CN103035519B - Igbt器件及其制作工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT制造工艺方法，通过对所述N基区进行双面高温N型杂质扩散，形成双面N型掺杂区，包括正面N型掺杂区及背面N型掺杂区；对所述正面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述正面N型区做为载流子存储层；对所述背面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述背面N型区作为N型缓冲层；不仅形成了正面的载流子存储层，改善了器件的安全工作区，而且同时形成了背面的深的N型缓冲层，实现了器件的耐压与导通压降的最优化。本发明同时公开了使用该方法制造的器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种IGBT器件的制作工艺方法；本发明还涉及该方法制造的器件。
背景技术
IGBT（绝缘栅双极晶体管）,是在功率场效应晶体管（VDMOS）的基础上,在其承受高压的飘移区(N型IGBT的N-层)之下增加一层P+薄层,引入了电导调制效应,从而大大提高了器件的电流处理能力，但同时此P+薄层的引入，使得IGBT比功率场效应晶体管多一个PNP的三极管，容易引起闩锁，降低了安全工作区。为此在p阱区（P-well）的下方增加一层载流子存储层（CS层），提高了IGBT的抗闩锁能力。实现此载流子存储层的一般技术是通过正面离子注入与高温退火。
对于非穿透型（NPT）IGBT，为了实现高耐压的要求，需要更厚的N型基区（N base），这样同时增加了导通压降，不利于器件的使用。为了解决这个矛盾，在背面P+集电极层与N型基区之间增加了一层N型缓冲层（N buffer），为了实现此N型缓冲层，一般的技术是通过背面的离子注入与炉管退火形成，但此技术存在三个方面的不足，一是需要高能量的离子注入机，设备昂贵；二是注入深度无法达到2微米以上，N型缓冲层的作用被减弱；三是受正面金属后温度的限制，N型缓冲层的激活效率不高，对器件性能有一定的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT器件的制作工艺方法,能同时实现正面载流子存储层与背面深的N型缓冲层。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种IGBT制造工艺方法，包括：
步骤1、准备一N型区熔硅作为N基区；
步骤2、对所述N基区进行双面高温N型杂质扩散，形成双面N型掺杂区，包括正面N型掺杂区及背面N型掺杂区；
步骤3、对所述正面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述正面N型区做为载流子存储层；
步骤4、在所述载流子存储层上进行IGBT器件的深沟槽工艺，形成深沟槽极；
步骤5、在所述载流子存储层上进行IGBT器件的P阱注入，高温退火工艺、形成导通P型沟道；
步骤6、在所述P阱上进行IGBT器件的P+注入，高温退火工艺，形成P型重掺杂区；
步骤7、进行IGBT器件的N+注入、高温退火工艺，形成IGBT的发射极；
步骤8，进行IGBT器件的隔离介质层工艺，形成隔离介质层，并进行接触孔光刻与蚀刻，打开接触孔；
步骤9、进行IGBT器件的金属工艺，形成金属层，并进行金属光刻与蚀刻，将发射极与栅极引出；进行钝化层工艺，保护器件正面；
步骤10、对所述背面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述背面N型区作为N型缓冲层；
步骤11、上述器件制备的所有工艺进行完后，再进行背面的P+注入、激活推进、金属化等工艺，形成背面的集电极端及背面金属层。
进一步的，步骤2中所述的形成双面N型掺杂区，其一面的深度，对于3300VIGBT，此深度通常为90-110微米；对于4500V IGBT，此深度通常为50-70微米；对于6500V IGBT，此深度通常为10-30微米。
进一步的，步骤3中所述的对正面N型掺杂区进行减薄，其中，对于3300VIGBT，此减薄厚度通常为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度通常为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
进一步的，步骤10中所述的对背面N型掺杂区进行减薄，其中，对于3300VIGBT，此减薄厚度通常为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度通常为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
一种根据上述IGBT制造工艺方法制造的器件，其特征在于：在所述N基区及所述P阱中间还包括一载流子存储层；在所述N基区及所述背面的集电极端中间还包括一N型缓冲层。
进一步的，将各部分结构的掺杂类型变为相反。
一种IGBT制造工艺方法，包括：
步骤1、准备一N型区熔硅作为N基区；
步骤2、对所述N基区进行双面高温N型杂质扩散，形成所述双面N型掺杂区，包括正面N型掺杂区及背面N型掺杂区；
步骤3、对所述正面N型掺杂区进行减薄，将所述正面N型掺杂区全部减薄掉；
