专利名称：一种绝缘栅双极晶体管的制作方法
技术领域：
本实用新型属于功率器件领域，具体涉及ー种绝缘栅双极晶体管。
背景技术：
绝缘栅双极晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)由单元胞并联而成，同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。如图1，绝缘栅双极晶体管IGBT包括元胞区、終端区和划片槽。图2为现有技术中绝缘栅双极晶体管IGBT的剖面图。元胞区在N-衬底上通过离子注入扩散形成P阱区，N阱区，发射极和N发射区、P+发射区相连，发射极的形状及材料影响欧姆接触电阻大小和散热能力，设置不合理会影响器件的高温特性，常用的解决方法是寻找合适的金属材料，或 者提高半导体区的掺杂浓度，如现在通常会通过离子注入扩散形成高浓度的N+发射区，N+发射区还可以提高器件的电流导通能力，为了抑制绝缘栅双极型晶体管IGBT闩锁的发生，还会再注入高浓度的P+发射区，以降低P阱和N+发射区之间的压降，元胞区N-衬底通过背面注入形成一层很薄的透明集电极区BackP+，起到电导调制作用，使IGBT饱和电压呈正温度系数，更适合并联，透明集电极区相连的是集电极。終端区环绕在元胞周围，提高元胞区表面区域的临界击穿电场。在元胞的制造エ艺过程中，扩散是在光刻掩膜开窗ロ后进行，p-n结中间近似于平面结，而在边角处p-n结发生弯曲，近似于柱面或球面，由于p-n结边角的位置存在曲率，使表面处的电场比体内高，当临界击穿电场一定时，是最容易发生击穿的位置；而且，平面エ艺使表面产生的缺陷和离子沾污降低了表面区域的临界击穿电场。这样，就必须设计一定的終端结构对表面电场进行优化，以达到提高表面击穿电压的目的。常用的终端结构有场板(FP)、场限环(FLR)、结终端延伸(JTE)、横向变掺杂(VLD)、阻性场板(如掺氧多晶硅(SIPOS))等。这些延伸结构实际上起到将主结耗尽区向外展宽的作用，从而降低其内部电场强度最終提高击穿电压。多级场板除了具有提高击穿电压的能力外还具有終端面积小的优点。多级场板结构中的氧化层厚度对耐压起主要作用，其中最厚的氧化层在腐蚀エ艺过程中不容易控制，如果厚度控制不当会影响器件耐压。划片槽会放ー些测试图形，以便对芯片生产加工过程中的一些參数进行收集，测试。
实用新型内容为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种绝缘栅双极型晶体管，多级场板中的氮氧化硅层有腐蚀阻挡层的作用，对腐蚀エ艺精度要求低，氮氧化硅层致密性好，有较强的阻止外部杂质离子侵入的能力，提高绝缘栅双极晶体管的稳定性和可靠性，并且含有氮氧化硅层的多级场板能够节省器件面积。[0009]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案ー种绝缘栅双极晶体管，所述晶体管包括单个元胞并联而成的元胞区、終端区和划片槽；所述元胞区包括多晶硅栅电极、金属发射极、与所述发射极连接的N+发射区和P+发射区、N阱区、P阱区、N-衬底、透明集电极区和集电极；所述终端区包括多级场板、N-衬底、透明集电极区和集电极；所述透明集电极区位于所述N-衬底和集电极的中间，所述多级场板位于N-衬底的上部。所述金属发射极为挖槽式结构，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层。挖槽式是在隔离氧化层ILD(Isolate Oxide)开的窗ロ处向下刻蚀形成ー个深度为O. 2 O. 5um、下底边长为
4.8um、上底边长为5um的梯形体凹槽，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层，再在凹槽处填充金属形成金属发射极，这样可以增大金属和N+及P+的接触面积，降低接触电阻，同时也可以增
