CN104332494A - 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法 - Google Patents

一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括：具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区；形成于所述半导体衬底的第一主面侧的第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一半导体层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度高；形成于所述原胞区内的第一半导体层的第一主面侧的绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。与现有技术相比，其不仅可以提高该绝缘栅双极晶体管的耐压可靠性，而且还可以降低该绝缘栅双极晶体管的正向导通压降。

Description

一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及半导体设计及制造技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）及其制造方法。
【背景技术】
IGBT是由BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管）和MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）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BJT的低导通压降两方面的优点，具有工作频率高，控制电路简单，电流密度高，通态压低等特点，广泛应用于功率控制领域。
IGBT普遍需要解决以下技术问题：第一，在高温条件下，IGBT漏电流偏大甚至出现持续增大不能稳定，恢复常温后击穿电压降低甚至出现短路的现象（即IGBT的耐压可靠性问题）；第二个问题，为了尽可能的提高IGBT的性能，需要不断的降低其导通电阻，对于高压IGBT来说，影响正向导通压降Vce(on)的主要是JFET(Junction Field-effect Transistor，结型场效应晶体管)区域等效电阻RJ和漂移区等效电阻RD，因此，尽量降低这两部分电阻是大功率IGBT设计的重要考虑因素。
针对第一个技术问题：
一般认为，该问题主要是由器件内部和外部引入的可动电荷引起的。实际工作中，可动电荷在外部应力条件下移动，将会改变原来稳定的表面电场，从而使的耐压发生改变，甚至出现漏电流增大的问题。为了定量表征外界电荷对终端表面电场的影响，定义影响因子：
α = ΔQ ΔQ + Q f - - - ( 1 )
其中，ΔQ为有效可动电荷，Qf为衬底表面电荷。α越大表征可动电荷影响越大，器件耐压可靠性越差，反之亦然。
解决该问题的技术方法主要从两个方面出发：一方面，尽量减少芯片制造过程和封装过程引入可动电荷的因素，比如采用特殊的表面钝化技术或采用高可靠性合成树脂进行封装，以降低外部电荷及水汽等沾污的引入，这对降低高温下器件漏电流具有显著的效果，但是该方法对封装技术要求很高且工艺成本较高；另一方面，采用特殊设计结构以加强芯片本身对可动电荷的屏蔽作用，从而改善器件在高温高压应力条件下的漏电表现，比如，采用SIPOS（Semi-Insulating Polycrystalline silicon）结构，它是利用半绝缘薄膜电阻一端连接主结，一端连接截止环，在高压反偏条件下，半绝缘电阻两端将会产生电场，该电场能够屏蔽可动电荷对终端表面电场的影响，从而改善器件在高温高压条件下测试后的击穿表现。半绝缘薄膜一般是通过对多晶硅进行掺氧或氮形成的，电阻率要求在107～1010之间，因此，采用SIPOS结构，工艺过程复杂，薄膜电阻质量必须根据设计精确控制；该结构采用半绝缘电阻直接跨接在高压和地之间，正常工作条件下将会产生不可忽略的功耗；同时，薄膜电阻具有较高的温度系数，也存在一定的稳定性问题。
针对第二个技术问题：
为了降低器件正向导通压降，现有技术主要从降低JFET区电阻RJ和漂移区电阻RD出发。
针对JFET区域电阻RJ，目前主要有三类方法：第一、增加JFET区域处载流子浓度，降低JFET电阻，但这种方法需要增加工艺步骤且效果不是非常明显；第二、使用采用沟槽栅代替平面栅结构，将平面栅中的JFET区域去除，这种方法直接去除了JFET这部分电阻，有效地增大了器件的电流密度，在低压IGBT中得到了广泛地应用，但是这种方法制造工艺复杂，且沟槽栅的形貌及工艺控制对IGBT的可靠性具有很大的影响，在高压IGBT中并不常用；第三、在Pbody区域下增加载流子存储层，提高载流子浓度，降低正向导通压降，但这种方法需要增加工艺步骤且效果不是非常明显；第四、通过增加平面栅的尺寸来降低JFET电阻，这种方法会降低器件的电流密度和击穿电压，需要优化设计。
