一種igbt結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種IGBT結(jié)構(gòu)及其制備方法，其中該IGBT結(jié)構(gòu)包括：主芯片和保護(hù)層，其中保護(hù)層進(jìn)一步包括：形成在主芯片上的氮化硅膜；和形成在氮化硅膜上的聚酰亞胺膜。本發(fā)明具有氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層，且該復(fù)合層采用二次光刻工藝以保證各層薄膜質(zhì)量良好，具有較好的機(jī)械性能、抗蝕性能、抗潮濕能力、抗外部離子能力，制成的器件穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種IGBT結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)器件應(yīng)用特別是應(yīng)用在電源模塊、功率模塊，往往需要在高溫、高壓、高濕、長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境下工作，因而要求IGBT器件在上述環(huán)境中必須保證器件工作穩(wěn)定可靠。
[0003]現(xiàn)有的IGBT器件通常使用由磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅組成的保護(hù)層。采用這類護(hù)層的IGBT器件一般無法達(dá)到很高的可靠性性能。具體地，由磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅組成的傳統(tǒng)護(hù)層，工作在高溫、高壓、高濕、長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境下，往往無法保證器件參數(shù)的穩(wěn)定性，器件耐壓下降、漏電流增大，器件失效。導(dǎo)致器件可靠性不合格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種穩(wěn)定可靠的IGBT結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的IGBT結(jié)構(gòu)，包括:主芯片和保護(hù)層，其中所述保護(hù)層進(jìn)一步包括:形成在所述主芯片上的氮化硅膜；和形成在所述氮化硅膜上的聚酰亞胺膜。
[0006]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氮化娃膜以光刻膠為掩膜通過第一次刻蝕而成，并且所述聚酰亞胺膜通過第二次刻蝕而成。
[0007]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氮化硅膜的厚度為0.1-0.7微米。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述聚酰亞胺膜的厚度為3-20微米。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:A.形成主芯片；和
[0010]B.在所述主芯片之上形成保護(hù)層，其中，進(jìn)一步包括:B1.在所述主芯片上形成氮化硅膜；和B2.在所述氮化硅膜上形成聚酰亞胺膜。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中，所述步驟BI包括:在所述主芯片之上形成氮化硅材料層；在所述氮化硅材料層之上形成光刻膠；以所述光刻膠為掩膜進(jìn)行第一次刻蝕以形成所述氮化硅膜；去除殘余的所述光刻膠，其中，所述步驟B2包括:在所述氮化硅膜之上形成聚酰亞胺涂膠層；進(jìn)行第二次刻蝕以形成所述聚酰亞胺膜。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氮化硅膜的厚度為0.1-0.7微米。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述聚酰亞胺膜的厚度為3-20微米。
[0014]本發(fā)明IGBT結(jié)構(gòu)具有氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層。其中氮化硅膜對(duì)外部離子、濕氣的具有很強(qiáng)的阻隔作用，熱穩(wěn)定性高；聚酰亞胺膜具有優(yōu)異的耐熱性能、粘附性能、耐輻射性能、力學(xué)強(qiáng)度和模量，低的熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)以及優(yōu)良的耐溶劑性。氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層可以增加器件的機(jī)械性能、防止化學(xué)腐蝕，有效增加器件的抗潮濕能力、抗外部離子能力。從而使器件的具有高可靠性，工作性能更穩(wěn)定可靠，壽命更長(zhǎng)。
[0015]本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法簡(jiǎn)便易行，得到的具有氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層的IGBT具有高可靠性，工作性能更穩(wěn)定可靠，壽命更長(zhǎng)。
[0016]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1是本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的IGBT結(jié)構(gòu)的剖面示意圖
[0020]圖3是本發(fā)明IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法的流程框圖
[0021]圖4-圖19是本發(fā)明實(shí)施例的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法各步驟的剖面示意圖【具體實(shí)施方式】
