嵌入frd的igbt器件及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種嵌入FRD的IGBT器件，形成于N型硅襯底上并由多個IGBT元胞和多個FRD元胞交替排列形成；各FRD元胞區(qū)域位于局部場氧層底部，IGBT元胞區(qū)域為局部場氧層之間區(qū)域。各FRD元胞區(qū)域的P型區(qū)由形成于局部場氧層底部的第一P+區(qū)組成；各IGBT元胞區(qū)域的溝槽柵一側(cè)和局部場氧層接觸且該側(cè)不形成溝道，另一側(cè)位于硅襯底中并用于形成溝道。本發(fā)明溝槽柵的單邊結(jié)構(gòu)能夠器件工作時通過第一P+區(qū)會向N型硅襯底中注入空穴，從而能夠增加對漂移區(qū)的空穴注入，減少導(dǎo)通壓降。本發(fā)明中各FRD元胞區(qū)域位置直接位于局部場氧層的底部，并不需要額外占用芯片面積，所以本發(fā)明能夠節(jié)省芯片尺寸。本發(fā)明還公開了一種嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。
【專利說明】嵌入FRD的IGBT器件及制造方法
【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，特別是涉及一種嵌入續(xù)流二極管（FRD)的 絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件；本發(fā)明還涉及一種 嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] IGBT是一種電壓控制的M0S/雙極復(fù)合型器件，這種器件同時具有雙極結(jié)型功率 晶體管和功率M0SFET的主要優(yōu)點：輸入阻抗高、輸入驅(qū)動功率小、導(dǎo)通電阻小、電流容量 大、開關(guān)速度快等。
[0003] 然而，IGBT由于反向恢復(fù)速度慢，需要在封裝過程中并聯(lián)FRD保證正常關(guān)斷。目 前較先進(jìn)工藝是把IGBT結(jié)構(gòu)和續(xù)流二極管結(jié)構(gòu)做在同一塊芯片上，以節(jié)省封裝面積。如圖 1所示，為現(xiàn)有IGBT和FRD集成在同一塊芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；其中區(qū)域A對應(yīng)于IGBT器件 區(qū)域，區(qū)域B對應(yīng)于FRD區(qū)域。
[0004] IGBT器件和FRD器件都制作在N型硅襯底1上，在硅襯底1上形成有P阱2。
[0005] 區(qū)域A中：IGBT器件由多個重復(fù)排列的IGBT元胞組成，各IGBT元胞共用同一 P 阱2。在硅襯底1的表面形成有交替排列的深溝槽，在深溝槽中內(nèi)側(cè)表面形成有柵介質(zhì)層 7、在柵介質(zhì)層7上形成有填充整個深溝槽的多晶硅柵8,多晶硅柵8為各IGBT元胞的溝槽 柵。在P阱2中形成有多個N+區(qū)3,各N+區(qū)3為各IGBT元胞的發(fā)射區(qū)，被溝槽柵覆蓋的P 阱2的表面用于形成溝道，該溝道連接各N+區(qū)3和各P阱2底部的N型硅襯底1。在硅襯 底1的表面形成有層間膜9,層間膜9中形成有金屬接觸孔并填充金屬同時引出各N+區(qū)3 和P阱2并實現(xiàn)各N+區(qū)3和P阱2和正面金屬11的連接。在區(qū)域A的背面表面形成有P+ 區(qū)5,該P(yáng)+區(qū)5作為整個IGBT的集電區(qū)，集電區(qū)5通過背面金屬12引出。
[0006] 區(qū)域B中，由P阱2組成FRD器件的P型區(qū)，在硅襯底1的背面形成有N+區(qū)4,由 P阱2、N+區(qū)4和位于兩者之間的N型硅襯底1組成FRD器件的二極管結(jié)構(gòu)。N+區(qū)4也通 過背面金屬12引出。
[0007] 由圖1可知，標(biāo)記6所示區(qū)域范圍為整個IGBT器件的工作區(qū)，標(biāo)記10所示區(qū)域范 圍為整個IGBT器件的工作區(qū)。
