一種絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)結(jié)構(gòu)及其制造方法，該結(jié)構(gòu)是平面IGBT結(jié)構(gòu)，并且其特征在于超薄溝道和位于溝道下面的掩埋氧化物。該結(jié)構(gòu)可以提供理論上最低的通態(tài)壓降。
【專利說明】
一種絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和制造工藝，并且具體是涉及IGBT。
[0002]發(fā)明背景
[0003]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)已經(jīng)被廣泛用于高壓功率電子系統(tǒng)，如變頻驅(qū)動器和逆變器，令人希望的是器件內(nèi)具有低功率損耗。IGBT的導(dǎo)通損耗是功率損耗的主要組成部分，并且導(dǎo)通損耗可以用器件的通態(tài)壓降來表征。因此，本發(fā)明的目的是提供具有理論上最低通態(tài)壓降的IGBT。
現(xiàn)有技術(shù)
[0004]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)IGBT器件100的橫截面。器件100是MOS控制PNP雙極結(jié)型晶體管。MOS溝道由n+發(fā)射區(qū)(112)、p型基區(qū)(113)、n—漂移區(qū)(114)、柵電介質(zhì)(130)和柵電極(121)組成，其中P型基區(qū)(113)通過p+擴散區(qū)(111)連接到發(fā)射極(120)。器件的導(dǎo)通或關(guān)斷是由MOS溝道控制的。在器件100的通態(tài)下，空穴從背面的P+集電區(qū)(116)/n型緩沖區(qū)(115)結(jié)注入，另一方面，電子通過MOS溝道導(dǎo)通，非平衡電子和空穴在輕摻雜η—漂移區(qū)(114)中形成高濃度等離子體，這引起該區(qū)的高電導(dǎo)率。然而，由于輕微反向偏置的η—漂移區(qū)(114)/ρ型基區(qū)(113)結(jié)，該結(jié)附近的電子空穴等離子體的濃度相對較低。圖2中示出了根據(jù)距離變化的η—漂移區(qū)(114)中的電子空穴等離子體濃度。如圖中所示，由于在η—漂移區(qū)(114)/ρ型基區(qū)(113)結(jié)位置的漂移電流，電子空穴等離子體在那里的濃度幾乎為零。在那里減小的濃度使器件100的通態(tài)壓降相對大于p-1-n型二極管的通態(tài)壓降。如果能夠消除反向偏置的η—漂移區(qū)(114)/ρ型基區(qū)(113)結(jié)，器件100的理論上最低通態(tài)壓降可以與p-1-n型二極管的通態(tài)壓降相同。在器件100中，為了實現(xiàn)理論上最低的通態(tài)壓降，需要降低溝槽之間的硅臺面寬度。當(dāng)臺面寬度為大約為20nm時，兩個相鄰的反型層可以合并在一起，當(dāng)P型基區(qū)(113)完全轉(zhuǎn)換為n+反型層時，器件的通態(tài)壓降可與p-1-n型二極管的通態(tài)壓降相同。然而，在器件100中制造大約20nm的臺面寬度實際上是非常困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的是提供具有理論上最低通態(tài)壓降的IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0006]為了實現(xiàn)這個和其他目的，本發(fā)明提供了一種絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)結(jié)構(gòu)，其包括:位于底部的集電極(322);位于集電極(322)頂上的P+集電區(qū)(316);位于P+集電區(qū)
(316)頂上的η型緩沖區(qū)(315);位于η型緩沖區(qū)(315)頂上的η—漂移區(qū)(314);p型浮置區(qū)
(317)，該浮置區(qū)部分地被η—漂移區(qū)(314)的上表面包圍；位于P型浮置區(qū)(317)頂上的掩埋氧化物(332);位于掩埋氧化物(332)頂上的超薄P型基區(qū)(313);鄰近P型基區(qū)(313)的P+接觸區(qū)(311);鄰近P型基區(qū)(313)和P+接觸區(qū)(311)的η+發(fā)射區(qū)(312);短接η+發(fā)射區(qū)(312)和P+接觸區(qū)(311)的發(fā)射極(321);柵電介質(zhì)(330)，該柵電介質(zhì)覆蓋P型基區(qū)(313)并且因此形成從η+發(fā)射區(qū)(312)到η—漂移區(qū)(314)的電子溝道;位于柵電介質(zhì)(330)頂上的柵電極(320);將柵電極(320)與發(fā)射極(321)隔離的層間電介質(zhì)(331)。