针对漂移区电阻RD，主要通过降低漂移区厚度来实现。迄今为止，主要有穿通型绝缘栅双极晶体管PT-IGBT、非穿通型绝缘栅双极晶体管NPT-IGBT和场截止型绝缘栅双极晶体管FS-IGBT三种结构，三者之间的主要差异是不同的衬底PN结结构和不同的漂移区厚度。相对PT-IGBT和NPT-IGBT来讲，FS-IGBT具有最薄的厚度，其正向导通压降得到明显的下降，该结构在IGBT产品中得到了广泛的应用。然而，随着半导体晶圆尺寸的不断提高，薄片设备的价格、工艺复杂程度以及很高的碎片率严重的限制了IGBT（特别是低压IGBT）性能的不断提升。
因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法，其不仅可以提高该绝缘栅双极晶体管的耐压可靠性，而且还可以降低该绝缘栅双极晶体管的正向导通压降。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种绝缘栅双极晶体管，其包括：具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区；形成于所述半导体衬底的第一主面侧的第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一半导体层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度高；形成于所述原胞区内的第一半导体层的第一主面侧的绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。
进一步的，其还包括：形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的保护终端。
进一步的，其还包括：在所述半导体衬底的第二主面侧形成的第二导电类型的第二半导体层；在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层的第一主面上形成的第一主电极；在所述第二半导体层上形成的第二主电极。
进一步的，所述第一导电类型为Ｎ型，所述第二导电类型为Ｐ型，所述绝缘栅型晶体管单元为N型沟道MOSFET单元，所述第一导电类型的半导体衬底为N-型半导体衬底，所述第一半导体层为N+型半导体层，所述第二半导体层为P+型集电极层，所述第一主电极为发射极，所述第二主电极为集电极。
进一步的，所述N型沟道MOSFET单元包括：自所述原胞区内的N+型半导体层的第一主面向内有选择的形成的P型基区；自所述P型基区的表面向该P型基区内有选择的形成的N+有源区；自所述N+有源区内侧的P型基区表面向该P型基区内形成的P+有源区；自所述P型基区的边缘部分的第一主面和所述原胞区内的N+型半导体层的未形成P型基区的第一主面上形成的栅极氧化层；在栅极氧化层的上表面上形成的多晶硅栅电极；覆盖栅极氧化层和多晶硅栅电极露出表面的介质层；其中，第一主电极形成于所述介质层的外侧并与所述N+有源区和所述P+有源区电性接触。
更进一步的，所述保护终端包括形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的P型场限环区以及位于所述P型场限环区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其包括：制备具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区；在所述半导体衬底的第一主面侧形成第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一半导体层的掺杂浓度高于半导体衬底的掺杂浓度；在所述原胞区的第一半导体层的第一主面侧形成绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。
进一步的，其还包括：在所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧形成保护终端。
进一步的，其还包括：在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层的第一主面上形成第一主电极；从所述半导体衬底的第二主面起减薄该绝缘栅型晶体管单元形成后的半导体衬底；自减薄后的半导体衬底的第二主面向所述半导体衬底内形成第二导电类型的第二半导体层；在所述第二半导体层上形成与第二半导体层电性接触的第二主电极。