[0008] 由上可以看出，現(xiàn)有圖1所示的集成方式存在如下不足之處：
[0009] 1)從結(jié)構(gòu)上看還是屬于兩塊芯片并聯(lián)，面積損耗并非最小；
[0010] 2)深溝槽（trench)兩邊溝道均工作，即多晶硅柵8的兩側(cè)都會形成一個溝道，相 對于單邊工作，另一邊提供空穴注入的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)通壓降比較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種嵌入FRD的IGBT器件，能節(jié)省芯片面積，并 能降低導(dǎo)通壓降。為此，本發(fā)明還提供一種嵌入FRD的IGBT器件的制造方法。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的嵌入FRD的IGBT器件形成于N型硅襯底上并 由多個IGBT元胞和多個FRD元胞交替排列形成。
[0013] 在所述N型硅襯底的正面形成有多個局部場氧層（L0C0S)，所述局部場氧層定義 出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位置，各所述IGBT元胞區(qū)域位置 位于兩相鄰的所述局部場氧層之間，各所述FRD元胞區(qū)域位置位于各所述局部場氧層所覆 蓋區(qū)域。
[0014] 在各所述局部場氧層底部的所述N型硅襯底中形成有第一 P+區(qū)，所述第一 P+區(qū) 的頂部和所述局部場氧層的底部接觸，該第一 P+區(qū)組成對應(yīng)的所述FRD元胞的P型區(qū)。
[0015] 在各所述局部場氧層的兩側(cè)都分別形成有一個第一深溝槽，所述第一深溝槽的深 度大于所述第一 P+區(qū)的深度，所述第一深溝槽的一個側(cè)面和對應(yīng)的所述局部場氧層以及 所述第一 P+區(qū)接觸，所述第一深溝槽的另一個側(cè)面和位于各所述局部場氧層之間的所述N 型硅襯底接觸，所述第一深溝槽中的底部表面和側(cè)面形成有柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層上 形成有將所述第一深溝槽完全填充的多晶硅柵，由填充于所述第一深溝槽中的所述多晶硅 柵組成各所述IGBT元胞的溝槽柵。
[0016] 在各相鄰的兩個所述局部場氧層中的所述N型硅襯底中形成有P阱，所述P阱的 深度小于所述第一深溝槽的深度，各所述溝槽柵從一個側(cè)面對所述P阱覆蓋。
[0017] 在各所述P阱的表面形成有第一 N+區(qū)，由所述第一 N+區(qū)組成各所述IGBT元胞的 發(fā)射區(qū)，由被所述溝槽柵覆蓋的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的溝道，所述溝道連接 對應(yīng)的所述發(fā)射區(qū)和所述P阱底部的所述N型硅襯底。
[0018] 在所述第一 P+區(qū)的上方形成有正面金屬接觸引出各所述FRD元胞的P型區(qū)，在所 述發(fā)射區(qū)的上方形成有正面金屬接觸引出各所述IGBT元胞的發(fā)射區(qū)和所述P阱。
[0019] 在所述N型硅襯底的背面形成有多個第二深溝槽，各所述第二深溝槽的寬度小于 各所述第一深溝槽的寬度，在縱向上各所述第二深溝槽位于各所述第一深溝槽底部且和對 應(yīng)的所述第一深溝槽對齊，各所述第二深溝槽不和其頂部的所述第一深溝槽相連接，在各 所述第二深溝槽中填充有氧化硅層，所述第二深溝槽在背面定義出所述多個IGBT元胞區(qū) 域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位置；在所述N型硅襯底的背面表面中形成有交替排列的 第二P+區(qū)和第二N+區(qū)，各所述第二P+區(qū)位于所述多個IGBT元胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的 所述IGBT元胞的集電區(qū)，各所述第二N+區(qū)位于所述多個FRD元胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的 所述FRD元胞的N型區(qū)。
