專利名稱：一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明還涉及一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是一種大功率的分立器件，具有很高的耐壓能力和導(dǎo)電能力。但由于其本身結(jié)構(gòu)存在的PNPN晶閘管結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生閂鎖效應(yīng)，導(dǎo)致器件的失控。為避免絕緣柵雙極晶體管的閂鎖，需要提高器件發(fā)射端P體區(qū)的濃度和P體區(qū)的深度，但是這會(huì)導(dǎo)致器件的閾值電壓提高，溝道區(qū)電阻增大，從而影響到器件的導(dǎo)通能力。因此，在絕緣柵雙極晶體管工藝設(shè)計(jì)中要充分考慮抗閂鎖能力和閾值電壓這兩者的平衡。如圖1所示，在溝槽結(jié)構(gòu)絕緣柵雙極晶體管中，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)兩次帶掩模版的P型雜質(zhì)注入以及對(duì)應(yīng)的高溫推進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)器件溝道區(qū)和P體區(qū)的濃度區(qū)別，以滿足器件閾值電壓和抗閂鎖能力的平衡。如圖2所示，顯示現(xiàn)有技術(shù)中的第二次提高抗閂鎖能力的P型雜質(zhì)注入和高溫推進(jìn)的過(guò)程，該工藝中此次提高抗閂鎖能力的P型雜質(zhì)注入的掩模版尺寸和高溫推進(jìn)的條件需要精準(zhǔn)選擇，以免影響到器件的閾值電壓。但高溫推進(jìn)又希望將P體區(qū)推的盡量深，這勢(shì)必影響到N體區(qū)尺寸的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，達(dá)到溝槽絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)閂鎖與閾值電壓平衡的同時(shí)降低絕緣柵雙極晶體管制造成本。本發(fā)明還提供了一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管制造方法，包括以下步驟 (I)在器件的N體區(qū)注入P型雜質(zhì)，通過(guò)高溫推進(jìn)形成滿足抗閂鎖能力的P體區(qū)；(2)淀積硬掩模版，涂膠，曝光溝槽區(qū)域，將溝槽區(qū)域的硬掩模版刻開(kāi)，利用硬掩模版制作溝槽；(3)進(jìn)行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽側(cè)壁中；(4)對(duì)溝槽區(qū)域柵氧化，并利用此熱過(guò)程完成對(duì)N型雜質(zhì)的激活和推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道區(qū)凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；(5)在溝槽中填充柵電極材料，形成柵電極；重?fù)诫s注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)，引出發(fā)射極以及集電極。所述制造方法，實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)注入的劑量范圍與P型雜質(zhì)注入和推進(jìn)的過(guò)程相匹配，其面密度范圍為5Ell/cm2至lE13/cm2。所述制造方法，實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)的注入能量范圍為15KeV至lOOKeV。所述制造方法，實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)的注入角度為飛。至30°，采用多次旋轉(zhuǎn)注入。
所述制造方法，實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)注入根據(jù)溝槽形成方法確定，能采用帶硬掩模版注入、帶膠注入或?qū)⑺醒谀０嫒サ糁笞⑷搿１景l(fā)明的絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，包括P+集電區(qū)、N體區(qū)、溝槽、溝道區(qū)、P體區(qū)、N+發(fā)射區(qū)和發(fā)射極；所述N體區(qū)位于P+集電區(qū)上方，所述溝道區(qū)緊靠N+發(fā)射區(qū)下部邊界位于P體區(qū)和溝槽之間，所述N+發(fā)射區(qū)緊靠P體區(qū)上部邊界與溝槽和發(fā)射極相連，其特征在于所述溝道區(qū)具有非均勻分布的N型雜質(zhì)，其濃度自溝槽側(cè)壁向遠(yuǎn)離溝槽側(cè)壁方向逐漸降低。本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管制造方法，利用一次P型雜子注入形成絕緣柵雙極晶體管發(fā)射端的P型區(qū)，其摻雜濃度和深度能滿足器件的抗閂鎖能力；通過(guò)在溝槽刻蝕完成后進(jìn)行一次帶角度N型雜質(zhì)注入調(diào)整溝槽表面附近的雜質(zhì)濃度來(lái)調(diào)整器件的閾值。溝槽注入選擇溝槽刻蝕工藝中殘留的氧化物硬掩模版來(lái)阻擋注入到元胞區(qū)域的雜質(zhì)減小對(duì)元胞表面處的影響。本發(fā)明的制造方法能實(shí)現(xiàn)小尺寸元胞區(qū)的溝槽柵絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)閂鎖與閾值電壓平衡，有助于溝槽柵絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。 本發(fā)明的制造方法與現(xiàn)有制造方法相比能減少使用一張硬掩模版，能簡(jiǎn)化絕緣柵雙極晶體管制造步驟，能降低絕緣柵雙極晶體管制造成本。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1是一種現(xiàn)有絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一種現(xiàn)有絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)制造方法的部分流程示意圖，顯示所述方法中第二次P型注入和推進(jìn)的過(guò)程。圖3是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖一，其顯示所述制造方法的步驟(I)。圖4是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖二，其顯示所述制造方法的步驟(2)。圖5是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖三，其顯示所述制造方法的步驟(3)。圖6是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖四，其顯示所述制造方法的步驟(4)。圖7是本發(fā)明的制造方法的流程示意圖五，其顯示所述制造方法的步驟(5)。附圖標(biāo)記說(shuō)明I是集電極 2是P+集電區(qū)3是N體區(qū) 4是溝道區(qū)5是溝槽柵極6是N+發(fā)射區(qū)
