一種絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)和制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)，所述元胞結(jié)構(gòu)中至少包含發(fā)射區(qū)，集電區(qū)，溝槽，溝槽柵氧化膜，多晶硅柵，第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)，第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，置于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)和所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)之間的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)，相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)。本發(fā)明通過引入第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)和第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)，可以在得到同樣的絕緣柵雙極晶體管的阻斷電壓的情況下，進一步減小絕緣柵雙極晶體管在導(dǎo)通時的功耗，并改善器件的關(guān)斷特性。本發(fā)明還公開了一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法。
【專利說明】
一種絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還涉及一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣棚■雙極晶體管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)器件巧妙地實現(xiàn)了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor, M0SFET)和雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junct1n Transistor，BJT)的優(yōu)化組合，同時具有低能耗、高壓、大電流、高效率的特點。目前IGBT器件業(yè)已成為一種不可替代的電力電子器件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、交通、能源等領(lǐng)域，例如空調(diào)的變頻部分，太陽能光電轉(zhuǎn)化組件，汽車電子中需要的點火裝置，高壓高能電流傳輸設(shè)備等等。從IGBT器件的技術(shù)發(fā)展歷程看，其歷經(jīng)了外延娃片穿通型(punch through，PT)、薄片工藝以及區(qū)恪娃非穿通型(Non punch through，NPT)、場截止型(f ield_stop，F(xiàn)S)等技術(shù)演進，器件結(jié)構(gòu)也從平面型演變?yōu)闇喜坌汀喜蹡臝GBT器件(參見圖1)，由于其在導(dǎo)通時溝槽中的多晶柵對溝槽周圍的電子施加了一個正的偏壓，溝槽周圍的電子形成一個積累區(qū)，從而使該區(qū)域的載流子濃度增高，減低了 IGBT的導(dǎo)通電阻。
[0003]IGBT器件一般由電荷流動區(qū)和終端區(qū)構(gòu)成，電荷流動區(qū)中由很多重復(fù)的元胞組成(如圖1中點線方框中的部分就是一個元胞)。
[0004]圖1是場截止型溝槽柵IGBT的一個基本結(jié)構(gòu)例(一個由N型MOSFET和一個PNP雙極型晶體管混合的IGBT，這樣對應(yīng)于權(quán)利要求書中的內(nèi)容，權(quán)利要求書中所述第一種導(dǎo)電類型在這里是N型，權(quán)利要求書中所述第二導(dǎo)電類型在這里為P型)，其元胞結(jié)構(gòu)中包括:N型漂移區(qū)1-2，溝槽3，柵氧化膜4，多晶硅柵5，P型阱2-1，P+(高濃度P)注入?yún)^(qū)2_2，N+ (高濃度N)發(fā)射區(qū)6 (M0SFET的源區(qū))，介質(zhì)膜7，接觸孔8，正面金屬9，N型場截止層1_1，P+(高濃度P)集電區(qū)2-3，背面金屬10.P+注入?yún)^(qū)2-2與N+發(fā)射區(qū)6通過金屬電極進行短接，抑制NPNP晶閘管不能工作，從而保證IGBT的正常工作。
[0005]連接P+注入?yún)^(qū)2-2與N+發(fā)射區(qū)6的金屬電極為發(fā)射極，與P+集電區(qū)2_3相連的背面金屬電極10為集電極。
[0006]圖2是圖1中沿AA’方向的在不同區(qū)域中的雜質(zhì)離子分布圖，圖中X軸表示沿AA’方向的各個區(qū)域，Y軸表示對應(yīng)區(qū)域的雜質(zhì)濃度。圖中P，N表示對應(yīng)區(qū)域的半導(dǎo)體類型。
[0007]圖3是圖1中沿BB’方向的在不同區(qū)域中的雜質(zhì)離子分布圖，圖中X軸表示沿BB’方向的各個區(qū)域，Y軸表示對應(yīng)區(qū)域的雜質(zhì)濃度。圖中P，N表示對應(yīng)區(qū)域的半導(dǎo)體類型。
[0008]在該器件結(jié)構(gòu)中，在導(dǎo)通狀態(tài)下，N漂移區(qū)工作在大注入條件，少數(shù)載流子空穴的濃度遠大于漂移區(qū)本身的摻雜濃度，為了保持電中性，該區(qū)域中電子濃度等于空穴濃度。因此在圖1中溝槽柵下面的區(qū)域Al，由于柵極對溝槽周圍的N型漂移區(qū)施加正偏壓，溝槽周圍的載流子濃度較高，因此從場截止層與漂移區(qū)的結(jié)處到溝槽周圍的整個漂移區(qū)區(qū)域中，載流子的整體濃度較高。
[0009]但對于溝槽柵之下以外的區(qū)域，如圖1中P型阱以下的區(qū)域A2，由于在導(dǎo)通狀態(tài)下P型阱-N漂移區(qū)的結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，在該結(jié)處的載流子濃度為零，這一邊界條件使得區(qū)域A2中，載流子濃度從場截止層與漂移區(qū)的結(jié)(Jl)處到P型阱-N漂移區(qū)的結(jié)(J2)處很快下降(圖10-1所示，漂移區(qū)中載流子濃度分布如圖中1-2區(qū)域的傾斜點線所示)，從而使該區(qū)域的導(dǎo)通電阻升高，增加了器件的導(dǎo)通功耗。
[0010]為了改善這一特性，H.Takahashi等人提出了一種電荷存儲型溝槽柵(CarrierStored Trench-Gate bipolar transistor，CSTBT)，通過在 P 型講與 N 型漂移區(qū)之間加入一層摻雜濃度高于N型漂移區(qū)中摻雜濃度的N型層(如圖4所示，在圖1基礎(chǔ)上增加了高濃度N型層1-3，沿AA’，BB’方向的雜質(zhì)濃度分布見圖5和圖6所示)。在導(dǎo)通狀態(tài)下，在1_3層的區(qū)域形成一個較高的電場強度，使得空穴在靠近N型漂移區(qū)1-2的高濃度N型層1-3的附近積累，提高了該區(qū)域的載流子濃度，從而提高區(qū)域A2中的載流子濃度(如圖10-2，漂移區(qū)中載流子濃度分布如圖中1-2區(qū)域的傾斜點線所示)，降低器件的導(dǎo)通電阻。