[0020] 在所述多個IGBT元胞區(qū)域位置中，由位于所述P阱和所述第二P+區(qū)之間的所述 N型硅襯底組成各所述IGBT元胞的漂移區(qū)；在所述多個FRD元胞區(qū)域位置中，由所述P型 區(qū)、所述N型區(qū)和位于所述P型區(qū)和所述N型區(qū)之間的所述N型硅襯底組成各所述FRD元 胞。
[0021] 在所述N型硅襯底的背面形成有背面電極，該背面電極同時引出所述第二P+區(qū)和 所述第二N+區(qū)。
[0022] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述IGBT器件的周側(cè)還形成有耐壓環(huán)，該耐壓環(huán)由圍繞在所 述IGBT器件的周側(cè)的第三P+區(qū)組成，所述第三P+區(qū)的摻雜條件和所述第一 P+區(qū)的摻雜 條件相同。
[0023] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二P+區(qū)和所述第二N+區(qū)經(jīng)過電子輻照處理。
[0024] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的嵌入FRD的IGBT器件的制造方法包括如下步 驟：
[0025] 步驟一、在N型硅襯底正面表面形成第一氮化硅層，采用光刻工藝定義出局部場 氧形成區(qū)域，將所述局部場氧形成區(qū)域內(nèi)的所述第一氮化硅層去除、所述局部場氧形成區(qū) 域外的所述第一氮化硅層保留。
[0026] 步驟二、采用P型重?fù)诫s離子注入工藝在所述局部場氧形成區(qū)域的所述硅襯底中 形成第一 P+區(qū)。
[0027] 步驟三、對所述局部場氧形成區(qū)域的所述硅襯底進(jìn)行場氧化并形成多個局部場氧 層，去除所述第一氮化硅層；IGBT器件形成于所述硅襯底上并由多個IGBT元胞和多個FRD 元胞交替排列形成，所述局部場氧層定義出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元 胞區(qū)域位置，各所述IGBT元胞區(qū)域位置位于兩相鄰的所述局部場氧層之間，各所述FRD元 胞區(qū)域位置位于各所述局部場氧層所覆蓋區(qū)域；所述局部場氧層形成后，所述第一 P+區(qū)位 于所述局部場氧層底部、且所述第一 P+區(qū)的頂部和所述局部場氧層的底部接觸，所述第一 P+區(qū)組成對應(yīng)的所述FRD元胞的P型區(qū)。
[0028] 步驟四、采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底正面形成多個第一深溝槽，在各所述局 部場氧層的兩側(cè)都分別形成有一個所述第一深溝槽，所述第一深溝槽的深度大于所述第一 P+區(qū)的深度，所述第一深溝槽的一個側(cè)面和對應(yīng)的所述局部場氧層以及所述第一 P+區(qū)接 觸，所述第一深溝槽的另一個側(cè)面和位于各所述局部場氧層之間的所述N型硅襯底接觸。
[0029] 步驟五、在所述第一深溝槽中的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層。
[0030] 步驟六、采用多晶硅淀積工藝在所述柵介質(zhì)層上形成多晶硅柵，所述多晶硅柵將 所述第一深溝槽完全填充，由填充于所述第一深溝槽中的所述多晶硅柵組成各所述IGBT 元胞的溝槽柵。
[0031] 步驟七、采用P阱注入工藝在各相鄰的兩個所述局部場氧層中的所述硅襯底中形 成P阱，所述P阱的深度小于所述第一深溝槽的深度，各所述溝槽柵從一個側(cè)面對所述P阱 覆蓋。