[0007]為了實現(xiàn)這個和其他目的，本發(fā)明還提供了IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法。
[0008]一種絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，
[0009]位于底部的集電極；
[0010]位于所述集電極頂上的第二導(dǎo)電型集電區(qū)；
[0011]位于所述第二導(dǎo)電型集電區(qū)頂上的第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)；
[0012]位于所述第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)頂上的第一導(dǎo)電型漂移區(qū)；
[0013]位于第一導(dǎo)電型漂移區(qū)上的浮置區(qū)；
[0014]位于所述浮置區(qū)頂上的掩埋氧化物；
[0015]位于所述掩埋氧化物頂上的第二導(dǎo)電型基區(qū)、接觸區(qū)和發(fā)射區(qū)，所述的接觸區(qū)和發(fā)射區(qū)交替排列，所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)與接觸區(qū)和發(fā)射區(qū)并列排列；
[0016]位于發(fā)射區(qū)和所述的接觸區(qū)的頂部并短接所述發(fā)射區(qū)和所述接觸區(qū)的發(fā)射極；
[0017]位于所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)上方并覆蓋所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)的柵電介質(zhì)，并且因此形成從所述發(fā)射區(qū)到所述漂移區(qū)的電子溝道；
[0018]位于所述柵電介質(zhì)頂上的柵電極，
[0019]將所述柵電極與所述發(fā)射極隔離的層間電介質(zhì)；
[0020]所述的柵電介質(zhì)、浮置區(qū)、電極和第二導(dǎo)電型基區(qū)均和第一導(dǎo)電型漂移區(qū)接觸。[0021 ]進一步的，所述第二導(dǎo)電型集電區(qū)具有從I X 118Cnf3到I X 121Cnf3的摻雜濃度。
[0022]進一步的，所述第二導(dǎo)電型集電區(qū)具有在0.Ιμπι與Ιμπι之間的深度。
[0023]進一步的，所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)具有從IX 112Cnf3到I X 1015cm—3的摻雜濃度。
[0024]進一步的，所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)具有在30μπι與400μπι之間的長度。
[0025]進一步的，所述浮置區(qū)的摻雜濃度至少比所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)的摻雜濃度高10倍。
[0026]進一步的，所述浮置區(qū)具有在0.3μπι與3μπι之間的深度。
[0027]進一步的，所述第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)具有比所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)的摻雜濃度相對更高的摻雜濃度以及比所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)的長度更短的長度。
[0028]進一步的，所述掩埋氧化物具有在20nm與200nm之間的厚度。
[0029]進一步的，所述掩埋氧化物完全被所述的浮置區(qū)、所述的第一導(dǎo)電型漂移區(qū)、所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)、所述接觸區(qū)和所述發(fā)射區(qū)所構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域包圍。
[°03°]進一步的，所述第二導(dǎo)電型基區(qū)具有在5nm與20nm之間的厚度。
[0031 ]進一步的，所述接觸區(qū)具有從I X 119Cnf3到I X 121Cnf3的摻雜濃度。