进一步的，所述第一导电类型为Ｎ型，所述第二导电类型为Ｐ型，所述绝缘栅型晶体管单元为N型沟道MOSFET单元，所述第一导电类型的半导体衬底为N-型半导体衬底，所述第一半导体层为N+型半导体层，所述第二半导体层为P+型集电极层，所述第一主电极为发射极，所述第二主电极为集电极。
进一步的，形成所述N+型半导体层的过程包括：在所述N-型半导体衬底的第一主面上形成预氧层；透过所述预氧层在所述N-型半导体衬底的第一主面侧进行N型杂质注入以形成N+层；和高温推阱形成所述N+型半导体层。
进一步的，所述预氧层的厚度为所述N型杂质的注入剂量2e11～1e13cm-2，能量为60KEV～120KEV。
更进一步的，所述保护终端包括形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的P型场限环区以及位于所述P型场限环区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板，所述N型沟道MOSFET单元包括：自所述原胞区内的N+型半导体层的第一主面向内有选择的形成的P型基区；自P型基区的表面向该P型基区内有选择的形成的N+有源区；自所述N+有源区内侧的P型基区表面向该P型基区内形成的P+有源区；自所述P型基区的边缘部分的第一主面和所述原胞区内的N+型半导体层的未形成P型基区的第一主面上形成的栅极氧化层；在栅极氧化层的上表面上形成的多晶硅栅电极；覆盖栅极氧化层和多晶硅栅电极露出表面的介质层；其中，第一主电极形成于所述介质层的外侧并与所述N+有源区和所述P+有源区电性接触。
与现有技术相比，本发明中的绝缘栅双极晶体管及其制造方法，在第一导电类型的半导体衬底的第一主面侧形成第一导电类型的第一半导体层，且所述第一半导体层中的掺杂浓度高于所述半导体衬底中的掺杂浓度；绝缘栅型晶体管单元和保护终端形成于第一半导体层的第一主面侧。这样，所述第一半导体层在原胞区中充当载流子存储层，从而可以降低本发明中的绝缘栅双极晶体管的正向导通压降；同时提高了保护终端表面的杂质浓度，降低了可动电荷对保护终端表面电场的影响，从而提高本发明中的绝缘栅双极晶体管的耐压可靠性。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明在一个实施例中的绝缘栅双极晶体管的一部分的纵剖面图；
图2至图12为图1中的绝缘栅双极晶体管在一个具体实施例中的各个制造工序的纵剖面图；
图13为图1中的绝缘栅双极晶体管的制造方法在一个实施例中的流程图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的绝缘栅双极晶体管的一部分的纵剖面图。所述绝缘栅双极晶体管包括：具有第一主面1S1和第二主面1S2的第一导电类型的半导体衬底1，其中，所述半导体衬底1包括原胞区2、位于所述原胞区2外侧的终端保护区4以及位于所述原胞区2和所述终端保护区4之间的过渡区3；形成于所述半导体衬底1的第一主面1S1侧的第一导电类型的第一半导体层5，其中，所述第一半导体层5的掺杂浓度高于所述半导体衬底1的掺杂浓度高；形成于所述原胞区2内的第一半导体层5的第一主面1S1侧的绝缘栅型晶体管单元，其中所述绝缘栅型晶体管单元导通时其形成有第一导电类型的沟道；形成于所述终端保护区4内的第一半导体层5的第一主面1S1侧的保护终端；在所述半导体衬底1的第二主面1S2侧形成的第二导电类型的第二半导体层6。
所述绝缘栅双极晶体管还包括：在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层5的第一主面1S1上形成的第一主电极12；以及在所述第二半导体层6上形成的第二主电极13。
下面以所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型为例，结合图1对本发明中的绝缘栅双极晶体管的结构进行具体介绍。
在图1所示的实施例中，所述第一导电类型的半导体衬底1为N-型半导体衬底（也称为N-层）。形成于所述半导体衬底1的第一主面1S1侧的第一导电类型的第一半导体层5为N+型半导体层（或者称为FaceN+层）。所述保护终端为场限环加场板终端结构，其包括：自所述终端保护区4的第一主面1S1向所述N+型半导体层5内选择性的进行P型杂质掺杂以形成的P型场限环区7（或称为场限环结构）以及位于所述P型场限环区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板500。所述保护终端还包括自所述P型场限环区7的边缘部分的第一主面和所述终端保护区4的未形成P型场限环区7的第一主面上形成的场氧化层210和在所述场氧化层210上表面形成的介质层400。易于思及的是，所述保护终端也可以为现有技术中的其他保护终端结构，比如，场限环终端结构。