[0032] 步驟八、采用源注入工藝在各所述P阱的表面形成第一 N+區(qū)，由所述第一 N+區(qū)組 成各所述IGBT元胞的發(fā)射區(qū)，由被所述溝槽柵覆蓋的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞 的溝道，所述溝道連接對應(yīng)的所述發(fā)射區(qū)和所述P阱底部的所述N型硅襯底。
[0033] 步驟九、在形成所述第一 N+區(qū)后，在所述硅襯底正面形成層間膜，所述層間膜將 所述局部場氧層、所述溝槽柵和所述第一 N+區(qū)覆蓋。
[0034] 步驟十、采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底正面形成正面接觸孔，所述正面接觸孔 分別位于所述第一 P+區(qū)和所述第一 N+區(qū)上方并將所述第一 P+區(qū)和所述第一 N+區(qū)表面露 出。
[0035] 步驟十一、在所述正面接觸孔底部進(jìn)行P+注入并形成P+歐姆接觸區(qū)；在所述正面 接觸孔中填充金屬形成正面金屬接觸，在所述第一 P+區(qū)的上方的所述正面金屬接觸引出 各所述FRD元胞的P型區(qū)，在所述發(fā)射區(qū)的上方的所述正面金屬接觸引出各所述IGBT元胞 的所述發(fā)射區(qū)和所述P阱。
[0036] 步驟十二、采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底的背面形成多個第二深溝槽，各所述 第二深溝槽的寬度小于各所述第一深溝槽的寬度，在縱向上各所述第二深溝槽位于各所 述第一深溝槽底部且和對應(yīng)的所述第一深溝槽對齊，各所述第二深溝槽不和其頂部的所述 第一深溝槽相連接；所述第二深溝槽在背面定義出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多 個FRD元胞區(qū)域位置。
[0037] 步驟十三、在各所述第二深溝槽中填充氧化硅層。
[0038] 步驟十四、采用背面P+注入在所述硅襯底的背面表面中形成第二P+區(qū)、采用背面 N+注入在所述硅襯底的背面表面中形成第二N+區(qū)，所述第二P+區(qū)和所述第二N+區(qū)在所述 硅襯底的背面表面中交替排列，各所述第二P+區(qū)位于所述多個IGBT元胞區(qū)域位置并作為 對應(yīng)的所述IGBT元胞的集電區(qū)，各所述第二N+區(qū)位于所述多個FRD元胞區(qū)域位置并作為 對應(yīng)的所述FRD元胞的N型區(qū)；在所述多個IGBT元胞區(qū)域位置中，由位于所述P阱和所述 第二P+區(qū)之間的所述N型硅襯底組成各所述IGBT元胞的漂移區(qū)；在所述多個FRD元胞區(qū) 域位置中，由所述P型區(qū)、所述N型區(qū)和位于所述P型區(qū)和所述N型區(qū)之間的所述N型硅襯 底組成各所述FRD元胞。
[0039] 步驟十五、對所述第二P+區(qū)和所述第二N+區(qū)進(jìn)行電子輻照。
[0040] 步驟十六、在所述硅襯底的背面形成背面電極，該背面電極同時引出所述第二P+ 區(qū)和所述第二N+區(qū)。
[0041] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述IGBT器件的周側(cè)還形成有耐壓環(huán)，該耐壓環(huán)由圍繞在所 述IGBT器件的周側(cè)的第三P+區(qū)組成，所述第三P+區(qū)的工藝條件和所述第一 P+區(qū)的工藝 條件相同，在步驟一中包括形成由所述第一氮化硅層刻蝕后定義出所述第三P+區(qū)的步驟， 在步驟二中采用同一 P型重?fù)诫s離子注入同時形成所述第一 P+區(qū)和所述第三P+區(qū)。
[0042] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述局部場氧層的厚度為1 μ m?2 μ m。
[0043] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一深溝槽的深度為5 μ m?9 μ m。