[0022]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0025]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0026]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0027]IGBT器件是由BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。[0028]如圖1所示，本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)包括:主芯片100和保護(hù)層200。其中，主芯片100即IGBT結(jié)構(gòu)除了保護(hù)材料以外的部分，主要包括:源區(qū)、漏區(qū)、柵區(qū)、漏注入?yún)^(qū)、亞溝道區(qū)以及源漏柵電極等等，主芯片的概念界定為本領(lǐng)域技術(shù)人員的已知內(nèi)容，此文中不作贅述。其中保護(hù)層200進(jìn)一步包括:形成在主芯片100上的氮化硅膜210 ;和形成在氮化硅膜210上的聚酰亞胺膜220。其中，氮化硅膜210以光刻膠為掩膜通過第一次刻蝕而成，而聚酰亞胺膜220通過第二次刻蝕而成。本發(fā)明的氮化硅膜210和聚酰亞胺膜220分別采用光刻膠進(jìn)行掩膜刻蝕，可以得到較好的薄膜，避免了現(xiàn)有工藝中直接以聚酰亞胺膜220為掩膜層刻蝕氮化硅膜210而導(dǎo)致聚酰亞胺膜220受到損傷。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，氮化硅膜210的厚度為0.1-0.7微米。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，聚酰亞胺膜220的厚度為3-20微米。
[0031]本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)具有氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層。其中氮化硅膜對(duì)外部離子、濕氣的具有很強(qiáng)的阻隔作用，熱穩(wěn)定性高；聚酰亞胺膜具有優(yōu)異的耐熱性能、粘附性能、耐輻射性能、力學(xué)強(qiáng)度和模量，低的熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)以及優(yōu)良的耐溶劑性。氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層可以增加器件的機(jī)械性能、防止化學(xué)腐蝕，有效增加器件的抗潮濕能力、抗外部離子能力。從而使器件的具有高可靠性，工作性能更穩(wěn)定可靠，壽命更長(zhǎng)。
[0032]圖2進(jìn)一步示出了本發(fā)明實(shí)施例的IGBT結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2中各標(biāo)號(hào)代表的含義如下。其中，10標(biāo)示的部分對(duì)應(yīng)圖1中的氮化硅膜210 ；11標(biāo)示的部分對(duì)應(yīng)圖1中的聚酰亞胺膜220 ; 10和11的組合對(duì)應(yīng)圖1中的保護(hù)層200 ;其余部分對(duì)應(yīng)圖1中的主芯片100。需要說明的是，該標(biāo)號(hào)釋義也同樣適用于圖4-圖19。
[0033]1-漂移區(qū) N-
[0034]2-2 場(chǎng)氧
[0035]3-P 環(huán)
[0036]4-柵氧
[0037]5-多晶硅柵
[0038]6-P 阱區(qū)
[0039]7-發(fā)射區(qū) N+
[0040]8-層間介質(zhì)層
[0041]9-正面金屬
[0042]10-氮化硅膜
[0043]11-聚酰亞胺膜
[0044]12-柵極壓點(diǎn)窗
[0045]13-發(fā)射級(jí)壓點(diǎn)窗口
[0046]14-集電區(qū) P+
[0047]15-集電極
[0048]如圖3所示，本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法包括:步驟A.形成主芯片100 ;和步驟B.在主芯片100之上形成保護(hù)層200，其中，步驟B進(jìn)一步包括:步驟B1.在主芯片100上形成氮化硅膜210 ;和步驟B2.在氮化硅膜210上形成聚酰亞胺膜220。其中，步驟BI包括:在主芯片100之上形成氮化娃材料層；在氮化娃材料層之上形成光刻膠；以光刻膠為掩膜進(jìn)行第一次刻蝕以形成氮化硅膜210 ;去除殘余的光刻膠。其中，步驟B2包括:在氮化硅膜之上形成聚酰亞胺涂膠層；進(jìn)行第二次刻蝕以形成聚酰亞胺膜220。本發(fā)明的制造工藝上需要兩光刻過程，氮化硅膜一次壓點(diǎn)光刻，聚酰亞胺涂膜膠一次壓點(diǎn)光刻，這樣可以避免一次光刻工藝中以聚酰亞胺膜為掩膜刻蝕氮化硅過程對(duì)聚酰亞胺膜照成損傷。
[0049]需要說明的是，對(duì)聚酰亞胺涂膠層進(jìn)行第二次刻蝕以形成聚酰亞胺膜的工藝可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)，不同的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的效果沒有實(shí)質(zhì)性的影響。具體地，聚酰亞胺涂層膠根據(jù)感光性可以分為光敏聚酰亞胺涂層膠和非光敏標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠，其中，非光敏標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠可再細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠和干刻聚酰亞胺涂層膠。不同類型的聚酰亞胺涂層膠具有不同的形成方法如下:
[0050]a.光敏聚酰亞胺涂層膠本身可以感光，光刻過程不需要用到光刻膠層，其光刻過程為:光敏聚酰亞胺涂層膠涂布一光敏聚酰亞胺涂層膠曝光一光敏聚酰亞胺涂層膠顯影一光敏聚酰亞胺涂層膠固化。
[0051]b.標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠本身不感光，因此光刻過程需要用到光刻膠層，其光刻過程為:標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠涂布一勻涂光刻膠涂層一光刻膠涂層膠曝光一光刻膠顯影+標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠刻蝕一光刻膠剝離一標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺涂層膠固化。
