和退火工艺形成N型重掺杂场终止区30，集电区40。
[0008]如图4所示，第4步，在N型漂移区背面淀积金属作为集电极20。
[0009]上述方法由于在做背面N型场终止区时，正面的工艺包括金属电极已经完成，所以不能承受高温来进行注入的推进，所以这一层终止层的厚度就不能太厚，这将极大影响不同场合的IGBT器件性能。
【发明内容】
[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，用于解决现有技术中采用常规方法制备的IGBT的场终止层厚度不能太厚而影响不同场合的IGBT器件性能的问题。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0012]I)提供一 N-型半导体衬底，基于所述N-型半导体衬底进行IGBT制备的正面工艺，包括:制作栅极结构、P阱、N+型源区、具有接触孔的介质层、以及用于连接所述P阱及N+型源区的P+型接触区；
[0013]2)从背面减薄所述N-型半导体衬底，并通过外延工艺于该背面形成N+型场终止区；
[0014]3)采用离子注入及退火工艺于所述N+型场终止区中形成P+型集电区；
[0015]4)分别于正面及背面沉积金属，并进行退火形成IGBT的发射极及集电极。
[0016]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，步骤I)中，IGBT制备的正面工艺包括以下步骤:
[0017]1-1)于所述N-型半导体衬底表面依次形成栅氧层及多晶硅层，并通过光刻工艺制备出栅极结构；
[0018]1-2)采用自对准工艺进行P型离子注入，并通过高温退火使P型离子推进形成P讲；
[0019]1-3)采用自对准工艺进行N型离子注入并退火激活，形成N+型源区；
[0020]1-4)于上述结构表面沉积介电层，并于欲沉积金属电极的区域刻蚀出接触孔；
[0021]1-5)通过所述接触孔进行P型离子注入并退火，形成用于连接所述P阱及N+型源区的P+型接触区。
[0022]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，步骤2)中，将所述N-型半导体衬底减薄至40?300微米。
[0023]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，步骤2)中，采用气相外延法生长所述N+型场终止区。
[0024]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，所述N+型场终止区的厚度为3?40微米。
[0025]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，所述N+型场终止区的掺杂浓度为lel4?lel7原子每立方厘米。
[0026]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，所述P+型集电区的掺杂浓度为lel6?lel9原子每立方厘米。
[0027]作为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法的一种优选方案，所述N-型半导体衬及N+型场终止区的材料为硅。
[0028]如上所述，本发明提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，包括:1)提供一 N-型半导体衬底，基于所述N-型半导体衬底进行IGBT制备的正面工艺，包括:制作栅极结构、P阱、N+型源区、具有接触孔的介质层、以及用于连接所述P阱及N+型源区的P+型接触区；2)从背面减薄所述N-型半导体衬底，并通过外延工艺于该背面形成N+型场终止区；3)采用离子注入及退火工艺于所述N+型场终止区中形成P+型集电区；4)分别于正面及背面沉积金属，并进行退火形成IGBT的发射极及集电极。本发明通过将背面场终止层用注入方式转变为外延方式，同时对工艺步骤进行了调整，这样通过外延的方式一方面可以直接通过工艺调整厚度，另一方面也提高了场终止层电阻率的可调整性。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1~图4显示为现有技术中的场终止型IGBT器件的制造方法各步骤分别呈现的结构示意图。
[0030]图5~图11显示为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法步骤I)所呈现的结构示意图。
[0031]图12~图13显示为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法步骤2)所呈现的结构示意图。
[0032]图14显示为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法步骤3)所呈现的结构示意图。