[0044] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述電子輻照壽命控制為80KGY?200KGY。
[0045] 本發(fā)明能夠取得如下有益效果：
[0046] 1、本發(fā)明器件中的IGBT元胞的溝槽柵為單邊結(jié)構(gòu)，器件工作時，僅在第一深溝槽 的一側(cè)形成溝道，在不形成溝道的另一側(cè)位置處，第一P+區(qū)會向N型硅襯底中注入空穴，在 加上位于漂移區(qū)底部的第二P+區(qū)對N型硅襯底的空穴注入，所以本發(fā)明能夠增加對漂移區(qū) 的空穴注入，減少導(dǎo)通壓降。
[0047] 2、本發(fā)明中各FRD元胞區(qū)域位置直接位于局部場氧層的底部，并不需要額外占 用芯片面積，所以本發(fā)明實施例能夠節(jié)省芯片尺寸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0048] 下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：
[0049] 圖1是IGBT結(jié)構(gòu)和續(xù)流二極管結(jié)構(gòu)做在同一塊芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖2是本發(fā)明實施例嵌入FRD的IGBT器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖3A-圖3E是本發(fā)明實施例方法各步驟中器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 如圖2所示，是本發(fā)明實施例嵌入FRD的IGBT器件的結(jié)構(gòu)示意圖；IGBT器件形成 于N型硅襯底101上并由多個IGBT元胞和多個FRD元胞交替排列形成。
[0053] 在所述娃襯底101的正面形成有多個局部場氧層102,所述局部場氧層102定義 出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位置，各所述IGBT元胞區(qū)域位置 位于兩相鄰的所述局部場氧層102之間，各所述FRD元胞區(qū)域位置位于各所述局部場氧層 102所覆蓋區(qū)域。
[0054] 在各所述局部場氧層102底部的所述硅襯底101中形成有第一 P+區(qū)103,所述第 一 P+區(qū)103的頂部和所述局部場氧層102的底部接觸，該第一 P+區(qū)103組成對應(yīng)的所述 FRD元胞的P型區(qū)103 ;
[0055] 在各所述局部場氧層102的兩側(cè)都分別形成有一個第一深溝槽，所述第一深溝槽 的深度大于所述第一 P+區(qū)103的深度，所述第一深溝槽的一個側(cè)面和對應(yīng)的所述局部場氧 層102以及所述第一 P+區(qū)103接觸，所述第一深溝槽的另一個側(cè)面和位于各所述局部場氧 層102之間的所述N型硅襯底101接觸，所述第一深溝槽中的底部表面和側(cè)面形成有柵介 質(zhì)層104,較佳為，所述柵介質(zhì)層104的材料為氧化硅。在所述柵介質(zhì)層104上形成有將所 述第一深溝槽完全填充的多晶硅柵105,由填充于所述第一深溝槽中的所述多晶硅柵105 組成各所述IGBT元胞的溝槽柵105。
[0056] 在各相鄰的兩個所述局部場氧層102中的所述硅襯底101中形成有P阱106,所述 P阱106的深度小于所述第一深溝槽的深度，各所述溝槽柵105從一個側(cè)面對所述P阱106 覆蓋。
[0057] 在各所述P阱106的表面形成有第一 N+區(qū)107,由所述第一 N+區(qū)107組成各所 述IGBT元胞的發(fā)射區(qū)107,由被所述溝槽柵105覆蓋的所述P阱106表面形成各所述IGBT 元胞的溝道，所述溝道連接對應(yīng)的所述發(fā)射區(qū)107和所述P阱106底部的所述N型硅襯底 101。
