一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102800588 A (43)申请公布日 2012.11.28 C N 1 0 2 8 0 0 5 8 8 A *CN102800588A* (21)申请号 201110135554.9 (22)申请日 2011.05.24 H01L 21/331(2006.01) (71)申请人北大方正集团有限公司 地址 100871 北京市海淀区成府路298号方 正大厦9层 申请人深圳方正微电子有限公司 (72)发明人方伟 (74)专利代理机构北京同达信恒知识产权代理 有限公司 11291 代理人黄志华 (54) 发明名称 一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法 (57) 摘要 本发。

2、明实施例涉及半导体技术领域，特别涉 及一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法，用以解 决现有技术中存在的曝光掩模板的数量太多会使 IGBT的生产成本大大增加，同时也加大了工艺的 难度，降低了可靠性的问题。本发明实施例的方法 包括：对Pbody区域刻蚀，以及在Pbody区域中注 入Pbody结；生成牺牲氧化层，并在N+区域中注 入N+结；对BPSG钝化层进行淀积和刻蚀；对P+ 区域进行刻蚀并在P+区域中注入P+结，以及对金 属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积。由于减少 了曝光掩模板的数量，从而减少了IGBT的生产成 本，同时降低了制造工艺的难度，提高了制造的可 靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书。

3、1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，该方法包括： 对Pbody区域刻蚀，以及在Pbody区域中注入Pbody结； 生成牺牲氧化层，并在N+区域中注入N+结； 对硼磷硅玻璃BPSG钝化层进行淀积和刻蚀； 对P+区域进行刻蚀并在P+区域中注入P+结，以及对金属孔进行刻蚀并对表面金属进 行淀积。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，注入Pbody结包括： 通过第一曝光掩模板在Pbody区域中注入Pbody结。 3.如权利要求2所述的。

4、方法，其特征在于，注入N+结包括： 通过所述第一曝光掩模板在N+区域中注入N+结。 4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一曝光掩模板中包含至少两个注 入区域，且注入区域不相连，注入区域中间遮盖部分多晶。 5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，注入P+结包括： 通过第二曝光掩模板在P+区域中注入P+结，用于连接多个Pbody区域。 6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积 包括： 通过第二曝光掩模板对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积。 7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对Pbody区域刻蚀之前还包括： 在衬底基区进行场氧的生长和有源区的。

5、刻蚀，在JFET区域中注入JFET结，以及生长栅 氧和进行多晶硅沉淀。 8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，注入JFET结包括： 通过第三曝光掩模板在JFET区域中注入JFET结。 9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对表面金属进行淀积之后还包括：进行背面 工艺处理。 权 利 要 求 书CN 102800588 A 1/4页 3 一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法。 背景技术 0002 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Ef 。

6、fect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)场效应管与GTR(巨型晶体管)大功 率达林顿晶体管结合，并有前者担任驱动，因此具有：驱动功率小，通态压降低，开关速度快 等优点，目前已广泛应用于变频调速，开关电源等电子领域，就全控性能而言，绝缘栅双极 型晶体管是最适合斩波应用的器件，而且技术极为简单，几乎绝缘栅双极型晶体管器件本 身就构成了斩波电路。 0003 目前普遍设计和制造的绝缘栅双极型晶体管的其结构如图1所示，所采用的元胞 区的工艺步骤是首先在衬底基区4上进行场氧的生长和有源区的刻蚀，然后对JFET区域3 进行掺杂注入，再生长栅氧11和淀积多晶硅9，接下来保留多晶区域，刻蚀。

7、出注入区10，然 后分别进行Pbody结5、N+结6和P+结7的注入(即Pbody区域的刻蚀和注入，氧化层生 长后N+源区的刻蚀和注入以及氧化层生长后P+区域的刻蚀和注入)，然后进行钝化层的淀 积和金属孔的刻蚀以及表面金属的淀积，最后再完成背面工艺。 0004 具体的制造工艺流程为(1)场氧完成后的有源区的刻蚀和JFET的注入；(2)栅氧 的生长和多晶栅的淀积；(3)Pbody区域的刻蚀和注入；(4)氧化层生长后N+源区的刻蚀和 注入；(5)氧化层生长后P+区域的刻蚀和注入；(6)钝化层的淀积和金属孔的刻蚀以及表 面金属的淀积；(7)背面工艺。如图2A图2G所示，工艺步骤原理图中会用到和以上工。

8、艺 步骤一一对应的掩模板的工艺步骤为(1)有源区模板、(3)多晶栅模板、(4)N+源区模板、 (5)P+区域模板和(6)金属孔模板。 0005 上面的工艺制造流程用到的曝光掩模板是5层，而目前整个器件元胞区的工艺制 造流程用到的曝光掩模板最高可高达6层，如果曝光掩模板的数量太多会使IGBT的生产成 本大大增加，同时也加大了工艺的难度，降低了可靠性。 发明内容 0006 本发明实施例提供的一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法，用以解决现有技术中 存在的曝光掩模板的数量太多会使IGBT的生产成本大大增加，同时也加大了工艺的难度， 降低了可靠性的问题。 0007 本发明实施例提供的一种绝缘栅双极型晶体管。