[0011]但這一器件結(jié)構(gòu)有下面的問題，一是隨著N型層1-3的摻雜濃度的提高，器件的阻斷電壓會下降，因此對該層的雜質(zhì)濃度的提高有一定的限制，另一方面，由于P型阱(P型阱的中間部分可能有比溝槽附件的P型雜質(zhì)濃度更高的P型雜質(zhì)濃度)與N型漂移區(qū)之間存在較高濃度的N型層1-3，在IGBT從導(dǎo)通到關(guān)斷的過程中，導(dǎo)通時在N型漂移區(qū)中累積的空穴不能很快的通過P型區(qū)到接觸孔，影響了器件的關(guān)斷性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT的元胞結(jié)構(gòu)，在得到同樣的絕緣柵雙極晶體管的阻斷電壓的情況下，進一步減小絕緣柵雙極晶體管在導(dǎo)通時的功耗，并改善器件的關(guān)斷特性。為此，本發(fā)明還公開了一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明的IGBT器件的元胞結(jié)構(gòu)中，至少包含發(fā)射區(qū)，集電區(qū)，溝槽，溝槽柵氧化膜，多晶硅柵，第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)，第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，置于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)和所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)之間的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)，相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)。
[0014]所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的第一種類型的雜質(zhì)摻雜濃度大于或等于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度的2倍；
[0015]所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)中的雜質(zhì)摻雜濃度的設(shè)定，保證該所述電荷補償區(qū)的第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量與周圍的所述增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量的差異小于等于所述電荷補償區(qū)的第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量的15%，也小于等于周圍的所述增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量的15%。
[0016]通過這一高摻雜濃度的第一種導(dǎo)電類型的增強型積累區(qū)的形成，使器件在導(dǎo)通狀態(tài)下，所述增強型積累區(qū)下面區(qū)域的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中載流子濃度提高，從而降低器件的導(dǎo)通電阻；同時，通過采用高摻雜濃度的第一種導(dǎo)電類型的增強型積累區(qū)，使得IGBT器件中MOSFET的積累區(qū)(圖7中1-3 ’，AcAREA)電阻減小，同樣幫助減小IGBT器件的導(dǎo)通電阻。
[0017]通過在相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)之間形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)(圖7中2-4，CbAREA)，使得器件工作在阻斷狀態(tài)時，該第二種類型的電荷補償區(qū)和周圍的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)處于反向偏置狀態(tài)，將產(chǎn)生一個橫向電場，實現(xiàn)PN結(jié)的橫向耗盡，從而減小高摻雜濃度的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)對第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)和該增強型累積區(qū)的結(jié)處的縱向電場強度的影響，同時使得該增強型積累區(qū)的電場強度與位置的關(guān)系是一個梯形，保證了器件的阻斷電壓不因為采用高摻雜濃度的第一種導(dǎo)電類型的增強型積累區(qū)而降低。進一步的，通過控制所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)中雜質(zhì)摻雜量和周圍的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的雜質(zhì)摻雜量的差異，可以在采用更高的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的雜質(zhì)濃度的情況下，仍保持器件的阻斷電壓。
[0018]通過在相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)，使得器件在導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的切換過程中，在導(dǎo)通狀態(tài)下在第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中累積的第二種導(dǎo)電類型的載流子能夠通過該第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)到達發(fā)射極的接觸點(金屬與硅的歐姆接觸處)，減小器件的關(guān)斷能耗，改善器件的關(guān)斷特性。
[0019]進一步的改進是，所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度大于或等于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度的5倍，這樣進一步提高了導(dǎo)通狀態(tài)下第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中的載流子濃度和MOSFET的積累區(qū)的電阻，減低了器件的導(dǎo)通電阻；