[0032]進一步的，所述發(fā)射區(qū)具有從IX 119Cnf3到I X 1021cm—3的摻雜濃度。
[0033]一種制造IGBT結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
[0034]從輕摻雜襯底晶圓開始，
[0035]在所述晶圓的表面上形成圖案化氧化物層，
[0036]將所述圖案化氧化物層用作硬掩膜來將氧離子注入到所述晶圓中，
[0037]在高溫下退火以形成掩埋氧化物，
[0038]通過濕法蝕刻去除所述硬掩膜氧化物，
[0039]通過光刻法、注入和退火來形成所述第二導(dǎo)電型基區(qū)和所述浮置區(qū)，
[0040]形成所述柵電介質(zhì)，
[0041]通過多晶硅淀積和圖案化形成柵電極，
[0042]通過光刻法、注入和退火形成接觸區(qū)，
[0043]通過光刻法、注入和退火形成發(fā)射區(qū)，
[0044]淀積層間電介質(zhì)，
[0045]通過圖案化所述層間電介質(zhì)形成接觸孔，
[0046]通過金屬淀積和圖案化形成發(fā)射極，
[0047]減薄所述襯底晶圓以形成所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)，
[0048]通過背面注入和退火形成第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)，
[0049]通過背面注入和退火形成第二導(dǎo)電型集電區(qū)，
[0050]通過在背部金屬淀積并通過合金來形成集電極。
[0051 ]一種制造IGBT結(jié)構(gòu)的方法，包括:
[0052]從輕摻雜襯底晶圓開始，
[0053]在所述晶圓的表面上形成圖案化氧化物層，
[0054]將所述圖案化氧化物層用作硬掩膜來將氧離子注入所述晶圓中，
[0055]在高溫下退火以形成掩埋氧化物，
[0056]通過濕法蝕刻去除所述硬掩膜氧化物，
[0057]通過光刻法、注入和退火來形成所述第二導(dǎo)電型基區(qū)和所述浮置區(qū)，
[0058]形成所述柵電介質(zhì)，
[0059]通過多晶硅淀積和圖案化形成柵電極，
[0060]通過光刻法、注入和退火形成接觸區(qū)，
[0061 ]通過光刻法、注入和退火形成發(fā)射區(qū)，
[0062]淀積層間電介質(zhì)，
[0063]減薄所述襯底晶圓以形成所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)，
[0064]通過背面注入和退火形成第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)，
[0065]通過背面注入和退火形成第二導(dǎo)電型集電區(qū)，
[0066]通過圖案化所述層間電介質(zhì)形成接觸孔，
[0067]通過金屬淀積和圖案化形成發(fā)射極，
[0068]通過在背部金屬淀積并通過合金來形成集電極。
[0069]進一步的，所述第二導(dǎo)電型基區(qū)和所述浮置區(qū)被單次注入。
[0070]進一步的，所述第二導(dǎo)電型基區(qū)和所述浮置區(qū)被多次注入。
[0071]進一步的，所述柵電介質(zhì)是通過氧化所述晶圓的表面形成的。
[0072]進一步的，所述柵電介質(zhì)是通過氧化所述晶圓的表面并且然后淀積高介電常數(shù)電介質(zhì)形成的。
[0073]本發(fā)明的有益效果在于:提供具有理論上最低通態(tài)壓降的IGBT。
【附圖說明】
[0074]圖1是現(xiàn)有技術(shù)IGBT器件100的橫截面視圖；
[0075]圖2是說明圖，示出了器件100的漂移區(qū)中的通態(tài)電子空穴等離子體分布曲線和理想分布曲線；
[0076]圖3是以IGBT器件300實施的本發(fā)明的橫截面視圖；
[0077]圖4是之前圖3中所示的器件300的俯視圖；
[0078]圖5表示起始晶圓的表面上的掩膜氧化物層(333)的形成；
[0079]圖6表示掩埋氧化物(332)的形成；
[0080]圖7表示P型基區(qū)(313)和P型浮置區(qū)(317)的形成；
[0081]圖8表示柵疊層的形成；
[0082]圖9表示P+接觸區(qū)(311)和n+發(fā)射區(qū)(312)的形成；
[0083]圖10表示層間電介質(zhì)(331)的形成；
[0084]圖11表示接觸孔(340)的形成；
[0085]圖12表示發(fā)射極(321)和η—漂移區(qū)(314)的形成；
[0086]圖13表示η型緩沖區(qū)(315)和P+集電區(qū)(316)的形成；