9、的制造方法，包括： 0008 对Pbody区域刻蚀，以及在Pbody区域中注入Pbody结； 0009 生成牺牲氧化层，并在N+区域中注入N+结； 0010 对硼磷硅玻璃BPSG钝化层进行淀积和刻蚀； 0011 对P+区域进行刻蚀并在P+区域中注入P+结，以及对金属孔进行刻蚀并对表面金 属进行淀积。 说 明 书CN 102800588 A 2/4页 4 0012 较佳的，注入Pbody结包括： 0013 通过第一曝光掩模板在Pbody区域中注入Pbody结。 0014 较佳的，注入N+结包括： 0015 通过所述第一曝光掩模板在N+区域中注入N+结。 0016 较佳的，所述第一曝光掩模板中包含。

10、至少两个注入区域，且注入区域不相连，注入 区域中间遮盖部分多晶。 0017 较佳的，注入P+结包括： 0018 通过第二曝光掩模板在P+区域中注入P+结，用于连接多个Pbody区域。 0019 较佳的，对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积包括： 0020 通过第二曝光掩模板对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积 0021 较佳的，对Pbody区域刻蚀之前还包括： 0022 在衬底基区进行场氧的生长和有源区的刻蚀，在JFET区域中注入JFET结，以及生 长栅氧和进行多晶硅沉淀。 0023 较佳的，注入JFET结包括： 0024 通过第三曝光掩模板在JFET区域中注入JFET结。 0025 较佳的，。

11、对表面金属进行淀积之后还包括：进行背面工艺处理。 0026 由于减少了曝光掩模板的数量，从而减少了IGBT的生产成本，同时降低了制造工 艺的难度，提高了制造的可靠性。 附图说明 0027 图1为背景技术绝缘栅双极型晶体管示意图 0028 图2A为背景技术IGBT元胞区工艺第一步示意图； 0029 图2B为背景技术IGBT元胞区工艺第二步示意图； 0030 图2C为背景技术IGBT元胞区工艺第三步示意图； 0031 图2D为背景技术IGBT元胞区工艺第四步示意图； 0032 图2E为背景技术IGBT元胞区工艺第五步示意图； 0033 图2F为背景技术IGBT元胞区工艺第六步示意图； 0034 图。

12、2G为背景技术IGBT元胞区工艺第七步示意图； 0035 图3本发明实施例绝缘栅双极型晶体管的制造方法流程示意图； 0036 图4A为本发明实施例IGBT元胞区工艺第一步示意图； 0037 图4B为本发明实施例IGBT元胞区工艺第二步示意图； 0038 图4C为本发明实施例IGBT元胞区工艺第三步示意图； 0039 图4D为本发明实施例IGBT元胞区工艺第四步示意图； 0040 图4E为本发明实施例IGBT元胞区工艺第五步示意图； 0041 图4F为本发明实施例IGBT元胞区工艺第六步示意图； 0042 图4G为本发明实施例IGBT元胞区工艺第七步示意图。 具体实施方式 0043 目前的制造工。

13、艺流程分为6步，(1)场氧完成后的有源区的刻蚀和JFET的注入， 说 明 书CN 102800588 A 3/4页 5 参见图2A；(2)栅氧的生长和多晶栅的淀积，参见图2B；(3)Pbody区域的刻蚀和注入，参见 图2C；(4)氧化层生长后N+源区的刻蚀和注入，参见图2D；(5)氧化层生长后P+区域的刻 蚀和注入，参见图2E；(6)钝化层的淀积和金属孔的刻蚀以及表面金属的淀积，参见图2F； (7)背面工艺，参见图2G。其中，会用到和以上工艺步骤一一对应的掩模板的工艺步骤为： (1)有源区掩模板；(3)多晶栅掩模板；(4)N+源区掩模板；(5)P+区域掩模板；(6)金属孔掩 模板。也就是说，目。

14、前需要6块掩模板。 0044 为了降低曝光掩模板的数量，本发明实施例对IGBT结构中与源金属接触的P+区 域注入和形成的顺序优化，将其置于BPSG钝化层形成和刻蚀之后。普通制造的IGBT的N+ 源区需要掩模板，即是说N+要像两个小岛分布在Pbody中的两边。本发明实施例，先利用 曝光掩模板注入Pbody，再用同个曝光掩模板刻出的区域注入N+，形成不接触的两个独立 小岛，小岛中又有两个结，就是Pbody和N+，然后中间再用一道版注入P型区域连接两个小 岛，这样结构就做到了和普通IGBT一样。 0045 本发明实施例节省了N+源区曝光掩模板以及金属孔曝光掩模板，由于减少了曝 光掩模板的数量，从而减。