[0020]進一步的改進是，所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)可以透過所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的區(qū)域，與所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)直接接觸；這樣使得器件在導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的切換過程中，在導(dǎo)通狀態(tài)下在第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中累積的第二種導(dǎo)電類型的載流子能夠更易于通過該第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)到達發(fā)射極的接觸點(金屬與硅的歐姆接觸處)，進一步減小器件的關(guān)斷能耗，改善器件的關(guān)斷特性。
[0021]進一步的改進是，所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)置于第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的區(qū)域之中，不與所述第一種類型半導(dǎo)體的漂移區(qū)直接接觸，更大程度的增加了導(dǎo)通狀態(tài)下該電荷補償區(qū)下面的漂移區(qū)中的載流子濃度，同時起到改善關(guān)斷性能的作用，更好的取得導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗的平衡，提高了器件設(shè)計的靈活性。
[0022]本發(fā)明提供的第一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包含下面步驟:
[0023]步驟一、在具有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的硅襯底的正面淀積一層作為第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的外延層；繼續(xù)淀積第一種導(dǎo)電類型的外延層到需要的厚度；
[0024]步驟二、在步驟一形成的具有第一種導(dǎo)電類型的外延層的硅片上，通過光刻和刻蝕形成溝槽，再淀積柵氧化膜和多晶硅，形成溝槽柵；
[0025]步驟三、通過離子注入和退火形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)；
[0026]步驟四、通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)，并通過光刻和離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)；
[0027]步驟五、在硅片正面淀積介質(zhì)膜，通過光刻刻蝕形成接觸孔，通過離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)；之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊；
[0028]步驟六、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活
[0029]步驟七、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極
[0030]通過上面的制造工藝，完成本發(fā)明的器件元胞的制造。
[0031]進一步的改進是，第一種制造方法中步驟四中的第二種導(dǎo)電類型的電荷補償區(qū)的注入至少包含一次能量高于IMeV的高能注入；通過采用高能注入而達到需要的注入深度，減小達到需要雜質(zhì)分布所需的熱擴散過程，從而減小第二種導(dǎo)電類型的電荷補償區(qū)的制造過程對阱區(qū)特別是靠近MOSFET溝道附近的阱區(qū)雜質(zhì)濃度的影響(直接影響閾值電壓)，擴大了工藝窗口，提高了器件的一致性。
[0032]本發(fā)明提供的第二種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包含下面步驟:
[0033]步驟一、在具有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的硅襯底上通過光刻和刻蝕形成溝槽，再淀積柵氧化膜和多晶硅，形成溝槽柵；
[0034]步驟二、通過離子注入和退火形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)；
[0035]步驟三、通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)，并通過光刻和離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)；再通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)；
[0036]步驟四、在硅片正面淀積介質(zhì)膜，通過光刻刻蝕形成接觸孔，通過離子注入形成一個第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)，之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊；
[0037]步驟五、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活
[0038]步驟六、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極
[0039]進一步的改進是，第二種制造方法的步驟三中的第二種導(dǎo)電類型的電荷補償區(qū)的注入至少包含一次能量高于IMeV的高能注入；通過采用高能注入而達到需要的注入深度，減小達到需要雜質(zhì)分布所需的熱擴散過程，從而減小第二種導(dǎo)電類型的電荷補償區(qū)的制造過程對阱區(qū)特別是靠近MOSFET溝道附近的阱區(qū)雜質(zhì)濃度的影響(直接影響閾值電壓)，擴大了工藝窗口，提高了器件的一致性。
[0040]進一步的改進是，第二種制造方法的步驟三中的第一種導(dǎo)電類型的增強型積累區(qū)的離子采用能量高于IMeV的高能注入。這樣，通過高能注入將第一種類型的增強型積累區(qū)的離子注入到需要區(qū)域的附近，減小了形成第一種類型的增強型積累區(qū)的工藝對器件的第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)中雜質(zhì)濃度的影響，從而減少了對溝道附近雜質(zhì)離子分布的影響，擴大了工藝窗口，提高了器件的一致性。
[0041]本發(fā)明提供的第三種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包含下面步驟:
[0042]步驟一、在具有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的硅襯底的正面淀積一層作為第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的外延層；繼續(xù)淀積第一種導(dǎo)電類型的外延層到需要的厚度；
[0043]步驟二、在步驟一形成的具有第一種類型的外延層的硅片上，通過光刻和刻蝕形成溝槽，再淀積柵氧化膜和多晶硅，形成溝槽柵；
[0044]步驟三、通過離子注入和退火形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)；
[0045]步驟四、通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)；
[0046]步驟五、在硅片正面淀積介質(zhì)膜，通過光刻刻蝕形成接觸孔，通過離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)，通過離子注入形成一個第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)，之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊；
[0047]步驟六、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活
[0048]步驟七、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極
[0049]通過接觸孔，利用自對準工藝形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)，簡化了工藝，節(jié)約了成本。同時，便于調(diào)整第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)中心的第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的濃度，改善器件的抗電流沖擊能力。
【附圖說明】
[0050]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明，通過閱讀以下附圖對非限制實施例所做的詳細描述，使本發(fā)明及其特征，外形和優(yōu)點變得更加明顯。在全部附圖中相同的標示表示相同的部分。附圖并未按照比例繪制，重點在于表示出本發(fā)明的主匕曰:
[0051]圖1是一種現(xiàn)有常規(guī)的場截止型IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖2是圖1中沿AA’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0053]圖3是圖1中沿BB’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0054]圖4是一種現(xiàn)有電荷累積型的場截止型IGBT的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0055]圖5是圖4中沿AA’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0056]圖6是圖4中沿BB’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0057]圖7是本發(fā)明實施例一的一種IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖8是圖7中沿AA’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0059]圖9是圖7中沿BB’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0060]圖10-1是圖1中器件在導(dǎo)通狀態(tài)下第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)下面的第一種導(dǎo)電類型的漂移區(qū)中的載流子濃度分布示意圖；
[0061]圖10-2是圖4中器件在導(dǎo)通狀態(tài)下第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)下面的第一種導(dǎo)電類型的漂移區(qū)中的載流子濃度分布示意圖；
[0062]圖11是本發(fā)明實施例一器件結(jié)構(gòu)(圖7)在導(dǎo)通狀態(tài)下第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)下面的第一種導(dǎo)電類型的漂移區(qū)中沿從’的載流子濃度分布示意圖；
[0063]圖12是本發(fā)明實施例一器件結(jié)構(gòu)(圖7)在導(dǎo)通狀態(tài)下第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)下面的第一種導(dǎo)電類型的漂移區(qū)中沿BB’的載流子濃度分布示意圖；
[0064]圖13是本發(fā)明實施例二的一種IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖14是圖13中沿AA’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0066]圖15是圖13中沿BB’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖；
[0067]圖16是本發(fā)明實施例三的一種IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068]圖17是本發(fā)明實施例四的一種IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0069]如圖7所示，是本發(fā)明實施例一的一種IGBT半導(dǎo)體器件的元胞結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實施一的IGBT半導(dǎo)體器件是以阻斷電壓為1200V(IGBT通常使用在電流-電壓曲線的第一象限，因此阻斷電壓是指在柵極和發(fā)射極短接，集電極接正向偏壓時所能承受的最大電壓)、具有N型漂移區(qū)1_2，N型截止層1-1，P型集電區(qū)2-3為例進行說明，因此N型對應(yīng)于權(quán)利要求書和前面說明部分的第一種導(dǎo)電類型，P型對應(yīng)于權(quán)利要求書和前面說明部分的第二種導(dǎo)電類型。該器件元胞結(jié)構(gòu)中還包含溝槽3，柵氧化膜4，多晶柵5，P型阱2-1，P+ (高濃度P)注入?yún)^(qū)2-2，N+(高濃度N)發(fā)射區(qū)6(M0SFET的源區(qū))，P+集電區(qū)2_3，介質(zhì)膜7，接觸孔8，正面金屬9，背面金屬10.P+注入?yún)^(qū)2-2與源區(qū)6通過金屬電極進行短接，抑制NPNP晶閘管不能工作，從而保證IGBT的正常工作。連接P+注入?yún)^(qū)2-2與源區(qū)6的金屬電極為發(fā)射極，與溝槽柵相連接的金屬電極為柵極(未圖示)，與集電區(qū)2-3相連的背面金屬電極10為集電極。注意這里所述的IGBT的發(fā)射極和集電極在IGBT結(jié)構(gòu)內(nèi)部所起的作用與該稱謂有不同，如IGBT的集電極10在IGBT結(jié)構(gòu)內(nèi)部的雙極型晶體管PNP中是起發(fā)射極的作用，IGBT的發(fā)射極在IGBT結(jié)構(gòu)內(nèi)部連接雙極型晶體管PNP中的P+注入?yún)^(qū)2_2 (將PNP的集電區(qū)P型阱2-1引出)，在該PNP雙極晶體管中起集電極的作用，IGBT的發(fā)射極同時連接了 IGBT結(jié)構(gòu)內(nèi)部在正常情況下不工作的雙極型晶體管NPN的N+發(fā)射區(qū)6。但由于歷史原因保持該命名法，在此不再詳述。