大散热面积，使器件的散热更均匀，高温特性更好。所述N+发射区和所述P+发射区分别位于所述N-衬底内的N阱区和P阱区内。所述多级场板包括金属发射极、多晶硅栅电极和氧化层；所述氧化层为阶梯结构。所述氧化层包括厚度为O. I O. 2um的栅氧化层、厚度为I 2um的场氧化层；厚度为2 4um的由场氧化层和隔离氧化层以下至上依次叠加构成的ニ元复合层和厚度为5 IOum的由场氧化层、隔离氧化层、氮氧化硅氧化层和ニ氧化硅氧化层以下至上依次叠加构成的四元复合层。所述ニ元复合层的场氧化层厚度为I 2um，隔离氧化层厚度为I 2um ;所述四元复合层的场氧化层厚度为I 2um，隔离氧化层厚度为I 2um，氮氧化硅氧化层的厚度为O. I O. 6um, ニ氧化娃氧化层的厚度为3 6um。所述元胞采用Spacer结构,所述Spacer结构是指所述P讲区和N讲区形成之后在整个芯片上淀积ー层氧化膜，然后湿法腐蚀氧化膜，由于湿法腐蚀具有各向异性，氧化膜在边角处和平整处的腐蚀速率不一样，导致边角处会留下氧化层的掩蔽层。所述N+发射区和P+发射区以Spacer结构作为注入掩蔽层形成。与现有技术相比，本发明的有益效果在于该器件的可靠性高，稳定性强，成本低；多级场板中的氮氧化硅层有腐蚀阻挡层的作用，对腐蚀エ艺精度要求低；并且氮氧化硅层致密性好，有较强的阻止外部杂质离子侵入的能力，提高晶体管的稳定性和可靠性；含有氮氧化硅层的多级场板能够节省器件面积；发射极采用挖槽式，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层可以在降低欧姆接触电阻的同时增大金属接触面积，使散热更均匀，器件的高温特性更好。
图I是现有技术中绝缘栅双极晶体管IGBT的结构图；图2是现有技术中绝缘栅双极晶体管IGBT的剖面图；图3是本实用新型实施例的剖面图；图4是未经侧向腐蚀的电极示意图；图5是经侧向腐蚀的电极示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例做进ー步补充说明。[0025]如图3所示,一种绝缘栅双极型晶体管,所述晶体管包括单个元胞并联而成的元胞区、終端区和划片槽；所述元胞区包括多晶硅栅电极G(Gate)、金属发射极E(Emitter)、与所述发射极E (Emitter)连接的N+发射区和P+发射区、N阱区、P阱区、N-衬底、透明集电极区BackP+和集电极C(Collector);所述终端区包括多级场板、N-衬底、透明集电极区BackP+和集电极C(Collector);所述透明集电极区BackP+位于所述N-衬底和集电极C(Collector)的中间，所述多级场板位于N-衬底的上部。元胞区由很多元胞并联而成，共同分担这个芯片的电流，各元胞在表面有基本相同的电位。所述金属发射极E(Emitter)为挖槽式结构，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层。所述发射极为挖槽式结构。挖槽式是在隔离氧化层ILD(Isolate Oxide)开的窗ロ处向下刻蚀形成ー个深度为O. 2 O. 5um、下底边长为4. 8um、上底边长为5um的梯形体凹槽，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层，再在凹槽处填充金属形成金属发射极，这样可以增大金属和N+及P+的接 触面积，降低接触电阻，同时也可以增大散热面积，使器件的散热更均匀，高温特性更好。所述N+发射区和所述P+发射区分别位于所述N-衬底内的N阱区和P阱区内。所述多级场板包括金属发射极、多晶硅栅电极G(Gate)和氧化层；所述氧化层为阶梯结构。所述氧化层包括厚度为O. I O. 2um的栅氧化层GOX(Gate Oxide)、厚度为I 2um的场氧化层FOX (Field Oxide);厚度为2 4um的由场氧化层FOX (Field Oxide)和隔离氧化层ILD(Isolate Oxide)以下至上依次叠加构成的ニ元复合层和厚度为5 IOum的由场氧化层FOX (Field Oxide)、_离氧化层ILD (Isolate Oxide)、氮氧化娃氧化层和ニ氧化硅氧化层以下至上依次叠加构成的四元复合层。所述ニ元复合层的场氧化层F0X(Field Oxide)厚度为I 2um，隔离氧化层ILD(IsolateOxide)厚度为I 2um ;所述四元复合层的场氧化层FOX (Field Oxide)厚度为I 2um,隔离氧化层ILD(Isolate Oxide)厚度为I 2um,氮氧化娃氧化层的厚度为