[0058] 在所述第一 P+區(qū)103的上方形成有正面金屬接觸109引出各所述FRD元胞的P 型區(qū)103,在所述發(fā)射區(qū)107的上方形成有正面金屬接觸109引出各所述IGBT元胞的發(fā)射 區(qū)107和所述P阱106。在所述正面金屬接觸109的正下方形成有P+歐姆接觸區(qū)108,該 P+歐姆接觸區(qū)108用于形成良好的歐姆接觸。各所述IGBT元胞中所述P+歐姆接觸區(qū)108 還實現(xiàn)所述發(fā)射區(qū)107和所述P阱106的連接。
[0059] 在所述硅襯底101的背面形成有多個第二深溝槽110,各所述第二深溝槽110的 寬度小于各所述第一深溝槽的寬度，在縱向上各所述第二深溝槽110位于各所述第一深溝 槽底部且和對應(yīng)的所述第一深溝槽對齊，各所述第二深溝槽110不和其頂部的所述第一深 溝槽相連接，在各所述第二深溝槽中填充有氧化硅層，所述第二深溝槽在背面定義出所述 多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位置；在所述硅襯底101的背面表面中形 成有交替排列的第二P+區(qū)111和第二N+區(qū)112,各所述第二P+區(qū)111位于所述多個IGBT 元胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的所述IGBT元胞的集電區(qū)111，各所述第二N+區(qū)112位于所述多 個FRD元胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的所述FRD元胞的N型區(qū)112。
[0060] 在所述多個IGBT元胞區(qū)域位置中，由位于所述P阱106和所述第二P+區(qū)111之 間的所述N型硅襯底101組成各所述IGBT元胞的漂移區(qū)；在所述多個FRD元胞區(qū)域位置 中，由所述P型區(qū)、所述N型區(qū)和位于所述P型區(qū)和所述N型區(qū)之間的所述N型硅襯底101 組成各所述FRD元胞。
[0061] 在所述硅襯底101的背面形成有背面電極(未示出），該背面電極同時引出所述第 二P+區(qū)111和所述第二N+區(qū)112。
[0062] 在所述IGBT器件的周側(cè)還形成有耐壓環(huán)，該耐壓環(huán)由圍繞在所述IGBT器件的周 側(cè)的第三P+區(qū)組成，所述第三P+區(qū)的摻雜條件和所述第一 P+區(qū)103的摻雜條件相同。 [0063]由圖2可以看出，本發(fā)明實施例的溝槽柵105為單邊結(jié)構(gòu)，器件工作時，在所述第 一深溝槽和所述局部場氧層102相接觸的側(cè)面處不形成溝道，僅在位于兩相鄰的所述局部 場氧層102之間的所述硅襯底101中的側(cè)面處才形成溝道。其中，在所述第一深溝槽和所 述局部場氧層102相接觸的側(cè)面底部也和所述第一 P+區(qū)103接觸，這樣當(dāng)器件工作時，所 述第一 P+區(qū)103中也會向所述N型硅襯底101中注入空穴，由于IGBT器件的漂移區(qū)是由 位于所述P阱106和所述第二P+區(qū)111之間的所述N型硅襯底101組成，所述第一 P+區(qū) 103中的空穴注入到所述N型硅襯底101中后，就會增加 IGBT器件的空穴濃度。而由圖1 可知，現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT器件工作時只能從而P+區(qū)5向由硅襯底1組成的漂移區(qū)中注入 空穴；而由圖2可知，本發(fā)明實施例能夠通過第一 P+區(qū)103和第二P+區(qū)111同時向漂移區(qū) 中注入空穴，所以本發(fā)明實施例多了一個第一 P+區(qū)103的空穴注入，這樣能夠進(jìn)一步降低 器件的導(dǎo)通電阻，從而能獲得較低的導(dǎo)通壓降。
[0064] 另外，本發(fā)明實施例中各FRD元胞區(qū)域位置直接位于局部場氧層102的底部，并不 需要額外占用芯片面積，所以本發(fā)明實施例能夠節(jié)省芯片尺寸。