步骤4、在所述N基区上进行IGBT器件的深沟槽工艺，形成深沟槽极；
步骤5、在所述N基区上进行IGBT器件的P阱注入，高温退火工艺、形成导通P型沟道；
步骤6、在所述P阱上进行IGBT器件的P+注入，高温退火工艺，形成P型重掺杂区；
步骤7、进行IGBT器件的N+注入、高温退火工艺，形成IGBT的发射极；
步骤8，进行IGBT器件的隔离介质层工艺，形成隔离介质层，并进行接触孔光刻与蚀刻，打开接触孔；
步骤9、进行IGBT器件的金属工艺，形成金属层，并进行金属光刻与蚀刻，将发射极与栅极引出；进行钝化层工艺，保护器件正面；
步骤10、对所述背面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述背面N型区作为N型缓冲层；
步骤11、上述器件制备的所有工艺进行完后，再进行背面的P+注入、激活推进、金属化等工艺，形成背面的集电极端及背面金属层。
进一步的，步骤2中所述的形成双面N型掺杂区，其一面的深度，对于3300VIGBT，此深度通常为90-110微米；对于4500V IGBT，此深度通常为50-70微米；对于6500V IGBT，此深度通常为10-30微米。
进一步的，步骤10中所述的对背面N型掺杂区进行减薄，其中，对于3300VIGBT，此减薄厚度通常为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度通常为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
进一步的，所述N基区及所述背面的集电极端中间还包括一N型缓冲层。
进一步的，将各部分结构的掺杂类型变为相反。
本发明方法主要采用N型杂质扩散来形成N型缓冲层，扩散工艺比离子注入的成本低，且扩散的深度可以做到大于2微米，以及放在金属工艺的形成之前、能够实现N型缓冲层的杂质充分激活；同时本发明方法不仅形成了正面的载流子存储层，改善了器件的安全工作区，而且同时形成了背面的深的N型缓冲层，实现了器件的耐压与导通压降的最优化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1a-1k是本发明方法第一实施例步骤流程示意图；
图2是本发明第一实施例IGBT器件示意图；
图3a-3k是本发明方法第二实施例步骤流程示意图；
图4是本发明第二实施例IGBT器件示意图。
N基区101 正面N型掺杂区、载流子存储层102
背面N型掺杂区、N型缓冲层103 深沟槽极104
P阱105 P型重掺杂区106
发射极107 隔离介质层108
金属层109 集电极端110
背面金属层111
N基区301 正面N型掺杂区、载流子存储层302
背面N型掺杂区、N型缓冲层303 深沟槽极304
P阱305 P型重掺杂区306
发射极307 隔离介质层308
金属层309 集电极端310
背面金属层311
具体实施方式
为使贵审查员对本发明的目的、特征及功效能够有更进一步的了解与认识，以下配合附图详述如后。
本发明方法第一实施例步骤包括：
步骤1、准备一N型区熔硅作为N基区101，如图1a所示。N型区熔硅的厚度可以为725微米。
步骤2、对N基区101进行双面高温N型杂质扩散，可以采用高温磷掺杂工艺（POCL3工艺），形成一定深度的双面N型掺杂区，包括正面N型掺杂区102及背面N型掺杂区103；如图1b所示。其一面的深度，对于3300V IGBT，此深度通常为90-110微米；对于4500V IGBT，此深度通常为50-70微米；对于6500VIGBT，此深度通常为10-30微米。
步骤3、对正面N型掺杂区102进行一定厚度的减薄，保留下来的正面N型区做为CS层102；如图1c所示。其中，对于3300V IGBT，此减薄厚度通常为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度通常为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
步骤4、在CS层102上进行IGBT器件的深沟槽工艺，形成深沟槽极104（Trench gate）；如图1d所示。
步骤5、在CS层102上进行IGBT器件的P阱（P-well）105注入，如图1e所示；高温退火工艺、形成导通P型沟道（图中未标出）。
步骤6、在P阱105上进行IGBT器件的P+注入，高温退火工艺，形成P型重掺杂区106；如图1f所示。
步骤7、进行IGBT器件的N+注入、高温退火工艺，形成IGBT的发射极107，如图1g所示。
步骤8，进行IGBT器件的隔离介质层工艺，形成隔离介质层108，如图1h所示；并进行接触孔光刻与蚀刻，打开接触孔（图中未标出）。
步骤9、进行IGBT器件的金属工艺，形成金属层109，如图1i所示；并进行金属光刻与蚀刻，将发射极与栅极引出（图中未标出）；进行钝化层工艺，保护器件正面。
步骤10、对背面N型掺杂区103进行减薄，保留下来的背面N型区103作为N buffer层103；如图3j所示。其中，对于3300V IGBT，此减薄厚度通常为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度通常为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