O.I O. 6um, ニ氧化娃氧化层的厚度为3 6um。所述元胞采用Spacer结构,所述Spacer结构是指所述P讲区和N讲区形成之后在整个芯片上淀积ー层氧化膜，然后湿法腐蚀氧化膜，由于湿法腐蚀具有各向异性，氧化膜在边角处和平整处的腐蚀速率不一样，导致边角处会留下氧化层的掩蔽层。所述元胞采用Spacer结构，利用一套光刻版注入P和N型区，可以避免套刻误差，确保元胞沟道的一致性，改善动态特性；同时可以省一道光刻板，减少エ艺步骤，节约成本。所述N+发射区和P+发射区以Spacer结构作为注入掩蔽层形成。所述P阱区和N阱区是同一个注入窗ロ，先注硼元素Be形成P阱区再注磷元素P形成N阱区。本申请金属发射极采用挖槽式，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层使电极充分接触高浓度的N+发射区和P+发射区，可以在降低欧姆接触电阻的同时增大金属接触面积，使散热更均匀，器件的高温特性更好，未侧向腐蚀的槽式电极见图4，侧向腐蚀的槽式电极见图5。为了抑制绝缘栅双极型晶体管IGBT闩锁的发生，还会再注入高浓度的P+区，元胞区N-衬底通过背面注入形成一层很薄的透明集电极区BackP+，起到电导调制作用，使绝缘栅双极晶体管IGBT饱和电压呈正温度系数，更适合并联，透明集电极区BackP+相连的是集电极C(Collector)。
权利要求1.ー种绝缘栅双极晶体管，所述晶体管包括元胞区、終端区和划片槽；其特征在于所述元胞区包括多晶硅栅电极、金属发射极、与所述发射极连接的N+发射区和P+发射区、N阱区、P阱区、N-衬底、透明集电极区和集电极；所述终端区包括多级场板、N-衬底、透明集电极区和集电极；所述透明集电极区位于所述N-衬底和集电极的中间，所述多级场板位于N-衬底的上部。
2.根据权利要求I所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述发射极为挖槽式结构，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层。
3.根据权利要求I所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述N+发射区和所述P+发射区分别位于所述N-衬底内的N阱区和P阱区内。
4.根据权利要求I所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述多级场板包括金属发射极、多晶硅栅电极和氧化层。
5.根据权利要求4所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述氧化层为阶梯结构。
6.根据权利要求4或5所述的ー种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于所述氧化层包括厚度为O. I O. 2um的栅氧化层、厚度为I 2um的场氧化层；厚度为2 4um的由场氧化层和隔离氧化层以下至上依次叠加构成的ニ元复合层和厚度为5 IOum的由场氧化层、隔离氧化层、氮氧化硅氧化层和ニ氧化硅氧化层以下至上依次叠加构成的四元复合层。
7.根据权利要求6所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述ニ元复合层的场氧化层厚度为I 2um，隔离氧化层厚度为I 2um ;所述四元复合层的场氧化层厚度为I 2um,隔离氧化层厚度为I 2um，氮氧化硅氧化层的厚度为O. I O. 6um, ニ氧化硅氧化层的厚度为3 6um。
8.根据权利要求I所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述元胞采用Spacer结构。
9.根据权利要求I所述的ー种绝缘栅双极晶体管，其特征在于所述N+发射区和P+发射区以Spacer结构作为注入掩蔽层形成。
专利摘要本实用新型提供一种绝缘栅双极晶体管，晶体管包括元胞区、终端区和划片槽；所述元胞区包括多晶硅栅电极、发射极、与所述发射极连接的N+发射区和P+发射区、N阱区、P阱区、N-衬底、透明集电极区和集电极。本实用新型多级场板中的氮氧化硅层有腐蚀阻挡层的作用，对工艺精度要求低；并且氮氧化硅层致密性好，提高晶体管的稳定性和可靠性。发射极采用挖槽式，并在挖槽后侧向腐蚀氧化层可以在降低欧姆接触电阻的同时增大金属接触面积，使散热更均匀，器件的高温特性更好。所述元胞采用Spacer结构，利用一套光刻版注入P和N型区，可以避免套刻误差，确保元胞沟道的一致性，改善动态特性；同时可以省一道光刻板，减少工艺步骤，节约成本。
文档编号H01L29/739GK202633315SQ20122015178
公开日2012年12月26日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者高明超, 于坤山, 金锐, 温家良, 袁玉湘, 刘江, 刘钺杨, 赵哿, 韩荣刚, 杨霏, 张冲 申请人:中国电力科学研究院