7是P體區(qū) 8是發(fā)射極9是硬掩模版10是溝槽柵氧化層11是溝槽
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)制造方法，包括如圖3所示，步驟(I)，在器件的N體區(qū)3注入P型雜質(zhì)，通過(guò)高溫推進(jìn)形成滿足抗閂鎖能力的P型體區(qū)7;如圖4所示，步驟(2)，淀積硬掩模版9，涂膠，曝光溝槽11區(qū)域，將溝槽11區(qū)域的硬掩模版9刻開(kāi)，利用硬掩模版制作溝槽5 ；如圖5所示，步驟(3)，進(jìn)行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽11側(cè)
壁中；如圖6所示，步驟(4)，對(duì)溝槽11區(qū)域柵氧化，并利用此熱過(guò)程完成對(duì)N型雜質(zhì)的激活和推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道區(qū)4凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；如圖7所示，步驟(5)，在溝槽11中填充柵電極材料，涂膠曝光形成柵電極；重?fù)诫s注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)6，引出正面發(fā)射極8 ；步驟￠)實(shí)現(xiàn)背面集電區(qū)2的注入激活和背面金屬層生長(zhǎng)形成背面集電極I。如圖7所示,絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu),包括
集電極1、P+集電區(qū)2、N體區(qū)3、溝槽11、溝道區(qū)4、P體區(qū)7、N+發(fā)射區(qū)6和發(fā)射極8 ;所述P+集電區(qū)2位于集電極I上方，所述N體，3位于P+集電區(qū)2上方，所述溝道區(qū)4緊靠N+發(fā)射區(qū)6下部邊界位于P體區(qū)7和溝槽11之間，所述N+發(fā)射區(qū)6緊靠P體區(qū)7上部邊界與溝槽11和發(fā)射極8相連，其中所述溝道區(qū)具有非均勻分布的N型雜質(zhì)，其濃度自溝槽11側(cè)壁向遠(yuǎn)離溝槽11側(cè)壁方向逐漸降低。以上通過(guò)具體實(shí)施方式
和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)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(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，其具有P+集電區(qū)、N體區(qū)、溝槽、溝道區(qū)、P體區(qū)、N+發(fā)射區(qū)和發(fā)射極；所述N體區(qū)位于P+集電區(qū)上方，所述溝道區(qū)緊靠N+發(fā)射區(qū)下部邊界位于P 體區(qū)和溝槽之間，所述N+發(fā)射區(qū)緊靠P體區(qū)上部邊界與溝槽和發(fā)射極相連，其特征在于所述溝道區(qū)具有非均勻分布的N型雜質(zhì)，其濃度自溝槽側(cè)壁向遠(yuǎn)離溝槽側(cè)壁方向逐漸降低。
2.一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在器件的N體區(qū)注入P型雜質(zhì)，通過(guò)高溫推進(jìn)形成滿足抗閂鎖能力的P體區(qū)；(2)淀積硬掩模版，涂膠，曝光溝槽區(qū)域，將溝槽區(qū)域的硬掩模版刻開(kāi)，利用硬掩模版制作溝槽；(3)進(jìn)行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽側(cè)壁中；(4)對(duì)溝槽區(qū)域柵氧化，并利用此熱過(guò)程完成對(duì)N型雜質(zhì)的激活和推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道區(qū)凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；(5)在溝槽中填充柵電極材料，形成柵電極；重?fù)诫s注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)，引出發(fā)射極以及集電極。
3.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)注入的劑量范圍與P型雜質(zhì)注入和推進(jìn)的過(guò)程相匹配，其面密度范圍為5Ell/cm2至lE13/cm2。
4.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)的注入能量范圍為15KeV至IOOKeV0
5.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)的注入角度為7°至30°，采用多次旋轉(zhuǎn)注入。
6.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于實(shí)施步驟(3)時(shí)，N型雜質(zhì)注入根據(jù)溝槽形成方法確定，能采用帶硬掩模版注入、帶膠注入或?qū)⑺醒谀０嫒サ艉笞⑷搿?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括在器件的N體區(qū)注入P型雜質(zhì)；利用硬掩模版制作溝槽；進(jìn)行帶角度的N型雜質(zhì)注入，將N型雜質(zhì)注入到溝槽側(cè)壁中；對(duì)溝槽區(qū)域柵氧化，并利用此熱過(guò)程完成對(duì)N型雜質(zhì)的激活和推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道區(qū)凈摻雜濃度的調(diào)節(jié)，滿足閾值要求；在溝槽中填充柵電極材料，形成柵電極；重?fù)诫s注入N型雜子形成N+發(fā)射區(qū)，引出發(fā)射極以及集電極。本發(fā)明還公開(kāi)了一種絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制造方法采用一次P型雜質(zhì)注入，一次帶角度N型雜質(zhì)注入，能達(dá)到溝槽絕緣柵雙極晶體管閂鎖與閾值電壓平衡，本發(fā)明的制造方法能降低絕緣柵雙極晶體管的制造成本。
文檔編號(hào)H01L21/265GK103022113SQ20111028035
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者劉坤, 張帥 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司