步骤11、上述器件制备的所有工艺进行完后，再进行背面的P+注入、激活推进、金属化等工艺，形成背面的集电极端110及背面金属层111；如图1k。
如图2所示，为本发明第一实施例IGBT的结构示意图，与传统IGBT相比，本发明的IGBT在N基区101及P阱105中间还包括一CS层102；在N基区101及背面的集电极端110中间还包括一N buffer层103。
本发明方法第二实施例步骤包括：
步骤1、准备一N型区熔硅作为N基区301，如图3a所示。N型区熔硅的厚度可以为725微米。
步骤2、对N基区301进行双面高温N型杂质扩散，可以采用高温磷掺杂工艺（POCL3工艺），形成一定深度的双面N型掺杂区，包括正面N型掺杂区302及背面N型掺杂区303；如图3b所示。其中，对于3300V IGBT，此深度通常为90-110微米；对于4500V IGBT，此深度通常为50-70微米；对于6500V IGBT，此深度通常为10-30微米。
步骤3、对正面N型掺杂区302进行减薄，将正面N型掺杂区302全部减薄掉；如图3c所示。
步骤4、在N基区301上进行IGBT器件的深沟槽工艺，形成深沟槽极304（Trench gate）；如图3d所示。
步骤5、在N基区301上进行IGBT器件的P阱（P-well）305注入，如图3e所示；高温退火工艺、形成导通P型沟道（图中未标出）。
步骤6、在P阱305上进行IGBT器件的P+注入，高温退火工艺，形成P型重掺杂区306；如图3f所示。
步骤7、进行IGBT器件的N+注入、高温退火工艺，形成IGBT的发射极307，如图3g所示。
步骤8，进行IGBT器件的隔离介质层工艺，形成隔离介质层308，如图3h所示；并进行接触孔光刻与蚀刻，打开接触孔（图中未标出）。
步骤9、进行IGBT器件的金属工艺，形成金属层309，如图3i所示；并进行金属光刻与蚀刻，将发射极与栅极引出（图中未标出）；进行钝化层工艺，保护器件正面。
步骤10、对背面N型掺杂区303进行减薄，保留下来的背面N型区303作为N buffer层303；如图3j所示。其中，对于3300V IGBT，此减薄厚度通常为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度通常为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
步骤11、上述器件制备的所有工艺进行完后，再进行背面的P+注入、激活推进、金属化等工艺，形成背面的集电极端310及背面金属层311；如图3k所示。
如图4所示，为本发明第一实施例IGBT的结构示意图，与传统IGBT相比，本发明的IGBT在N基区301及背面的集电极端310中间还包括一N buffer层303。
本发明所示的IGBT器件及其制造方法中，各部分结构的掺杂类型（N型、P型）变为相反，也是可行的。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种IGBT制造工艺方法，其特征在于，包括：
步骤1、准备一725微米厚度的N型区熔硅作为N基区；对所述N基区进行双面高温N型杂质扩散，形成双面N型掺杂区，包括正面N型掺杂区及背面N型掺杂区；
步骤2、对所述正面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述正面N型区做为载流子存储层；
步骤3、在所述载流子存储层上进行IGBT器件的深沟槽工艺，形成深沟槽极；
步骤4、在所述载流子存储层上进行IGBT器件的P阱注入，高温退火工艺、形成导通P型沟道；
步骤5、在所述P阱上进行IGBT器件的P+注入，高温退火工艺，形成P型重掺杂区；
步骤6、进行IGBT器件的N+注入、高温退火工艺，形成IGBT的发射极；
步骤7、进行IGBT器件的隔离介质层工艺，形成隔离介质层，并进行接触孔光刻与蚀刻，打开接触孔；
步骤8、进行IGBT器件的金属工艺，形成金属层，并进行金属光刻与蚀刻，将发射极与栅极引出；进行钝化层工艺，保护器件正面；
步骤9、对所述背面N型掺杂区进行减薄，保留下来的所述背面N型区作为N型缓冲层；
步骤10、上述器件制备的所有工艺进行完后，再进行背面的P+注入、激活推进、金属化工艺，形成背面的集电极端及背面金属层。
2.如权利要求1所述的IGBT制造工艺方法，其特征在于：步骤1中所述的形成双面N型掺杂区，其一面的深度，对于3300V IGBT，此深度为90-110微米；对于4500V IGBT，此深度为50-70微米；对于6500V IGBT，此深度为10-30微米。
3.如权利要求1所述的IGBT制造工艺方法，其特征在于：步骤2中所述的对正面N型掺杂区进行减薄，其中，对于3300V IGBT，此减薄厚度为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
4.如权利要求1所述的IGBT制造工艺方法，其特征在于：步骤9中所述的对背面N型掺杂区进行减薄，其中，对于3300V IGBT，此减薄厚度为80-100微米；对于4500V IGBT，此减薄厚度为40-60微米；对于6500V IGBT，无需减薄。
5.如权利要求1～4中任何一项所述的IGBT制造工艺方法，其特征在于，将各部分结构的掺杂类型变为相反。
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