[0033]图15显示为本发明的场终止型IGBT器件的制造方法步骤4)所呈现的结构示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]101N-型半导体衬底
[0036]102栅氧层
[0037]103多晶硅层
[0038]104P 阱
[0039]105N+型源区
[0040]106介质层
[0041]107接触孔
[0042]108P+型接触区
[0043]109N+型场终止区
[0044]110P+型集电区
[0045]111集电极
[0046]112及113发射极
【具体实施方式】
[0047]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0048]请参阅图5~图15。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0049]如图5~图15所示，本实施例提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0050]如图5?图11所示，首先进行步骤1)，提供一 N-型半导体衬底101，基于所述N-型半导体衬底101进行IGBT制备的正面工艺，包括:制作栅极结构、P阱104、N+型源区105、具有接触孔107的介质层106、以及用于连接所述P阱104及N+型源区105的P+型接触区108 ；
[0051]在本实施例中，所述N-型半导体衬底101为N-型硅衬底，作为IGBT的N-型漂移区。具体地，所述IGBT制备的正面工艺包括以下步骤:
[0052]如图5?图7所示，首先进行步骤1-1)，于所述N-型半导体衬底101表面依次形成栅氧层102及多晶硅层103，并通过光刻工艺制备出栅极结构。
[0053]在本实施例中，所述栅氧层102为Si02层，通过热氧化法形成于所述N-型半导体衬底101表面，然后通过外延方法于该Si02层表面沉积多晶硅层103，制备光刻胶图形并刻蚀所述多晶硅层103及所述SiO2层，最终制备出栅极结构。
[0054]如图8所示，然后进行步骤1-2)，采用自对准工艺进行P型离子注入，并通过高温退火使P型离子推进形成P阱104。
[0055]具体地，以一定的能量和剂量对所述N-型半导体衬底101进行硼离子注入，注入后通过高温退火，使所述硼离子向栅极下方推进至一预设的横向深度，形成P阱104。
[0056]如图9所示，接着进行步骤1-3)，采用自对准工艺进行N型离子注入并退火激活，形成N+型源区105。
[0057]在本实施例中，以一定的能量和较大的剂量于所述P阱104中进行砷离子注入，并进行退火激活，使所述砷离子扩散形成被所述P阱104包围的N+型源区105。
[0058]如图10所示，然后进行步骤1-4)，于上述结构表面沉积介电层，并于欲沉积金属电极的区域刻蚀出接触孔107。
[0059]在本实施例中，首先采用等离子体增强化学气相沉积法于所述栅极结构及N-型半导体衬底101表面形成一层覆盖的SiO2层，然后制备光刻胶图形并于欲沉积技术电极的区域刻蚀出接触孔107，以备后续的电极制备工艺。
[0060]如图11所示，最后进行步骤1-5)，通过所述接触孔107进行P型离子注入并退火，形成用于连接所述P阱104及N+型源区105的P+型接触区108。
[0061]具体地，从所述接触孔107对所述N+型源区105及P阱104进行较大剂量的硼离子注入，然后通过退火激活形成连接所述P阱104及N+型源区105的P+型接触区108，该接触区的离子掺杂浓度比P阱104要高，有利于提高后续电极的接触性能和导电能力。
[0062]如图12?图13所示，然后进行步骤2)，从背面减薄所述N-型半导体衬底101，并通过外延工艺于该背面形成N+型场终止区109。
[0063]在本实施例中，采用研磨或者湿法腐蚀工艺从背面减薄所述N-型半导体衬底101，将所述N-型半导体衬底101减薄至40?300微米，减薄后对该背面进行化学机械抛光处理，在一具体的实施过程中，将所述N-型半导体衬底101减薄至150微米。
[0064]在本实施例中，采用气相外延法生长所述N+型场终止区109。所述N+型场终止区109的材料为硅，所述N+型场终止区109的厚度为3?40微米，所述N+型场终止区109的掺杂浓度为lel4?lel7原子每立方厘米。在一具体的实施过程中，所述N+型场终止区109的厚度为30微米，所述N+型场终止区109的掺杂浓度为lel6原子每立方厘米。当然，在其它的实施过程中，也可以采用其的外延方法形成所述N+型场终止区109，其厚度及掺杂浓度也可以根据实际需求进行改变。
[0065]由于所述N+型场终止区109采用外延的方法制备，同时将发射极112及113和集电极111的金属沉积放在了外延之后进行，这样通过外延的方式，一方面可以直接通过外延工艺的时间、外延的浓度等调整所述N+型场终止区109的厚度，另一方面，采用外延的方式代替传统的离子注入方法，可以提高N+型场终止区109的电阻率的可调整性。