[0052]c.干刻聚酰亞胺涂層膠本身不感光又采用干刻工藝，因此光刻過程需要用到光刻膠層和硬掩膜，其光刻過程為:干刻聚酰亞胺涂層膠涂布一干刻聚酰亞胺涂層膠固化一淀積硬掩膜層一勻涂光刻膠涂層一光刻膠涂層膠曝光一光刻膠顯影一硬掩膜層刻蝕一聚酰亞胺膜刻蝕(同時(shí)刻凈光刻膠)一硬掩膜剝離。
[0053]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，氮化硅膜210的厚度為0.1-0.7微米。
[0054]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，聚酰亞胺膜220的厚度為3-20微米。
[0055]本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法簡(jiǎn)便易行，得到的具有氮化硅與聚酰亞胺復(fù)合型護(hù)層的IGBT具有高可靠性，工作性能更穩(wěn)定可靠，壽命更長(zhǎng)。
[0056]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，現(xiàn)結(jié)合圖4-圖19詳細(xì)闡述如下。
[0057]整個(gè)工藝過程大致包括兩個(gè)階段:形成主芯片(參考圖4-圖14)和形成保護(hù)層(參考圖15-圖19)。其中，10標(biāo)示的部分對(duì)應(yīng)圖1中的氮化硅膜210 ；11標(biāo)示的部分對(duì)應(yīng)圖1中的聚酰亞胺膜220 ；10和11的組合對(duì)應(yīng)圖1中的保護(hù)層200 ;其余部分對(duì)應(yīng)圖1中的主芯片100。具體地:
[0058](I)氧化、光刻、刻蝕制作場(chǎng)氧，如圖4 ；
[0059](2)光刻、注入、驅(qū)入制作P環(huán)，如圖5 ；
[0060](3)生長(zhǎng)柵氧，如圖6;
[0061 ] ( 4 )多晶硅淀積，如圖7 ;
[0062](5)光刻、刻蝕多晶硅圖形，如圖8 ;
[0063](6) B注入、驅(qū)入制作P阱，如圖9 ;
[0064](7)發(fā)射區(qū)制作，如圖10 ；
[0065](8)制作層間介質(zhì)層，如圖11，
[0066](9)接觸孔光刻、刻蝕，如圖12 ；
[0067](10)濺射正面金屬，如圖13 ；
[0068]( 11)正面金屬光刻、刻蝕、合金，如圖14。[0069](12)在器件正面淀積一層氮化硅膜，厚度0.1微米至0.7微米，如圖15 ；
[0070](13)光刻、蝕刻氮化硅膜壓點(diǎn)圖形，如圖16 ；
[0071](14)涂布聚酰亞胺涂層膠，軟烘后聚酰亞胺涂層膠厚度4微米至30微米，如圖
17；
[0072](15)光刻制作聚酰亞胺涂層膠的壓點(diǎn)圖形。本制造方法使用兩次光刻過程，第一次是氮化硅壓點(diǎn)光刻，第二次是聚酰亞胺涂層膠壓點(diǎn)光刻，這樣避免了一次光刻工藝中以聚酰亞胺為掩膜刻蝕氮化硅過程中對(duì)聚酰亞胺造成損傷。
[0073](16)聚酰亞胺涂層膠固化，使之固化成為聚酰亞胺膜，固化后聚酰亞胺膜厚度3微米至20微米，如圖18。
[0074](17)加工IGBT器件的背面工藝，在器件底部形成集電區(qū)和集電極，如圖19。
[0075]流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個(gè)或更多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時(shí)的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員所理解。
[0076]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0077]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 主芯片和保護(hù)層，其中所述保護(hù)層進(jìn)一步包括: 形成在所述主芯片上的氮化硅膜；和 形成在所述氮化硅膜上的聚酰亞胺膜。
2.如權(quán)利要求1所述的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化硅膜以光刻膠為掩膜通過第一次刻蝕而成，并且所述聚酰亞胺膜通過第二次刻蝕而成。
3.如權(quán)利要求1所述的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度為0.1-0.7微米。
4.如權(quán)利要求1所述的IGBT結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述聚酰亞胺膜的厚度為3-20微米。
5.—種IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括: A.形成主芯片；和 B.在所述主芯片之上形成保護(hù)層，其中，進(jìn)一步包括: B1.在所述主芯片上形成氮化硅膜；和 B2.在所述氮化硅膜上形成聚酰亞胺膜。
6.如權(quán)利要求5所述的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 其中，所述步驟BI包括:在所述主芯片之上形成氮化硅材料層；在所述氮化硅材料層之上形成光刻膠；以所述光刻膠為掩膜進(jìn)行第一次刻蝕以形成所述氮化硅膜；去除殘余的所述光刻膠， 其中，所述步驟B2包括:在所述氮化硅膜之上形成聚酰亞胺涂膠層；進(jìn)行第二次刻蝕以形成所述聚酰亞胺膜。
7.如權(quán)利要求5所述的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度為0.1-0.7 微米。
8.如權(quán)利要求5所述的IGBT結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述聚酰亞胺膜的厚度為3-20微米。
【文檔編號(hào)】H01L23/29GK103887248SQ201210562944
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】鄭忠慶 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司