所述绝缘栅型晶体管单元为具有第一导电类型的沟道（在此为N型沟道）的MOSFET。具体的说，该N型沟道的MOSFET为DMOS（Double-diffused MetalOxide Semiconductor，双扩散MOS）结构的MOSFET，其包括：自所述原胞区2的第一主面1S1向所述N+型半导体层5内有选择的扩散P型杂质形成的P-body区(或者称为P基区)8；自P-body区8的表面向该P-body区8内有选择的扩散高浓度的N型杂质形成的N+有源区（或者称为N+发射极区）9；自所述N+有源区9内侧的P-body区8表面向该P-body区8内扩散高浓度的P型杂质形成的P+有源区10；自所述P-body区8的边缘部分的第一主面和所述原胞区2的未形成P-body区8的第一主面上形成的栅极氧化层（简称栅氧层）220；在栅极氧化层220的上表面上形成的多晶硅栅电极300；覆盖栅极氧化层220和多晶硅栅电极300露出表面的介质层400，其中，多晶硅栅电极300正下方的P-body区8的部分称为沟道区。
在图1所示的实施例中，所述第二导电类型的第二半导体层6为自所述第二主面1S2向所述N-型半导体衬底1内注入P型杂质形成的P+层（或者称为P+集电极层）。位于所述P+集电极层6和N+型半导体层5之间的N-型半导体衬底1部分为N-型漂移区11。
图1中的绝缘栅双极晶体管还包括：在原胞区2的第一主面1S1上覆盖所述介质层400形成的第一主电极（在本实施例中为发射极）12，该第一主电极12与所述N+有源区9和所述P+有源区10电性接触；在第二半导体层6上形成的第二主电极（在本实施例中为集电极）13，该第二主电极13与第二半导体层6电性接触；以及覆盖于第一主电极8、场氧化层400和金属场板500上的用于保护芯片表面不受外界离子玷污的第一钝化层600和第二钝化层700。其中，在本文中，N-、N+、P+中的“+”表示掺杂浓度较高，“-”表示掺杂浓度较低。
与现有技术相比，图1所示的本发明中的绝缘栅双极晶体管在N-型半导体衬底1的第一主面1S1侧形成N+型半导体层5，由于N+型半导体层5的掺杂浓度比半导体衬底1的掺杂浓度高，且绝缘栅型晶体管单元基于N+型半导体层5形成，因此，N+型半导体层5在所述原胞区2中充当载流子存储层。当图1中的绝缘栅双极晶体管正向导通时，从第二主面1S2的P+集电极层6注入到N-型漂移区11内的空穴在其扩散的中途受到N+半导体层5形成的势垒的阻挡，使少数载流子空穴蓄积在P-body区8和N+型半导体层5的界面下方附近，根据电中性原理，使得该区域载流子浓度大大增加，从而降低本发明中的绝缘栅双极晶体管的正向导通压降。另外，由于N+型半导体层5的掺杂浓度比半导体衬底1的掺杂浓度高，且所述保护终端基于N+型半导体层5形成，这样可以提高所述保护终端表面的杂质浓度（即增大了保护终端表面的电荷Qf，参照背景技术部分的公式（1）），从而降低了可动电荷对保护终端表面电场的影响，进而提高了器件的耐压可靠性。
在图1所示的实施例中，所述绝缘栅性晶体管单元为DMOS结构的MOSFET，在其他实施例中，其还可以为沟槽型MOSFET或V字形的MOSFET。
图13为图1中的绝缘栅双极晶体管的制造方法800在一个实施例中的流程图。结合图1和图13所示，所述制造方法800包括如下操作。
步骤810，制备具有第一主面1S1和第二主面1S2的第一导电类型的半导体衬底1，其中，所述半导体衬底1包括原胞区2和位于所述原胞区2外侧的终端保护区4。
步骤820，在所述半导体衬底1的第一主面1S1侧形成第一导电类型的第一半导体层5，其中所述第一半导体层5的掺杂浓度高于半导体衬底1的的掺杂浓度。
步骤830，在所述终端保护区4内的第一半导体层5的第一主面1S1侧形成保护终端，在所述原胞区2内的第一半导体层5的第一主面1S1侧形成绝缘栅型晶体管单元。
步骤840，在形成绝缘栅型晶体管单元的原胞区2的第一主面1S1上形成第一主电极12；
步骤850，从所述半导体衬底1的第二主面起减薄该绝缘栅型晶体管单元形成后的半导体衬底1，使其符合规定的厚度要求。
步骤860，自减薄后的半导体衬底1的第二主面1S2向所述半导体衬底1内形成第二导电类型的第二半导体层6。
步骤870，在所述第二半导体层6形成后的半导体衬底1的第二主面1S2上形成与第二半导体层6电性接触的第二主电极13。
接下来，以所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型为例，结合图2-12详细介绍图1中的绝缘栅双极晶体管在一个具体实施例中的制造方法。所述制造方法包括如下步骤：
步骤一，制备具有第一主面1S1和第二主面1S2的N-型半导体衬底1。