[0087]圖14表示集電極(322)的形成。
【具體實施方式】
[0088]將使用η型溝道器件說明本發(fā)明，但在以下說明中應(yīng)理解的是，本發(fā)明同樣適用于P型溝道器件。在本發(fā)明的說明書中，重?fù)诫sη型區(qū)被標(biāo)記為η+，并且重?fù)诫sP型區(qū)被標(biāo)記為P+，在硅中，除非另外說明，重?fù)诫s區(qū)通常具有在I X 119Cnf3與I X 121Cnf3之間的摻雜濃度。在本發(fā)明的說明書中，輕摻雜η型區(qū)被標(biāo)記為η—，并且輕摻雜P型區(qū)被標(biāo)記為ρ—，在硅中，除非另外說明，輕摻雜區(qū)通常具有在I X 113Cnf3與I X 117Cnf3之間的摻雜濃度。
[0089]圖3是以IGBT器件300實施的本發(fā)明的橫截面視圖，圖4是同一器件300的俯視圖。器件300包括:位于底部的集電極(322);位于集電極(322)頂上的ρ+集電區(qū)(316);位于ρ+集電區(qū)(316)頂上的η型緩沖區(qū)(315);位于η型緩沖區(qū)(315)頂上的η—漂移區(qū)(314) ;ρ型浮置區(qū)(317)，該浮置區(qū)部分地被η—漂移區(qū)(314)的上表面包圍；位于ρ型浮置區(qū)(317)頂上的掩埋氧化物(332);位于掩埋氧化物(332)頂上的超薄ρ型基區(qū)(313);鄰近ρ型基區(qū)(313)的ρ+接觸區(qū)(311);鄰近ρ型基區(qū)(313)和ρ+接觸區(qū)(311)的η+發(fā)射區(qū)(312);短接η+發(fā)射區(qū)(312)和ρ+接觸區(qū)(311)的發(fā)射極(321);柵電介質(zhì)(330)，該柵電介質(zhì)覆蓋ρ型基區(qū)(313)并且因此形成從η+發(fā)射區(qū)(312)到η—漂移區(qū)(314)的電子溝道;位于柵電介質(zhì)(330)頂上的柵電極(320);將柵電極(320)與發(fā)射極(321)隔離的層間電介質(zhì)(331)。如圖3和圖4中所示，器件300是平面IGBT。在柵極-發(fā)射極電壓(Vge)為零的情況下，ρ型基區(qū)(313)/η—漂移區(qū)(314)結(jié)可以阻斷電流從集電極(322)流至發(fā)射極(321)，這將器件300保持在斷態(tài)。在器件的斷態(tài)下，當(dāng)集電極-發(fā)射極阻斷電壓(Vce)較高時，ρ型浮置區(qū)(317)可以保護ρ型基區(qū)(313)不受到η—漂移區(qū)
(314)中高電場的影響。另一方面，在典型的正高壓Vge(例如，15V)下，超薄ρ型基區(qū)(313)被完全轉(zhuǎn)換成η+反型層，η+反型層能夠?qū)㈦娮訌摩?發(fā)射區(qū)(312)導(dǎo)通至η—漂移區(qū)(314)，并且因此器件處于通態(tài)，在器件的通態(tài)下，η+反型層附近的電子空穴等離子體濃度可以和p-1-n 二極管中的電子空穴等離子體濃度一樣高。因此，器件300可以實現(xiàn)理論上最低的通態(tài)壓降。在器件的關(guān)斷期間，通常需要負(fù)壓Vce(例如，-15V)在ρ型基區(qū)(313)中提供足夠的空穴電流。
[0090]基于器件300的操作機制，需要相應(yīng)地設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)。如之前圖3中所示，ρ+集電區(qū)
(316)可以在器件300的通態(tài)下注入空穴，其與器件100中的情況相同。然而，背面的ρ+集電區(qū)(316)/n型緩沖區(qū)(315)結(jié)的空穴注入效率不應(yīng)太高以至于大大降低開關(guān)速度，因此，從IX 118Cnf3到I X 121Cnf3的摻雜濃度和在0.Ιμπι與Ιμπι之間的深度對于P+集電區(qū)(316)而言是優(yōu)選的。η—漂移區(qū)(314)的摻雜濃度和長度取決于器件300的額定電壓，IGBT—般具有400V與6000V之間的額定電壓。基于該范圍，η—漂移區(qū)(314)的摻雜濃度在I X 1012cm—3與I X115Cnf3之間，并且η—漂移區(qū)(314)的長度在30μπι與400μπι之間。在阻斷狀態(tài)下，ρ型浮置區(qū)
(317)應(yīng)有效地保護η—漂移區(qū)(314)中的電場。因此，ρ型浮置區(qū)(317)的摻雜濃度應(yīng)至少比η—漂移區(qū)(314)的摻雜濃度高10倍，以便在阻斷狀態(tài)下避免完全耗盡。另一方面，為了在通態(tài)下在附近的η—漂移區(qū)(314)中具有寬電流路徑，ρ型浮置區(qū)(317)應(yīng)具有小深度。ρ型浮置區(qū)