[0066]如图14所示，接着进行步骤3)，采用离子注入及退火工艺于所述N+型场终止区109中形成P+型集电区110。
[0067]在本实施例中，所述P+型集电区110的掺杂浓度为lel6?lel9原子每立方厘米。在一具体的实施过程中，所述P+型集电区110的掺杂浓度为lel8原子每立方厘米，此浓度的掺杂可以有效的保证所述P+型集电区110的导电性能。
[0068]如图15所示，最后进行步骤4)，分别于正面及背面沉积金属，并进行退火形成IGBT的发射极112及113及集电极111。
[0069]具体地，所述发射极112及113通过所述接触孔107连接于所述P+型接触区108，以连接所述N+型源区105及所述P阱104。沉积于背面的金属与所述P+型集电区110形成欧姆接触，以形成所述集电极111。
[0070]综上所述，本发明提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，包括:1)提供一 N-型半导体衬底101，基于所述N-型半导体衬底101进行IGBT制备的正面工艺，包括:制作栅极结构、P阱104、N+型源区105、具有接触孔107的介质层106、以及用于连接所述P阱104及N+型源区105的P+型接触区108 ；2)从背面减薄所述N-型半导体衬底101，并通过外延工艺于该背面形成N+型场终止区109 ；3)采用离子注入及退火工艺于所述N+型场终止区109中形成P+型集电区110 ;4)分别于正面及背面沉积金属，并进行退火形成IGBT的发射极112及113及集电极111。本发明通过将背面场终止层用注入方式转变为外延方式，同时对工艺步骤进行了调整，这样通过外延的方式一方面可以直接通过工艺调整厚度，另一方面也提高了场终止层电阻率的可调整性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0071]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步骤: 1)提供一N-型半导体衬底，基于所述N-型半导体衬底进行IGBT制备的正面工艺，包括:制作栅极结构、P阱、N+型源区、具有接触孔的介质层、以及用于连接所述P阱及N+型源区的P+型接触区； 2)从背面减薄所述N-型半导体衬底，并通过外延工艺于该背面形成N+型场终止区； 3)采用离子注入及退火工艺于所述N+型场终止区中形成P+型集电区； 4)分别于正面及背面沉积金属，并进行退火形成IGBT的发射极及集电极。
2.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:步骤I)中，IGBT制备的正面工艺包括以下步骤: 1-1)于所述N-型半导体衬底表面依次形成栅氧层及多晶硅层，并通过光刻工艺制备出栅极结构； 1-2)采用自对准工艺进行P型离子注入，并通过高温退火使P型离子推进形成P阱； 1-3)采用自对准工艺进行N型离子注入并退火激活，形成N+型源区； 1-4)于上述结构表面沉积介电层，并于欲沉积金属电极的区域刻蚀出接触孔； 1-5)通过所述接触孔进行P型离子注入并退火，形成用于连接所述P阱及N+型源区的P+型接触区。
3.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:步骤2)中，将所述N-型半导体衬底减薄至40?300微米。
4.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:步骤2)中，采用气相外延法生长所述N+型场终止区。
5.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:所述N+型场终止区的厚度为3?40微米。
6.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:所述N+型场终止区的掺杂浓度为lel4?lel7原子每立方厘米。
7.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:所述P+型集电区的掺杂浓度为lel6?lel9原子每立方厘米。
8.根据权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于:所述N-型半导体衬及N+型场终止区的材料为硅。
【文档编号】H01L21/331GK103928318SQ201310012920
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2013年1月14日
【发明者】张朝阳 申请人:上海宝芯源功率半导体有限公司