CN105679668A - 一种沟槽igbt器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种沟槽IGBT器件的制造方法，该制造方法包括：首先在N型外延硅衬底或者区熔片上光刻注入N型杂质并扩散形成有一定参杂浓度和厚度的电荷贮存区，继续生长P型外延形成顶层MOS结构的沟道区；然后光刻刻蚀沟槽，生长栅极氧化层，淀积多晶硅材料填充沟槽；光刻刻蚀多晶硅形成顶层MOS结构的栅极；光刻N型源区注入N型杂质，然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触；溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；然后淀积背面金属完成IGBT器件的制作。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种沟槽IGBT器件的制造方法，属于电力半导体器件制造技术领域。
背景技术
作为新型电力半导体器件的主要代表，IGBT器件被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。目前，市场上的IGBT器件的耐压高达6500V,单管芯电流高达200A,频率达到300KHz。在高频大功率领域，目前还没有任何一个其它器件可以代替它。随着半导体材料和加工工艺的不断进步，采用沟槽技术的IGBT器件已成为主流产品。同时对沟槽IGBT器件电学性能的要求也越来越高。
为了降低器件导通损耗，需要优化器件结构比如增强沟道区下方的N型扩散区参杂浓度（这一浓度增强的区域通常命名为电荷贮存层）来实现。现在通常采用离子注入和扩散方法形成电荷贮存层，这种方法形成的电荷贮存层容易受P阱的影响，因而工艺控制难度较大,并且对形成的电荷贮存层的深度和最高掺杂浓度造成限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种通过埋层注入扩散和外延的方法分别形成电荷贮存和沟道层的沟槽IGBT器件的制造方法，以精确定义电荷贮存层的位置，厚度和掺杂浓度，并且不受P阱的影响。同时减少由于离子注入和扩散过程中差异造成的器件性能不稳定性。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种沟槽IGBT器件的制造方法，该制造方法包括：
首先在N型外延硅衬底或者区熔片上光刻注入N型杂质并扩散形成有一定参杂浓度和厚度的电荷贮存区，继续生长P型外延形成顶层MOS结构的沟道区；
然后光刻刻蚀沟槽，生长栅极氧化层，淀积多晶硅材料填充沟槽；光刻刻蚀多晶硅形成顶层MOS结构的栅极；光刻N型源区注入N型杂质，然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触；溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；
然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区或者带有场终止层次的FS-IGBT，然后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
作为优选：本发明通过N型杂质如磷（P）、砷(As)或者锑(Sb)是以埋层注入扩散方法以形成器件的N型电荷贮存层次；通过外延的方法形成MOS结构的P型沟道区域；所述IGBT器件背面金属是通过溅射或者蒸发的方式淀积的。
本发明专利阐述了一种通过埋层注入扩散和外延的方法分别形成电荷贮存和沟道层的器件结构，这样可以精确定义电荷贮存层的位置，厚度和掺杂浓度，并且不受P阱的影响；同时减少由于离子注入和扩散过程中差异造成的器件性能不稳定性。
另一方面，高浓度的电荷贮存层虽然有利于优化器件性能（尤其是静态压降），但是往往容易影响器件的击穿电压；通过埋层注入扩散可以准确定义电荷贮存的横向位置，将电荷贮存区局限在有效的沟道区域，这样就避免了在沟槽距离较大的虚拟（dummyarea）区域形成电荷贮存区造成器件耐压的减小。
附图说明
图1是本发明的沟槽IGBT结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种沟槽IGBT器件的制造方法，该制造方法包括：
首先在N型外延硅衬底或者区熔片上光刻注入N型杂质并扩散形成有一定参杂浓度和厚度的电荷贮存区，继续生长P型外延形成顶层MOS结构的沟道区；
然后光刻刻蚀沟槽，生长栅极氧化层，淀积多晶硅材料填充沟槽；光刻刻蚀多晶硅形成顶层MOS结构的栅极；光刻N型源区注入N型杂质，然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触；溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；
然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区或者带有场终止层次的FS-IGBT，然后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
本发明是通过N型杂质如磷（P）、砷(As)或者锑(Sb)是以埋层注入扩散方法以形成器件的N型电荷贮存层次；通过外延的方法形成MOS结构的P型沟道区域；所述IGBT器件背面金属是通过溅射或者蒸发的方式淀积的。
实施例：本发明所述的制造方法与其它沟槽IGBT器件完全兼容，无需增加工艺难度。首先在选定的N型外延硅衬底或者区熔片上光刻埋层，注入N型杂质如磷（P）、砷(As)或者锑(Sb)等并扩散形成电荷贮存层，在上面生长P型外延形成沟道区；光刻沟槽图形，干法刻蚀硅衬底，生长栅极氧化层，淀积原位参杂的多晶硅材料填充沟槽；然后光刻栅极图形，刻蚀多晶硅形成顶层MOS结构的栅极；光刻N型源区注入N型杂质；然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触；溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型（或者注入N型以及P型）杂质通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区（或者带有场终止层次的FS-IGBT），然后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
Claims (2)
1.一种沟槽IGBT器件的制造方法，其特征在于该制造方法包括：
首先在N型外延硅衬底或者区熔片上光刻注入N型杂质并扩散形成有一定参杂浓度和厚度的电荷贮存区，继续生长P型外延形成顶层MOS结构的沟道区；
然后光刻刻蚀沟槽，生长栅极氧化层，淀积多晶硅材料填充沟槽；光刻刻蚀多晶硅形成顶层MOS结构的栅极；光刻N型源区注入N型杂质，然后淀积氧化层或者氮化硅等绝缘材料并退火致密，光刻接触孔，刻蚀绝缘层裸露出之前形成的所有元胞的P阱区和N型源区硅表面；注入P型杂质并激活，确保P阱区与顶层金属的欧姆接触；溅射顶层金属，光刻刻蚀顶层金属，淀积钝化层，光刻刻蚀钝化层，最后合金完成顶层结构的制作；
然后硅片背面减薄到特定的厚度，背面注入P型或者注入N型以及P型杂质，通过低温退火或者激光退火形成IGBT集电区或者带有场终止层次的FS-IGBT，然后通过溅射或者蒸发的方法淀积背面金属完成整个IGBT器件的制作过程。
2.根据权利要求1所述的沟槽IGBT器件及制造方法，其特征在于通过N型杂质如磷（P）、砷(As)或者锑(Sb)是以埋层注入扩散方法以形成器件的N型电荷贮存层次；通过外延的方法形成MOS结构的P型沟道区域；所述IGBT器件背面金属是通过溅射或者蒸发的方式淀积的。
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