(317)的深度優(yōu)選地在0.3μπι與3μπι之間。在阻斷狀態(tài)下，η型緩沖區(qū)(315)應(yīng)使耗盡區(qū)停止擴張。因此，η型緩沖區(qū)(315)的摻雜濃度應(yīng)比η—漂移區(qū)(314)的摻雜濃度更高。由于阻斷電壓主要由耗盡的η—漂移區(qū)(314)維持，所以η型緩沖區(qū)(315)的長度可以比η—漂移區(qū)(314)的長度小得多。掩埋氧化物(332)的功能是將ρ型浮置區(qū)(317)與ρ型基區(qū)(313)電分離。因此，薄的掩埋氧化物(332)是優(yōu)選的，以便減少制造的加工時間和成本。掩埋氧化物(332)的厚度優(yōu)選地在20nm與200nm之間。為了將ρ型浮置區(qū)(317)與ρ型基區(qū)(313)、？+接觸區(qū)(311)和11+發(fā)射區(qū)(312)完全隔離，掩埋氧化物(332)應(yīng)具有比ρ型基區(qū)(313)、p+接觸區(qū)(311)與n+發(fā)射區(qū)
(312)的寬度相對更大的寬度。而且，為了獲得小的元胞間距，臨近的元胞應(yīng)共享掩埋氧化物(332)、p+接觸區(qū)(311)與n+發(fā)射區(qū)(312)?；谝陨峡紤]，掩埋氧化物(332)完全被包裹在ρ型浮置區(qū)(317)、n—漂移區(qū)(314)、p型基區(qū)(313)、？+接觸區(qū)(311)與11+發(fā)射區(qū)(312)所構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)。在正高壓Vce下，ρ型基區(qū)(313)需要完全被轉(zhuǎn)換成n+反型層。該特性僅可以用超薄硅層和適當(dāng)?shù)膿诫s濃度實現(xiàn)。反型層一般具有大約1nm的厚度。因此，ρ型基區(qū)(313)的厚度優(yōu)選地在5nm與20nm之間，而ρ型基區(qū)(313)的摻雜濃度由閾值電壓要求決定。在負(fù)高壓Vce(例如，-15V)下，ρ+接觸區(qū)(311)應(yīng)將積累的ρ型基區(qū)(313)連接至發(fā)射極(321)。因此，ρ+接觸區(qū)(311)應(yīng)是重?fù)诫s的，以提供小寄生電阻。在通態(tài)下，η+發(fā)射區(qū)(312)應(yīng)向溝道提供電子，并且通態(tài)電流應(yīng)流經(jīng)η+發(fā)射區(qū)(312)到達發(fā)射極。因此，η+發(fā)射區(qū)(312)應(yīng)是重?fù)诫s的，以提供小寄生電阻。最后，值得指出的是，P+接觸區(qū)(311)的寬度和η+發(fā)射區(qū)(312)的寬度不一定相同。11+發(fā)射區(qū)(312)的寬度應(yīng)被設(shè)計成提供所需的飽和電流。例如，在現(xiàn)代IGBT中，飽和電流為大約500A/cm2。因此，η+發(fā)射區(qū)(312)的寬度應(yīng)被設(shè)計成提供適當(dāng)?shù)碾娮訙系烂芏?，以便滿足飽和電流的要求。另一方面，在器件關(guān)斷過程中，P+接觸區(qū)(311)應(yīng)能夠?qū)ㄗ銐虻目昭娏?。因此，P+接觸區(qū)(311)的寬度應(yīng)被設(shè)計成提供足夠的空穴導(dǎo)通面積，以便安全關(guān)斷器件。
[0091]圖5至圖14示出了之前圖3和圖4中所示的器件300的制造方法。
[0092]圖5示出了起始晶圓的表面上的掩膜氧化物層(333)的形成:起始晶圓是輕摻雜的η型襯底晶圓。晶圓的摻雜濃度取決于器件300的額定電壓，一般來說η型襯底晶圓的摻雜濃度在I X 112Cnf3與I X 115Cnf3之間，通過淀積或熱生長二氧化硅層并且然后圖案化來形成中間產(chǎn)物掩膜氧化物(333)。
[0093]圖6示出了掩埋氧化物(332)的形成。掩埋氧化物(332)的材質(zhì)是二氧化硅。掩埋氧化物通過通常被稱為SIM0X:注氧隔離的方法形成。首先，通過將圖案化氧化物(333)用作硬掩膜來注入氧離子，然后，晶圓在高溫下(例如，1300°C)退火，退火在注入?yún)^(qū)形成氧化硅掩埋氧化物(332)，并且新形成的氧化硅掩埋氧化物(332)逐漸將其周圍的硅析出。該析出過程在掩埋氧化物(332)上方形成頂部薄硅區(qū)。最后，表面的圖案化掩膜氧化物(333)硬掩膜通過濕法蝕刻被完全去除。