[0070]作為本發(fā)明的實施例的特征，在置于N型半導(dǎo)體漂移區(qū)1-2和P型阱區(qū)2-1之間的加入了 N型增強型積累區(qū)1-3’，相鄰的增強型積累區(qū)1-3’之間加入P型電荷補償區(qū)2-4。
[0071]—種更具體的實施方案中，各個區(qū)域的厚度和雜質(zhì)濃度做下面的設(shè)定:P+集電區(qū)的雜質(zhì)濃度為I X 1019atoms/cm3-5X 1019atoms/cm3,厚度約0.5-1.5微米；N型場截止層
1-1的厚度為1-10微米，雜質(zhì)濃度為5X 1016atoms/cm3-l X 1017atoms/cm3;N型漂移區(qū)1-2的厚度為100-120微米，摻雜濃度為?5X1013atomS/Cm3;N型增強型積累區(qū)1-3’的厚度為0.5-2微米，最小寬度大于0.5微米，摻雜濃度為I X 1014atoms/cm3-3X 1014atoms/cm3；P型電荷補償區(qū)2-4中的雜質(zhì)濃度、寬度、深度的設(shè)定由N型增強型積累區(qū)1-3’的寬度，厚度和摻雜濃度來設(shè)定，目標是保證該所述電荷補償區(qū)2-4的P型雜質(zhì)總量與周圍的增強型積累區(qū)1-3’的N型雜質(zhì)總量的差異小于等于所述電荷補償區(qū)2-4的P型雜質(zhì)總量的15%，也小于等于周圍的增強型積累區(qū)1-3’的N型雜質(zhì)總量的15%。P型阱的雜質(zhì)濃度為I X 1017atoms/cm3-5 X 1017atoms/cm3，垂直深度(從娃表面開始計算)3-4.5微米，N+發(fā)射區(qū)的表面濃度I X 1020atoms/cm3-5 X 1020atoms/cm3，垂直深度(從娃表面開始計算)0.5-1微米。溝槽的深度6-7微米，寬度1-2微米。
[0072]為了進一步說明N型增強型積累區(qū)1-3’與P型電荷補償區(qū)2-4的參數(shù)的設(shè)定，給出示例如下:
[0073]第一個例子是溝槽柵之間的間距是6微米，其靠近溝槽側(cè)壁的N型增強型積累區(qū)1-3’的厚度為2微米，N型雜質(zhì)濃度為I X 1014atoms/cm3,寬度為2微米，那么置于兩個N型增強型積累區(qū)1-3’中間的P型電荷補償區(qū)2-4中的寬度可以設(shè)定為2微米，厚度2微米，雜質(zhì)濃度2 X 1014atoms/cm3,達到N型增強型積累區(qū)1_3’與P型電荷補償區(qū)2-4的最佳的電荷平衡?？紤]到工藝的變化，P型電荷補償區(qū)雜質(zhì)濃度在1.7 X 1014atoms/cm3-2.3 X 1014atoms/cm3變化時，也可以得到較好的器件性能。
[0074]第二個例子是溝槽柵之間的間距是6微米，其靠近溝槽側(cè)壁的N型增強型積累區(qū)1-3’的厚度為2微米，N型雜質(zhì)濃度為3X 1014atomS/cm3，寬度為2微米，那么置于兩個N型增強型積累區(qū)1-3’中間的P型電荷補償區(qū)2-4中的寬度可以設(shè)定為2微米，厚度2微米，雜質(zhì)濃度6 X 1014atoms/em3,達到N型增強型積累區(qū)1_3’與P型電荷補償區(qū)2-4的最佳的電荷平衡?？紤]到工藝的變化，P型電荷補償區(qū)雜質(zhì)濃度在5.1 X 1014atoms/cm3-6.9 X 1014atoms/cm3變化時，也可以得到較好的器件性能。
[0075]這樣，通過這一高摻雜濃度的N型增強型積累區(qū)的形成，使器件在導(dǎo)通狀態(tài)下，在所述增強型積累區(qū)下面區(qū)域的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中載流子濃度提高(圖12所示，漂移區(qū)中載流子濃度分布如圖中1-2區(qū)域的傾斜點線所示)，從而降低器件的導(dǎo)通電阻；同時，通過采用高摻雜濃度的N型增強型積累區(qū)，使得IGBT器件中MOSFET的N型積累區(qū)(圖7中所示的Ac AREA)電阻減小，同樣幫助減小了 IGBT器件導(dǎo)通電阻。
[0076]通過在相鄰的所述N型增強型積累區(qū)1-3’之間引入P型電荷補償區(qū)2-4，使得器件在工作在阻斷狀態(tài)下，該P型電荷補償區(qū)2-4和周圍的N型增強型積累區(qū)1-3’處于反向偏置狀態(tài)，產(chǎn)生一個橫向電場，實現(xiàn)PN結(jié)的橫向耗盡，從而減小對P型阱區(qū)2-1和該增強型累積區(qū)1-3’的結(jié)處的縱向電場強度的影響，同時使得該增強型積累區(qū)的電場強度與位置的關(guān)系是一個梯形，保證了器件的阻斷電壓不因為采用高摻雜濃度的N型增強型積累區(qū)而降低。進一步的，通過控制所述P型電荷補償區(qū)2-4中摻雜量和周圍的N型增強型積累區(qū)
1-3’的雜質(zhì)量的差異，可以在采用更高的N型增強型積累區(qū)的雜質(zhì)濃度的情況下，仍保持器件的阻斷電壓。
[0077]通過在相鄰的N型半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’之間加入P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)
2-4，使得器件在導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的切換過程中，在導(dǎo)通狀態(tài)下在N型半導(dǎo)體漂移區(qū)
1-2中累積的P型載流子能夠通過該P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4，P阱區(qū)2-1和P+注入?yún)^(qū)
2-2到達發(fā)射極的接觸點(金屬與硅的歐姆接觸處)，減小器件的關(guān)斷能耗，改善器件的關(guān)斷特性。改進了電荷積累型IGBT(圖3)中由于增加電荷累積層造成的對關(guān)斷特性的影響。