步骤二，如图2所示，在所述N-型半导体衬底1的第一主面1S1上形成预氧层200，所述预氧层的厚度可以为
步骤三，如图2所示，透过所述预氧层200在所述N-型半导体衬底1的第一主面侧进行N型杂质注入以形成N+层130。所述N型杂质的注入剂量可以为2e11～1e13cm-2、能量可以为60KEV～120KEV。
步骤四，如图3所示，高温推阱形成所述N+型半导体层5，随后在所述预氧层200上形成场氧层210。具体的，可以经过1100C°～1200C°有氧环境推阱形成N+型导体层5，同时生长场氧层210。在一个优选的实施例中，形成的N+型导体层5的方块电阻可以为100ohm/sp～6000ohm/sp。
可以看出，第二步骤至第四步骤为所述N+型导体层5的形成过程。
步骤五，如图4所示，选择性的刻蚀所述场氧层210以刻蚀出P型场限环区7的注入窗口，并自刻蚀出的该注入窗口向所述N+型半导体层5内进行P型扩散以形成P型区域140。具体的，可以采用Ring(环)光刻版，经过涂胶、曝光、湿法腐蚀、去胶等步骤，在所述场氧层210上刻蚀出P型场限环区7的注入窗口，并自刻蚀出的该注入窗口向所述N+型导体层5注入剂量为1e13～1e15cm-2、能量为60KEV～120KEV的P型杂质，从而在N+型导体层5内选择性的形成P型区域140。
步骤六，如图5所示，高温推阱形成P型场限环区7。具体的，经过清洗等步骤，进行1100C°～1200C°有氧环境推阱形成P型场限环区7。在一个优选的实施例中，形成的P型场限环区7的方块电阻可以为10ohm/sp～1200ohm/sp。
步骤七，如图6所示，在所述原胞区2的第一主面1S1上形成栅极氧化层220，并在所述栅极氧化层220和所述场氧化层210上淀积多晶硅栅极层300。具体的，采用Active(有源区)光刻版，经过涂胶、曝光、湿法腐蚀、去胶等步骤，在所述原胞区2的第一主面1S1上热生长一层栅氧化层220，在所述栅极氧化层220和所述场氧化层210的上表面淀积多晶硅并掺杂形成多晶硅栅层300。
步骤八，如图7所示，除去所述场氧化层210的上表面的多晶硅栅极层300，选择性的在所述多晶硅栅极层300上刻蚀出P-body区8的注入窗口，并自刻蚀出的该注入窗口向所述N+型导体层5内进行P型扩散以形成P型区域150。具体的，采用Poly(多晶硅)光刻板，经过涂胶、曝光、干法腐蚀、去胶等步骤，选择性的在所述多晶硅栅极层300上刻蚀出P-body区8的注入窗口，并自该窗口注入剂量为1e13～1e15cm-2、能量为60KEV～120KEV的P型杂质，以在N+型半导体层5中形成P型区域150。
步骤九，如图8所示，高温推结形成P-body区8，自P-body区8的表面向该P-body区8内有选择的扩散高浓度的N型杂质形成N+有源区（或者称为N+发射极）9。具体的，经过清洗等步骤，进行1100C°～1200C°N2(氮)环境推阱形成Pbody区8，自P-body区8的表面向该P-body区8内有选择的注入剂量为5e14～1e16cm-2、能量为60KEV～120KEV的N型杂质，经过800C°～1000C°高温退火激活形成N+有源区（或者称为N+发射极）9。
步骤十，如图9所示，自所述N+有源区9内侧的P-body区8表面向该P-body区8内形成P+有源区10，在所述N+型半导体层5的第一主面1S1上形成介质层400。具体的，淀积氧化层，先后对整个器件进行Spacer腐蚀和硅刻蚀，进行硼注入，形成P+有源区10，淀积8000A～16000A的BPSG(硼磷硅玻璃，boro-phospho-silicate-glass，BPSG)，经过850C°～950C°回流，形成介质层400。
步骤十一，如图10所示，通过光刻、刻蚀工艺在原胞区2中刻蚀出短接N+有源区9和P+有源区10的接触孔，在所述终端保护区4中刻蚀出连接P型场限环区7的接触孔；在所述N+型半导体层5的第一主面上形成覆盖介质层400的金属层；通过光刻、刻蚀工艺选择性的刻蚀去部分以在所述原胞区2形成覆盖介质层400且电性连接N+有源区9和P+有源区10的发射极12，在所述终端保护区4形成部分覆盖介质层400且电性连接P型场限环区7的金属场板500。具体为，采用Cont（接触孔）光刻版先后进行孔刻蚀，溅射金属，并采用Metal(金属)光刻版刻蚀金属层，形成金属发射极12和金属场板500。
可以看出，第五步骤至第十一步骤为形成所述保护终端、绝缘栅型晶体管单元以及发射极12的过程。