[0065] 如圖3A至圖3E所示，是本發(fā)明實施例方法各步驟中器件結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實施 例嵌入FRD的IGBT器件的制造方法包括如下步驟：
[0066] 步驟一、如圖3A所不，在N型娃襯底101正面表面形成第一氮化娃層，米用光刻工 藝定義出局部場氧形成區(qū)域，采用干法或濕法刻蝕工藝將所述局部場氧形成區(qū)域內(nèi)的所述 第一氮化硅層去除、所述局部場氧形成區(qū)域外的所述第一氮化硅層保留。在所述IGBT器件 的周側(cè)還形成有耐壓環(huán)，在步驟一中在所述IGBT器件的周側(cè)，所述第一氮化硅層刻蝕后還 定義出組成所述耐壓環(huán)的第三P+區(qū)形成區(qū)域。
[0067] 步驟二、如圖3A所示，采用P型重?fù)诫s離子注入工藝在所述局部場氧形成區(qū)域的 所述硅襯底101中形成第一P+區(qū)103。所述P型重?fù)诫s離子注入工藝同時在所述IGBT器件 的周側(cè)形成第三P+區(qū)。所述P型重?fù)诫s離子注入工藝的注入劑量為lE14cnT2?lE15cnT2。
[0068] 步驟三、如圖3A所示，對所述局部場氧形成區(qū)域的所述硅襯底101進(jìn)行場氧化并 形成多個局部場氧層102,去除所述第一氮化硅層。所述局部場氧層102的厚度為Ιμπι? 2 μ m〇
[0069] IGBT器件形成于所述硅襯底101上并由多個IGBT元胞和多個FRD元胞交替排列 形成，所述局部場氧層102定義出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位 置，各所述IGBT元胞區(qū)域位置位于兩相鄰的所述局部場氧層102之間，各所述FRD元胞區(qū) 域位置位于各所述局部場氧層102所覆蓋區(qū)域；所述局部場氧層102形成后，所述第一 P+ 區(qū)103位于所述局部場氧層102底部、且所述第一 P+區(qū)103的頂部和所述局部場氧層102 的底部接觸，所述第一 P+區(qū)103組成對應(yīng)的所述FRD元胞的P型區(qū)。
[0070] 步驟四、如圖3B所示，采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底101正面形成多個第一深 溝槽，所述第一深溝槽刻蝕時采用厚底為5000A?10000 A的氧化層作為刻蝕阻擋層。所述 第一深溝槽的深度為5 μ m?9 μ m。
[0071] 在各所述局部場氧層102的兩側(cè)都分別形成有一個所述第一深溝槽，所述第一深 溝槽的深度大于所述第一 P+區(qū)103的深度，所述第一深溝槽的一個側(cè)面和對應(yīng)的所述局部 場氧層102以及所述第一 P+區(qū)103接觸，所述第一深溝槽的另一個側(cè)面和位于各所述局部 場氧層102之間的所述N型硅襯底101接觸。
[0072] 步驟五、如圖3B所示，在所述第一深溝槽中的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層104。 較佳為，所述柵介質(zhì)層104的材料為氧化硅。所述柵介質(zhì)層104的厚度為1000A?1500 A。
[0073] 步驟六、如圖3B所示，采用多晶硅淀積工藝在所述柵介質(zhì)層104上形成多晶硅 柵105,所述多晶硅柵105將所述第一深溝槽完全填充，由填充于所述第一深溝槽中的 所述多晶硅柵105組成各所述IGBT元胞的溝槽柵。所述多晶硅柵105的淀積厚度為 8000A?15000 A,淀積后需采用多晶硅回刻工藝對所述多晶硅柵105進(jìn)行回刻并使所述多 晶娃柵105僅填充于所述第一深溝槽中。
[0074] 步驟七、如圖3C所示，采用P阱注入工藝在各相鄰的兩個所述局部場氧層102中 的所述硅襯底101中形成P阱106,所述P阱106的深度小于所述第一深溝槽的深度，各所述 溝槽柵從一個側(cè)面對所述P阱106覆蓋。所述P阱106的注入條件為：注入能量為60KeV? 120KeV，注入劑量為 lE13cnT2 ?lE14cnT2。