[0078]對實施例一的進一步的改進是，P型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4可以透過所述N型半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’的區(qū)域，P型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4的底部可以與N型半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’平齊，也可以突出(突出情況未圖示)，與所述N型半導(dǎo)體漂移區(qū)直接接觸；這樣使得器件在導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的切換過程中，在導(dǎo)通狀態(tài)下在N型半導(dǎo)體漂移區(qū)中累積的P型載流子能夠更易于通過該P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4到達發(fā)射極的接觸點(金屬與硅的歐姆接觸處)，進一步減小器件的關(guān)斷能耗，改善器件的關(guān)斷特性。
[0079]在上面的說明中，任何一個區(qū)域的雜質(zhì)濃度，指的都是該區(qū)域的某種導(dǎo)電類型雜質(zhì)的凈濃度，例如對P型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4，它的形成可以是在N型外延上通過注入P型雜質(zhì)并擴散得到，那么上述說明中的P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4的雜質(zhì)濃度就是注入形成的P型雜質(zhì)減除N型外延中的N型雜質(zhì)之后的值。在下面的說明中也同樣。
[0080]實際器件制造中，由于離子注入后的離子分布是一種高斯分布，因此一個區(qū)域中的離子分布是有一定變化的。為了對本發(fā)明的主旨有更明確的說明，在上面說明中每一個區(qū)域的雜質(zhì)濃度都簡化到以一個數(shù)據(jù)代表。這在下面的說明中也同樣。
[0081]實施例二:
[0082]如圖13所示(圖14和圖15分別是沿AA’和BB’的雜質(zhì)種類和濃度分布示意圖)，與實施例一的不同之處是，所述P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4置于N型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’的區(qū)域之中，不與N型半導(dǎo)體的漂移區(qū)直接接觸，這樣可以增加P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4之下的漂移區(qū)1-2中的載流子濃度，降低導(dǎo)通電阻，更好的取得導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗的平衡，提高了器件設(shè)計的靈活性。當在所述P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4的底部與N型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’的底部的距離小于P型雜質(zhì)的擴散長度的情況下，還是可以起到改善關(guān)斷性能的作用。
[0083]實施例三:
[0084]如圖16所示，與實施例二不同的是，所述P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4置于N型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’的區(qū)域之中，不與P型半導(dǎo)體的阱區(qū)2-1直接接觸，這樣提高器件設(shè)計的靈活性。在所述P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4的頂部與P型阱區(qū)2-1的底部的距離小于P型雜質(zhì)的擴散長度的情況下，還是可以起到改善關(guān)斷性能的作用。
[0085]實施例四:
[0086]如圖17所示，與實施例一的不同之處是，所述P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4在不同區(qū)域采用不同的雜質(zhì)濃度，在與N型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’的靠近的區(qū)域之中，選擇與N型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)電荷平衡的設(shè)定，在其上的P型阱區(qū)域中，采用比P型阱濃度更高的雜質(zhì)濃度，這樣在不增加制造成本的前提下(使用P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4同樣的光罩和光刻工藝)，改善抗寄生的NPNP晶閘管的能力，改善了器件的抗閂鎖能力。
[0087]本發(fā)明提供的第一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包含下面步驟(參考圖7):
[0088]步驟一、在具有N型漂移區(qū)1-2的硅襯底的正面淀積一層作為N型半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的外延層1-3’ ；繼續(xù)淀積N型外延層到需要的厚度。
[0089]娃襯底可以是區(qū)恪娃娃片，也可以是直拉單晶娃片。
[0090]1-3’中的N型外延層的雜質(zhì)濃度沒有很嚴格的要求，主要是厚度和缺陷要滿足器件的要求。
[0091]步驟二、在步驟一的N型外延層的硅片上，通過光刻和刻蝕形成溝槽3，再淀積柵氧化膜4和多晶硅柵5，形成溝槽柵；
[0092]溝槽深度6-7微米，寬度1-2微米，柵氧化膜800-1200埃，多晶硅是高摻雜的N型多晶硅，一般淀積溫度在580-620攝氏度。
[0093]步驟三、通過離子注入和退火形成P型阱區(qū)2-1 ;
[0094]步驟四、通過光刻和離子注入形成N型源區(qū)6，并通過光刻和離子注入形成P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4;
[0095]N型源區(qū)6的注入離子通常是砷或磷，或它們的組合。
[0096]P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4的注入通常是注入硼。
[0097]步驟五、在硅片正面淀積介質(zhì)膜7，通過光刻刻蝕形成接觸孔8，通過離子注入形成P型半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)2-2 ;之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊；
[0098]步驟六、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行N型雜質(zhì)離子的注入以形成N型截止層1-1，再在背面進行P型雜質(zhì)離子的注入，以形成P+集電區(qū)2-3 ;之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活.