[0094]圖7示出了ρ型基區(qū)(313)和ρ型浮置區(qū)(317)的形成:首先，實施光刻來限定注入?yún)^(qū)，然后，通過將圖案化光刻膠用作掩膜來實施硼注入。在本發(fā)明的一個實施例中，針對P型基區(qū)(313)和ρ型浮置區(qū)(317)兩者實施單次注入。在本發(fā)明的另一個實施例中，針對ρ型基區(qū)(313)和ρ型浮置區(qū)(317)實施多次注入，以便滿足兩個區(qū)的濃度和深度的不同要求。在注入之后，去除光刻膠。然后，實施退火以激活摻雜物。退火優(yōu)選地是快速熱退火以便將摻雜物的擴散減到最小。
[0095]圖8示出了柵疊層的形成。首先，形成柵電介質(zhì)(330):在本發(fā)明的實施例中，柵電介質(zhì)(330)是通過將硅表面氧化來形成的，這可以使ρ型基區(qū)(313)的厚度進一步減小。在本發(fā)明的另一個實施例中，柵電介質(zhì)(330)是通過將硅表面氧化并且然后淀積高介電常數(shù)電介質(zhì)來形成的，這可以在P型基區(qū)(313)中引起更少的熱擴散和因此雜質(zhì)濃度分布更可控。在形成柵電介質(zhì)(330)之后，淀積并圖案化多晶硅以形成柵電極(320)。
[0096]圖9示出了ρ+接觸區(qū)(311)和n+發(fā)射區(qū)(312)的形成。首先，針對p+接觸區(qū)(311)實施光刻。然后，通過將圖案化光刻膠用作掩膜來實施硼注入。在那之后，去除光刻膠。然后，實施退火以激活硼離子，從而形成P+接觸區(qū)(311)。在那之后，針對n+發(fā)射區(qū)(312)實施光刻。然后，通過將圖案化光刻膠用作掩膜來實施砷或磷注入。在那之后，去除光刻膠。然后，實施退火以激活砷/磷離子，從而形成η+發(fā)射區(qū)(312)。在本發(fā)明的另一個實施例中，以上退火步驟可以合并從而同時激活硼離子和砷/磷離子。
[0097]圖1O示出了層間電介質(zhì)(331)的形成。層間電介質(zhì)(ILD，331)優(yōu)選地是二氧化硅，并且ILD(331)通過化學(xué)氣相淀積法淀積。
[0098]圖11示出了接觸孔(340)的形成。接觸孔(340)是通過將ILD(331)圖案化來形成的。
[0099]圖12示出了發(fā)射極(321)和η—漂移區(qū)(314)的形成。首先，淀積金屬并且用金屬填充接觸孔(340)。然后，將金屬圖案化，從而形成發(fā)射極(321)。在那之后，從背面減薄襯底晶圓，從而形成η—漂移區(qū)(314)。減薄過程通常是先機械研磨，之后化學(xué)腐蝕。
[0100]圖13示出了η型緩沖區(qū)(315)和ρ+集電區(qū)(316)的形成。首先，在晶圓的背面注入磷離子。然后，實施退火以激活注入的磷離子并且因此形成η型緩沖區(qū)(315)。在那之后，在晶圓的背面注入硼離子。然后，實施退火以激活注入的硼離子并且因此形成P+集電區(qū)(316)。由于正面處存在金屬，通常在低溫(例如，480°C)下實施η型緩沖區(qū)(315)和ρ+集電區(qū)(316)的退火，但在激光退火情況下可以使用高溫(例如，1000°C )。而且，也可以使用單次退火同時激活η型緩沖區(qū)(315)和ρ+集電區(qū)(316)。
[0101]圖14示出了集電極(322)的形成。集電極(322)是通過在晶圓的背面淀積金屬層來形成的。在淀積金屬之后，優(yōu)選地實施合金以便降低集電極(322)與ρ+集電區(qū)(316)之間的接觸電阻。
[0102]最后，值得指出的是，可以根據(jù)制造能力來調(diào)整以上步驟的順序。例如，如果在不使用昂貴的激光退火系統(tǒng)的情況下需要完全激活η型緩沖區(qū)(315)和ρ+集電區(qū)(316)中的離子，則接觸孔(340)和發(fā)射極(321)的形成可以放在η型緩沖區(qū)(315)和ρ+集電區(qū)(316)的形成之后。然而，如果在減薄晶圓之后形成接觸孔(340)和發(fā)射極(321)，這就需要適用于薄晶圓的光刻系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1.一種絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括 位于底部的集電極(322); 位于所述集電極(322)頂上的第二導(dǎo)電型集電區(qū)(316); 位于所述第二導(dǎo)電型集電區(qū)(316)頂上的第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)(315); 位于所述第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)(315)頂上的第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314); 