CN104637812A - 成长高可靠性igbt终端保护环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成长高可靠性IGBT终端保护环的方法，包括：1）在硅衬底上，成长第一热氧化层作为保护环注入阻挡层；2）刻蚀保护环注入阻挡层，打开保护环注入窗口；3）在保护环注入窗口进行保护环注入；4）进行高温热处理，并再次成长第二热氧化层，将第一热氧化层和第二热氧化层作为后续的保护环场板；5）刻蚀保护环场板，形成保护环结构。本发明确保了耐压性，优化元胞终端的耐压后漏电特性，避免其发生击穿，提升IGBT器件的可靠性。

Description

成长高可靠性IGBT终端保护环的方法
技术领域
本发明涉及一种成长IGBT（绝缘栅双极晶体管）终端保护环的方法，特别是涉及一种成长高可靠性IGBT终端保护环的方法。
背景技术
在半导体各类器件结构中，IGBT（绝缘栅双极晶体管）器件由于其独特的结构，是目前承受最大工作电压的器件，其高压的特性使其是高压高电流的工作环境主流功率器件，不可或缺。在其独特的器件结构中，其元胞外围终端与硅衬底直接存在高压，是器件击穿最先发生的地方，对其终端保护是IGBT器件耐高压的重要保证。图1-2为目前工艺在终端存在大量Dislocation（晶格位错），将严重影响IGBT器件的耐压特性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成长高可靠性IGBT终端保护环的方法。该方法能形成无缺陷的保护环结构并优化元胞终端的耐压后漏电特性。
为解决上述技术问题，本发明的成长IGBT（绝缘栅双极晶体管）终端保护环的方法（成长高可靠性IGBT终端保护环的方法），包括步骤：
1）在硅衬底上，成长第一热氧化层作为保护环注入阻挡层；
2）刻蚀保护环注入阻挡层（即第一热氧化层），打开保护环注入窗口；
3）在保护环注入窗口进行保护环注入；
4）在1150～1250℃进行高温热处理70～500分钟，并再次成长第二热氧化层，将第一热氧化层和第二热氧化层作为后续的保护环场板；
5）刻蚀保护环场板，形成保护环结构。
所述步骤1）中，成长的方法包括：使用扩散炉管或各种化学气相沉积（CVD）成长第一热氧化层；成长的温度为900～1300℃，优选为1100℃；第一热氧化层的厚度为1000～10000埃，优选为5000埃。
所述步骤2）中，刻蚀的方法包括：湿法刻蚀或干法刻蚀与湿法刻蚀相结合的方法；刻蚀的程度为：刻蚀到硅衬底表面。
所述步骤3）中，注入的物质包括：硼（B）；注入的条件为：一次注入，注入能量为10～100kev，注入剂量1×1013～1×1017cm-2；其中，注入能量优选为60kev，注入剂量优选为1×1015cm-2。
所述步骤4）中，优选在1150℃进行高温热处理200分钟；成长的方法包括：使用扩散炉管或各种化学气相沉积（CVD）成长第二热氧化层；成长的温度为900～1300℃，优选为1100℃；第二热氧化层的厚度为5000～50000埃，优选为15000埃。
所述步骤4）中，高温热处理和再次成长第二热氧化层可在一步工艺中完成或分2个工艺步骤进行。
所述步骤5）中，刻蚀包括：湿法刻蚀或干法刻蚀与湿法刻蚀相结合的方法；刻蚀的程度为：刻蚀到硅衬底表面。
本发明通过合理化保护环工艺的流程，成长厚热氧结构形成场板提高耐压特性，优化保护环注入后的热处理消除硅衬底晶格位错缺陷，同时在保护环的后续gate PAD（栅极接角）处存在厚场板的保护环结构，最终形成无缺陷的保护环结构，确保了耐压性，优化元胞终端的耐压后漏电特性，避免其发生击穿，提升IGBT器件的可靠性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是目前保护环工艺所得结果的一种SEM（扫描电镜）图；
图2是目前保护环工艺所得结果的另一种SEM图；
图3是本发明的使用扩散炉管成长中等膜厚（比如5000埃）的第一热氧化层作为保护环注入阻挡层的示意图；
图4是本发明的使用湿法刻蚀打开保护环注入窗口的示意图；
图5是本发明的进行保护环注入的示意图；
图6是本发明对保护环注入后进行高温热处理从而进行退阱修复的示意图；
图7是本发明的使用扩散炉管成长第二热氧化层，从而作为后续的保护环场板的示意图；
图8是本发明的使用湿法进行场板刻蚀而形成保护环结构的示意图。
图9是采用本发明的工艺所得保护环的一种SEM图；
图10是采用本发明的工艺所得保护环的另一种SEM图。
图中附图标记说明如下：
1为硅衬底，2为第一热氧化层，3为注入的保护环，4为保护环场板。
具体实施方式
本发明的成长高可靠性IGBT（绝缘栅双极晶体管）终端保护环的方法，包括步骤：
1）在硅衬底1上，使用扩散炉管或各种化学气相沉积（CVD）成长第一热氧化层2作为保护环注入阻挡层（如图3所示）；
其中，成长的温度为900～1300℃（如可为1100℃）；热氧化层的厚度为1000～10000埃（如可为5000埃，中等膜厚）。
2）采用湿法刻蚀或干法刻蚀与湿法刻蚀相结合的方法，刻蚀保护环注入阻挡层（即第一热氧化层2），并刻蚀到硅衬底表面，从而打开保护环注入窗口（如图4所示）。
3）在保护环注入窗口进行保护环注入（如图5所示）；
其中，注入的物质可为硼（B）；注入的条件可为：一次注入；注入能量为10～100kev（如可为60kev），注入剂量1×1013～1×1017cm-2（如可为1×1015cm-2）。
4）在1150～1250℃进行高温热处理70～500分钟（如可在1150℃进行高温热处理200分钟）（如图6所示），并再次使用扩散炉管或各种化学气相沉积（CVD）成长第二热氧化层，将第一热氧化层2和第二热氧化层作为后续的保护环场板4（如图7所示）；
其中，成长的温度为900～1300℃（如可为1100℃）；第二热氧化层的厚度为5000～50000埃（如可为15000埃，厚膜）。
另外，本步骤中，高温热处理和再次成长第二热氧化层可在一步工艺中完成或分2个工艺步骤进行。
5）采用湿法刻蚀或干法刻蚀与湿法刻蚀相结合的方法，刻蚀保护环场板4，并且刻蚀到硅衬底表面，从而形成保护环结构（如图8所示）。
按照上述步骤能形成保护环结构，而且通过以上合理化流程可以确保硅衬底无晶格位错缺陷，同时在保护环的后续gate PAD（栅极接角）处存在厚场板的保护环结构，确保了耐压性（如图9-10所示）。