[0099]所述N型雜質(zhì)注入可以是磷，也可以是氫。
[0100]所述熱過程可以是通過爐管工藝實現(xiàn)，也可以是通過激光退火實現(xiàn)，或者它們的組合實現(xiàn)。
[0101]步驟七、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極
[0102]進一步的改進是，第一種制造方法中步驟四中的P型的電荷補償區(qū)的注入至少包含一次能量高于IMeV的高能注入；例如1.5-3MeV的高能硼注入，使得注入雜質(zhì)的最高濃度分布在離硅片正面表面4-5微米處，減小對P型阱2-1中的離子濃度的影響，特別是不會影響到靠近溝槽附近的P型雜質(zhì)的濃度，以免對器件的閾值電壓造成影響，擴大了工藝窗口，提高了器件的一致性。
[0103]本發(fā)明提供的第二種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包含下面步驟:
[0104]步驟一、在具有N型漂移區(qū)1-2的硅襯底上通過光刻和刻蝕形成溝槽3，再淀積柵氧化膜4和多晶硅柵5，形成溝槽柵；
[0105]步驟二、通過離子注入和退火形成P型半導(dǎo)體阱區(qū)2-1 ;
[0106]步驟三、通過光刻和離子注入形成N型的源區(qū)6，并通過光刻和離子注入形成P型半導(dǎo)體的電荷補償區(qū)2-4 ;再通過光刻和離子注入形成N型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’ ；
[0107]步驟四、在硅片正面淀積介質(zhì)膜7，通過光刻刻蝕形成接觸孔8，通過離子注入形成一個P型半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)2-2，之后淀積金屬9，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊；
[0108]步驟五、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行N型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行P型雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活
[0109]步驟六、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極
[0110]上述制造步驟中的參數(shù)基本可以參考第一種制造方法中的設(shè)定，它的進一步的改進是，第二種制造方法增強型積累區(qū)1-3’不是通過外延形成，二是通過步驟三中的N型增離子注入實現(xiàn)，采用能量高于3-5MeV(大于IMeV)的高能磷注入，將N型增強型積累區(qū)的離子注入到需要區(qū)域的附近，減小了形成N型的增強型積累區(qū)的工藝對器件的P型阱區(qū)中雜質(zhì)濃度的影響，從而減少了對溝道附近雜質(zhì)離子分布的影響，擴大了工藝窗口，提高了器件的一致性。
[0111]同于第一種制造方法中的改善，第二種制造方法的步驟三中的P型的電荷補償區(qū)的注入至少包含一次能量高于IMeV的高能硼注入，例如1.5-3MeV的高能硼注入，使得注入雜質(zhì)的最高濃度分布在離硅片正面表面4-5微米處，減小對P型阱2-1中的離子濃度的影響，特別是不會影響到靠近溝槽附近的P型雜質(zhì)的濃度，以免對器件的閾值電壓造成影響。
[0112]本發(fā)明提供的第三種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包含下面步驟:
[0113]步驟一、在具有N型漂移區(qū)1-2的硅襯底的正面淀積一層作為N型半導(dǎo)體增強型積累區(qū)1-3’的外延層；繼續(xù)淀積第一種導(dǎo)電類型的外延層到需要的厚度；
[0114]步驟二、在步驟一形成的具有第一種類型的外延層的硅片上，通過光刻和刻蝕形成溝槽3，再淀積柵氧化膜4和多晶硅柵5，形成溝槽柵；
[0115]步驟三、通過離子注入和退火形成P型半導(dǎo)體阱區(qū)2-1 ;
[0116]步驟四、通過光刻和離子注入形成N型的源區(qū)6 ;
[0117]步驟五、在硅片正面淀積介質(zhì)膜7，通過光刻刻蝕形成接觸孔8，通過離子注入形成P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4，通過離子注入形成P型半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)2-2，之后淀積金屬9，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊；
[0118]步驟六、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行N型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行P型雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活
[0119]步驟七、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極
[0120]第三種制造方法中的參數(shù)基本可以參考第一種制造方法中的設(shè)定，它的進一步的改進是，P型半導(dǎo)體電荷補償區(qū)2-4的形成是在接觸孔形成后進行的，通過接觸孔，利用自對準工藝形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)，簡化了工藝，節(jié)約了成本。同時，便于調(diào)整第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)中心的第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的濃度，改善器件的抗電流沖擊能力。
[0121]本發(fā)明上述說明中，如果將N變化成P，P變化成N，就成為了 P型MOSFET和雙極型晶體管NPN形成的IGBT器件，是完全對稱的(這時第一種導(dǎo)電類型是P型，第二種導(dǎo)電類型是N型)。
[0122]以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)，其特征是:所述元胞結(jié)構(gòu)中至少包含發(fā)射區(qū)，集電區(qū)，溝槽，溝槽柵氧化膜，多晶硅柵，第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)，第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，置于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)和所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)之間的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)，相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)。 