步骤十二，如图11所示，在金属发射极12和金属场板500上依次淀积钝化层600和700，并留出用于引出栅电极300和发射极12的PAD（焊盘）区域（未示出）。具体的，采用PAD1(焊盘1)和PAD2(焊盘2)光刻版，先后经过涂胶、曝光、去胶、380C°～450C°退火固化等步骤，形成钝化层600及700。也可以通过其他方式具体实现步骤十二，比如，通过化学气相淀积的方式，在金属发射极12和金属场板500上依次淀积用于保护芯片表面不受外界离子玷污的钝化层600和700，并通过光刻、刻蚀工艺，刻蚀出用于引出栅电极300和发射极12的PAD（焊盘）区域。在一个优选的实施例中，可以采用厚度为4um～18um的光敏Polyimide(聚酰亚胺)作为器件的钝化层。
步骤十三，如图12所示，通过背面减薄工艺，将N-型半导体衬底1的厚度减薄，并在减薄后的N-型半导体衬底1的第二主面1S2侧形成P+集电极6，然后在P+集电极6上形成一定厚度的金属层(比如Al-Ti-Ni-Ag)13，此金属层13即为第二主电极（在此实施例中为集电极）。具体的，可以对N-型半导体衬底1进行背面减薄，减薄至所需厚度后，自减薄后的N-型半导体衬底1的第二主面1S2注入剂量为5e12～1e15cm-2能量为60KEV～120KEV的P型杂质，退火激活形成P+集电极6，然后进行背面金属化形成集电极13。
这样就可以制造出图1中的NPT型绝缘栅双极晶体管。普通领域内的技术人员根据上述制造方法的精神，还可以对其进行各种各样的改变或替换。比如，在一个改变的实施例中，可以将步骤三中的高温推结和步骤五中的高温推结合并为步骤五中的一次高温推结过程。步骤五至步骤十一为在所述N+型半导体层5的第一主面1S1侧生成绝缘栅型晶体管单元、保护终端和发射极12的过程，假如绝缘栅型晶体管为其他类型的MOSFET，或者保护终端为P型场限环等其他保护终端结构，那么，制造步骤也需要相应的改变。
本发明中的绝缘栅双极晶体管的制造方法，在制备绝缘栅型晶体管单元和保护终端之前，通过增加一次离子注入，在第一导电类型的半导体衬底1的第一主面1S1侧形成第一导电类型的第一半导体层5，且所述第一半导体层5中的掺杂浓度高于所述半导体衬底1中的掺杂浓度。这样，所述第一半导体层5在原胞区3中充当载流子存储层，从而可以降低本发明中的绝缘栅双极晶体管的正向导通压降；同时提高了保护终端表面的杂质浓度，降低了可动电荷对保护终端表面电场的影响，从而提高本发明中的绝缘栅双极晶体管的耐压可靠性。相对传统制造方法，该方法不需要增加光刻板即可实现载流子存储层结构，具有成本低、控制精确的优点。
在上述实施例中，以所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型为例进行介绍，在其他改变的实施例中，也可以使得第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型，此时采用P-型的半导体衬底1，第一半导体层5为P+半导体层，所述绝缘栅型晶体管为P沟道的MOSFET单元，第二主电极13为发射极，第一主电极12为集电极，具体结构和原理与上文的中绝缘栅双极晶体管相似，这里不在赘述。
上述实施例中，是以NPT型绝缘栅双极晶体管进行阐述，本发明同样适用于场阻型绝缘栅双极晶体管。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (13)

1.一种绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其包括：
具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区；
形成于所述半导体衬底的第一主面侧的第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一半导体层的掺杂浓度高于所述半导体衬底的掺杂浓度高；
形成于所述原胞区内的第一半导体层的第一主面侧的绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其还包括：形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的保护终端。
3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，其还包括：
在所述半导体衬底的第二主面侧形成的第二导电类型的第二半导体层；
在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层的第一主面上形成的第一主电极；
在所述第二半导体层上形成的第二主电极。
4.根据权利要求3所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述第一导电类型为Ｎ型，所述第二导电类型为Ｐ型，
所述绝缘栅型晶体管单元为N型沟道MOSFET单元，所述第一导电类型的半导体衬底为N-型半导体衬底，所述第一半导体层为N+型半导体层，所述第二半导体层为P+型集电极层，所述第一主电极为发射极，所述第二主电极为集电极。