15、少了IGBT的生产成本，同时降低了制造工艺的难度，提高了制造 的可靠性；进一步的JFET注入只会涉及多晶栅所覆盖的区域而不会影响器件有结区域，对 IGBT工艺优化的巨大提升。 0046 下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。 0047 如图3所示，发明实施例绝缘栅双极型晶体管的制造方法包括下列步骤： 0048 步骤301、对Pbody区域刻蚀，以及在Pbody区域中注入Pbody结，参见图4C。 0049 步骤302、生成牺牲氧化层，并在N+区域中注入N+结，参见图4D。 0050 步骤303、对BPSG钝化层进行淀积和刻蚀，参见图4E。 0051 步骤304、对P+区域进行刻蚀并。

16、在P+区域中注入P+结，以及对金属孔进行刻蚀并 对表面金属进行淀积，参见图4F。 0052 较佳的，步骤301中，注入Pbody结时，通过第一曝光掩模板在Pbody区域中注入 Pbody结。 0053 较佳的，步骤302中，注入N+结时，通过第一曝光掩模板在N+区域中注入N+结。 0054 即本发明实施例注入Pbody结和注入N+结所用的曝光掩模板是相同的。 0055 较佳的，第一曝光掩模板中包含至少两个注入区域，且注入区域不相连，注入区域 中间遮盖部分多晶。 0056 本发明实施例的第一曝光掩模板在露出的注入区域中间加了遮盖的一部分多晶， 可以让注入Pbody结和注入N+结时共用一张版，虽然。

17、这样做一个元胞的pbody最初注入后 没有连在一起，但P+注入后就连在一起了。 0057 较佳的，步骤304中，注入P+结时，通过第二曝光掩模板在P+区域中注入P+结， 用于连接多个Pbody区域。 0058 较佳的，步骤304中，对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积时，通过第二曝光 掩模板对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积 0059 即本发明实施例注入P+结和对金属孔进行刻蚀并对表面金属进行淀积所用的曝 光掩模板是相同的。 0060 较佳的，步骤301之前还可以进一步包括： 说 明 书CN 102800588 A 4/4页 6 0061 步骤300、在衬底基区进行场氧的生长和有源区的刻蚀，。

18、在JFET区域中注入JFET 结(参见图4A)，以及生长栅氧和进行多晶硅沉淀(参见图4B)。 0062 较佳的，步骤300中，注入JFET结时，通过第三曝光掩模板在JFET区域中注入 JFET结。 0063 较佳的，步骤304之后还可以进一步包括： 0064 步骤305、进行背面工艺处理，参见图4G。 0065 具体的，对背面进行P+阳极的注入和退火，再淀积阳极金属，形成完整的IGBT阳 极。 0066 采用本发明实施例用到的曝光掩模板的仅为有源区模板(即第三曝光掩模板)、 多晶栅模板(即第一曝光掩模板)和P+和金属孔模板(即第二曝光掩模板)，本发明实施 例所用的掩模板数量大幅减少至3层，不会。

19、对其它区域造成额外影响，实现了优化并且不 会带来额外产品性能的牺牲。 0067 借助SILVACO仿真软件可得，对本发明实施例经过优化的IGBT元胞区工艺流程中 P+注入前和P+注入后所形成的IGBT器件结构进行了仿真比较。仿真模拟了薄片工艺制造 的非穿通型绝缘栅双极型晶体管IGBT结构，其中仿真参数为P型集电区掺杂51018cm-3； N型基区掺杂11014cm-3；N型硅源区掺杂11020cm-3，P型基区掺杂11017cm-3，P+ 体区掺杂21019cm-3，仿真元胞宽度为实际元胞宽度的二分之一。 0068 从模拟的IGBT结构可以看出，采用本发明实施例的工艺流程已经完成对除P+区 域。

20、外其它表面平面结的注入和推结，P+注入前，Pbody形成了左右各自分布的两个岛型区 域，尚未连接到一起以形成单个元胞的完整Pbody。 0069 P+注入后，对IGBT单个元胞中部区域进行的P+注入形成了Pbody结，使P+注入 前并未连接的左右Pbody岛型区域平整的连接到一起，使工艺步骤和曝光掩模板简化的同 时也顺利完成了单个IGBT元胞的结构形成及优化。 0070 在工艺线制造过程中还可以根据IGBT的性能对本发明实施例中的工艺步骤进行 适合各个系列产品的优化，比如针对高压IGBT可适当加强P+区域的注入深度，使Pbody底 部轮廓线更接近于直线；而针对高可靠性IGBT则可优化元胞大小和。

21、P+的注入剂量，减小电 流流经路径的电阻等。 0071 由于减少了曝光掩模板的数量，从而减少了IGBT的生产成本，同时降低了制造工 艺的难度，提高了制造的可靠性。 0072 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 说 明 书CN 102800588 A 1/4页 7 图1 图2A 图2B 说 明 书 附 图CN 102800588 A 2/4页 8 图2C 图2D 图2E 图2F 图2G 说 明 书 附 图CN 102800588 A 3/4页 9 图3 图4A 图4B 说 明 书 附 图CN 102800588 A 4/4页 10 图4C 图4D 图4E 图4F 图4G 说 明 书 附 图CN 102800588 A 10 。