所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度大于或等于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度的2倍； 所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)中的雜質(zhì)摻雜濃度的設(shè)定，保證該所述電荷補償區(qū)的第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量與周圍的所述增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量的差異小于等于所述電荷補償區(qū)的第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量的15%，也小于等于周圍的所述增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜總量的15%。2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度大于或等于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)摻雜濃度的5倍。3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)可以透過所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的區(qū)域，與所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)直接接觸。4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)置于第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的區(qū)域之中，不與所述第一種類型半導(dǎo)體的漂移區(qū)直接接觸。5.一種絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，包含下面步驟: 步驟一、在具有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的硅襯底的正面淀積一層作為第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的外延層；繼續(xù)淀積第一種導(dǎo)電類型的外延層到需要的厚度； 步驟二、在步驟一形成的具有第一種導(dǎo)電類型的外延層的硅片上，通過光刻和刻蝕形成溝槽，再淀積柵氧化膜和多晶硅，形成溝槽柵； 步驟三、通過離子注入和退火形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)； 步驟四、通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)，并通過光刻和離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)； 步驟五、在硅片正面淀積介質(zhì)膜，通過光刻刻蝕形成接觸孔，通過離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)；之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊； 步驟六、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活； 步驟七、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極。6.如權(quán)利要求5所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法中，其特征在于:步驟四中的第二種類型的電荷補償區(qū)的注入至少包含一次能量高于IMeV的高能注入。7.—種絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包含下面步驟: 步驟一、在具有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的硅襯底上通過光刻和刻蝕形成溝槽，再淀積柵氧化膜和多晶硅，形成溝槽柵； 步驟二、通過離子注入和退火形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)； 步驟三、通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)，并通過光刻和離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)；再通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)； 步驟四、在硅片正面淀積介質(zhì)膜，通過光刻刻蝕形成接觸孔，通過離子注入形成一個第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)，之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊； 步驟五、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活； 步驟六、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極。8.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法中，其特征在于:步驟三中的第二種類型的電荷補償區(qū)的注入至少包含一次能量高于IMeV的離子注入。9.如權(quán)利要求7所述的絕緣柵雙極晶體管的制造方法中，其特征在于:步驟三中的第一種類型的增強型積累區(qū)的離子注入包含注入能量高于IMeV的離子注入。10.一種絕緣柵雙極晶體管的元胞結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包含下面步驟: 步驟一、在具有第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的硅襯底的正面淀積一層作為第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強型積累區(qū)的外延層；繼續(xù)淀積第一種導(dǎo)電類型的外延層到需要的厚度； 步驟二、在步驟一形成的具有第一種類型的外延層的硅片上，通過光刻和刻蝕形成溝槽，再淀積柵氧化膜和多晶硅，形成溝槽柵； 步驟三、通過離子注入和退火形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)； 步驟四、通過光刻和離子注入形成第一種導(dǎo)電類型的發(fā)射區(qū)； 步驟五、在硅片正面淀積介質(zhì)膜，通過光刻刻蝕形成接觸孔，通過離子注入形成第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補償區(qū)，通過離子注入形成一個第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體注入?yún)^(qū)，之后淀積金屬，再通過光刻刻蝕在硅片正面形成柵電極和發(fā)射極電極；隨后淀積介質(zhì)膜并通過光刻刻蝕形成金屬襯墊； 步驟六、對硅片進行背面減薄，并在減薄后的背面進行第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入，再在背面進行第二種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子的注入；之后通過熱過程將背面注入的離子進行激活； 步驟七、在硅片背面淀積金屬層，形成集電區(qū)電極。
【文檔編號】H01L21/331GK105895679SQ201510035348
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月22日
【發(fā)明人】肖勝安
【申請人】肖勝安