5.根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述N型沟道MOSFET单元包括：
自所述原胞区内的N+型半导体层的第一主面向内有选择的形成的P型基区；
自所述P型基区的表面向该P型基区内有选择的形成的N+有源区；
自所述N+有源区内侧的P型基区表面向该P型基区内形成的P+有源区；
自所述P型基区的边缘部分的第一主面和所述原胞区内的N+型半导体层的未形成P型基区的第一主面上形成的栅极氧化层；
在栅极氧化层的上表面上形成的多晶硅栅电极；
覆盖栅极氧化层和多晶硅栅电极露出表面的介质层；
其中，第一主电极形成于所述介质层的外侧并与所述N+有源区和所述P+有源区电性接触。
6.根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述保护终端包括形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的P型场限环区以及位于所述P型场限环区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板。
7.一种绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其包括：
制备具有第一主面和第二主面的第一导电类型的半导体衬底，其中，所述半导体衬底包括原胞区和位于所述原胞区外侧的终端保护区；
在所述半导体衬底的第一主面侧形成第一导电类型的第一半导体层，其中，所述第一半导体层的掺杂浓度高于半导体衬底的掺杂浓度；
在所述原胞区的第一半导体层的第一主面侧形成绝缘栅型晶体管单元，其中，所述绝缘栅型晶体管单元导通时，其形成有第一导电类型的沟道。
8.根据权利要求7所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其还包括：在所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧形成保护终端。
9.根据权利要求8所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，其还包括：
在形成有所述绝缘栅型晶体管单元的第一半导体层的第一主面上形成第一主电极；
从所述半导体衬底的第二主面起减薄该绝缘栅型晶体管单元形成后的半导体衬底；
自减薄后的半导体衬底的第二主面向所述半导体衬底内形成第二导电类型的第二半导体层；
在所述第二半导体层上形成与第二半导体层电性接触的第二主电极。
10.根据权利要求9所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，所述第一导电类型为Ｎ型，所述第二导电类型为Ｐ型，
所述绝缘栅型晶体管单元为N型沟道MOSFET单元，所述第一导电类型的半导体衬底为N-型半导体衬底，所述第一半导体层为N+型半导体层，所述第二半导体层为P+型集电极层，所述第一主电极为发射极，所述第二主电极为集电极。
11.根据权利要求10所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，形成所述N+型半导体层的过程包括：
在所述N-型半导体衬底的第一主面上形成预氧层；
透过所述预氧层在所述N-型半导体衬底的第一主面侧进行N型杂质注入以形成N+层；和
高温推阱形成所述N+型半导体层。
12.根据权利要求11所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，所述预氧层的厚度为所述N型杂质的注入剂量2e11～1e13cm-2，能量为60KEV～120KEV。
13.根据权利要求10所述的绝缘栅双极晶体管的制造方法，其特征在于，
所述保护终端包括形成于所述终端保护区内的第一半导体层的第一主面侧的P型场限环区以及位于所述P型场限环区上方并与所述P型场限环区电性接触的金属场板，
所述N型沟道MOSFET单元包括：
自所述原胞区内的N+型半导体层的第一主面向内有选择的形成的P型基区；
自P型基区的表面向该P型基区内有选择的形成的N+有源区；
自所述N+有源区内侧的P型基区表面向该P型基区内形成的P+有源区；
自所述P型基区的边缘部分的第一主面和所述原胞区内的N+型半导体层的未形成P型基区的第一主面上形成的栅极氧化层；
在栅极氧化层的上表面上形成的多晶硅栅电极；
覆盖栅极氧化层和多晶硅栅电极露出表面的介质层；
其中第一主电极形成于所述介质层的外侧并与所述N+有源区和所述P+有源区电性接触。
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