位于第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)上的第二導(dǎo)電類型的浮置區(qū)(317); 位于所述浮置區(qū)(317)頂上的掩埋氧化物(332); 位于所述掩埋氧化物(332)頂上的第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)、接觸區(qū)(311)和發(fā)射區(qū)(312)，所述的接觸區(qū)(311)和發(fā)射區(qū)(312)交替排列，所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)與接觸區(qū)(311)和發(fā)射區(qū)(312)并列排列； 位于發(fā)射區(qū)(312)和所述的接觸區(qū)(311)的頂部并短接所述發(fā)射區(qū)(312)和所述接觸區(qū)(311)的發(fā)射極(321); 位于所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)上方并覆蓋所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)的柵電介質(zhì)(330)，并且因此形成從所述發(fā)射區(qū)(312)到所述漂移區(qū)(314)的電子溝道； 位于所述柵電介質(zhì)(330)頂上的柵電極(320)， 將所述柵電極(320)與所述發(fā)射極(321)隔離的層間電介質(zhì)(331); 所述的柵電介質(zhì)(330)、浮置區(qū)(317)、掩埋氧化物(332)和第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)均和第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)臨近。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)電型集電區(qū)(316)具有從I X 1018cm—3到I X 1021cm—3的摻雜濃度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)電型集電區(qū)(316)具有在0.Ιμπι與Ιμπι之間的深度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)具有從I X 1012cm—3到I X 1015cm—3的摻雜濃度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)具有在30μπι與400μπι之間的長度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型浮置區(qū)(317)的摻雜濃度至少比所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)的摻雜濃度高10倍。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述浮置區(qū)(317)具有在0.3μηι與3μηι之間的深度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)(315)具有比所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)的摻雜濃度相對更高的摻雜濃度以及比所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)的長度更短的長度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述掩埋氧化物(332)具有在20nm與200nm之間的厚度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述掩埋氧化物(332)完全被所述的浮置區(qū)(317)、所述的第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)、所述的第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)、所述接觸區(qū)(311)和所述發(fā)射區(qū)(312)所構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域包圍。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)具有在5nm與20nm之間的厚度。