Claims (10)

1.一种成长绝缘栅双极晶体管终端保护环的方法，其特征在于，包括步骤：
1）在硅衬底上，成长第一热氧化层作为保护环注入阻挡层；
2）刻蚀保护环注入阻挡层，打开保护环注入窗口；
3）在保护环注入窗口进行保护环注入；
4）在1150～1250℃进行高温热处理70～500分钟，并再次成长第二热氧化层，将第一热氧化层和第二热氧化层作为后续的保护环场板；
5）刻蚀保护环场板，形成保护环结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中，成长的方法包括：使用扩散炉管或化学气相沉积成长第一热氧化层；
成长的温度为900～1300℃；第一热氧化层的厚度为1000～10000埃。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述成长的温度为1100℃；第一热氧化层的厚度为5000埃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中，刻蚀的方法包括：湿法刻蚀或干法刻蚀与湿法刻蚀相结合的方法；
刻蚀的程度为：刻蚀到硅衬底表面。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3）中，注入的物质包括：硼；注入的条件为：一次注入，注入能量为10～100kev，注入剂量1×1013～1×1017cm-2。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述注入能量为60kev，注入剂量为1×1015cm-2。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，在1150℃进行高温热处理200分钟；
成长的方法包括：使用扩散炉管或化学气相沉积成长第二热氧化层；
成长的温度为900～1300℃；
第二热氧化层的厚度为5000～50000埃。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述成长的温度为1100℃；
第二热氧化层的厚度为15000埃。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，高温热处理和再次成长第二热氧化层在一步工艺中完成或分2个工艺步骤进行。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，刻蚀包括：湿法刻蚀或干法刻蚀与湿法刻蚀相结合的方法；
刻蚀的程度为：刻蚀到硅衬底表面。
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