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接觸區(qū)(311)具有從I X 1019cm-3到I X 1021cm—3的摻雜濃度。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)射區(qū)(312)具有從I X 1019cm-3到I X 1021cm—3的摻雜濃度。14.一種制造IGBT結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括如下步驟: 從輕摻雜襯底晶圓開始， 在所述晶圓的表面上形成圖案化氧化物層(333)， 將所述圖案化氧化物層(333)用作硬掩膜來將氧離子注入到所述晶圓中，在高溫下退火以形成掩埋氧化物(332)， 通過濕法蝕刻去除所述的硬掩膜氧化物(333)， 通過光刻法、注入和退火來形成所述第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)和所述第二導(dǎo)電型浮置區(qū)(317)， 形成所述柵電介質(zhì)(330)， 通過多晶硅淀積和圖案化形成柵電極(320)， 通過光刻法、注入和退火形成接觸區(qū)(311)， 通過光刻法、注入和退火形成發(fā)射區(qū)(312)， 淀積層間電介質(zhì)(331)， 通過圖案化所述層間電介質(zhì)(331)形成接觸孔(340)， 通過金屬淀積和圖案化形成發(fā)射極(321)， 減薄所述襯底晶圓以形成所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)， 通過背面注入和退火形成第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)(315)， 通過背面注入和退火形成第二導(dǎo)電型集電區(qū)(316)， 通過在背部金屬淀積并通過合金來形成集電極(322)。15.一種制造IGBT結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括: 從輕摻雜襯底晶圓開始， 在所述晶圓的表面上形成圖案化氧化物層(333)， 將所述圖案化氧化物層(333)用作硬掩膜來將氧離子注入所述晶圓中， 在高溫下退火以形成掩埋氧化物(332)， 通過濕法蝕刻去除所述硬掩膜氧化物(333)， 通過光刻法、注入和退火來形成所述第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)和所述第二導(dǎo)電型浮置區(qū)(317)， 形成所述柵電介質(zhì)(330)， 通過多晶硅淀積和圖案化形成柵電極(320)， 通過光刻法、注入和退火形成接觸區(qū)(311)， 通過光刻法、注入和退火形成發(fā)射區(qū)(312)， 淀積層間電介質(zhì)(331)， 減薄所述襯底晶圓以形成所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)(314)， 通過背面注入和退火形成第一導(dǎo)電型緩沖區(qū)(315)， 通過背面注入和退火形成第二導(dǎo)電型集電區(qū)(316)， 通過圖案化所述層間電介質(zhì)(331)形成接觸孔(340)， 通過金屬淀積和圖案化形成發(fā)射極(321)， 通過在背部金屬淀積并通過合金來形成集電極(322)。16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，其中，所述第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)和所述第二導(dǎo)電型浮置區(qū)(317)被單次注入。17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，其中，所述第二導(dǎo)電型基區(qū)(313)和所述第二導(dǎo)電型浮置區(qū)(317)被多次注入。18.根據(jù)權(quán)利要求14和15所述的制造方法，其特征在于，其中，所述柵電介質(zhì)(330)是通過氧化所述晶圓的表面形成的。19.根據(jù)權(quán)利要求14和15所述的制造方法，其特征在于，其中，所述柵電介質(zhì)(330)是通過氧化所述晶圓的表面并且然后淀積高介電常數(shù)電介質(zhì)形成的。
【文檔編號】H01L21/331GK106098761SQ201610493847
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】周賢達, 黃嘉杰, 單建安
【申請人】黃嘉杰