[0075] 步驟八、如圖3C所示，采用源注入工藝在各所述P阱106的表面形成第一 N+區(qū) 107,由所述第一 N+區(qū)107組成各所述IGBT元胞的發(fā)射區(qū)107,由被所述溝槽柵覆蓋的所述 P阱106表面形成各所述IGBT元胞的溝道，所述溝道連接對應(yīng)的所述發(fā)射區(qū)107和所述P 阱106底部的所述N型硅襯底101。所述第一 N+區(qū)107的源注入條件為：注入雜質(zhì)為磷或 砷，注入能量為60KeV?120KeV，注入劑量為lE15cnT2?lE16cnT 2。
[0076] 步驟九、如圖3D所示，在形成所述第一N+區(qū)107后，在所述硅襯底101正面形成層 間膜113,所述層間膜113將所述局部場氧層102、所述溝槽柵和所述第一 N+區(qū)107覆蓋。
[0077] 步驟十、如圖3D所示，采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底101正面形成正面接觸孔， 所述正面接觸孔分別位于所述第一 P+區(qū)103和所述第一 N+區(qū)107上方并將所述第一 P+ 區(qū)103和所述第一 N+區(qū)107表面露出。其中所述第一 P+區(qū)103上方的所述正面接觸開孔 要穿過所述層間膜113和所述局部場氧層102,所述第一 N+區(qū)107上方的所述正面接觸開 孔要穿過所述層間膜113。
[0078] 步驟十一、如圖3D所示，在所述正面接觸孔底部進(jìn)行P+注入并形成P+歐姆接觸 區(qū) 108。
[0079] 如圖3E所示，在所述正面接觸孔中填充金屬形成正面金屬接觸，在所述第一 P+區(qū) 103的上方的所述正面金屬接觸引出各所述FRD元胞的P型區(qū)；在所述發(fā)射區(qū)107的上方 的所述正面金屬接觸引出各所述IGBT元胞的所述發(fā)射區(qū)107和所述P阱106,所述P+歐姆 接觸區(qū)108同時連接所述發(fā)射區(qū)107和所述P阱106。
[0080] 步驟十二、如圖2所示，采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底101的背面形成多個第二 深溝槽110,各所述第二深溝槽110的寬度小于各所述第一深溝槽的寬度，在縱向上各所述 第二深溝槽110位于各所述第一深溝槽底部且和對應(yīng)的所述第一深溝槽對齊，各所述第二 深溝槽110不和其頂部的所述第一深溝槽相連接；所述第二深溝槽110在背面定義出所述 多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位置。
[0081] 步驟十三、如圖2所示，在各所述第二深溝槽110中填充氧化硅層。
[0082] 步驟十四、如圖2所示，將所述硅襯底101翻轉(zhuǎn)到背面并減薄到需要的厚度。采用 背面P+注入在所述硅襯底101的背面表面中形成第二P+區(qū)111、采用背面N+注入在所述 硅襯底101的背面表面中形成第二N+區(qū)112,所述第二P+區(qū)111和所述第二N+區(qū)112在 所述硅襯底101的背面表面中交替排列，各所述第二P+區(qū)111位于所述多個IGBT元胞區(qū) 域位置并作為對應(yīng)的所述IGBT元胞的集電區(qū)，各所述第二N+區(qū)112位于所述多個FRD元 胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的所述FRD元胞的N型區(qū)112 ;在所述多個IGBT元胞區(qū)域位置中， 由位于所述P阱106和所述第二P+區(qū)111之間的所述N型硅襯底101組成各所述IGBT元 胞的漂移區(qū)；在所述多個FRD元胞區(qū)域位置中，由所述P型區(qū)、所述N型區(qū)112和位于所述 P型區(qū)和所述N型區(qū)112之間的所述N型硅襯底101組成各所述FRD元胞。
[0083] 步驟十五、如圖2所示，對所述第二P+區(qū)111和所述第二N+區(qū)112進(jìn)行電子輻照。 所述電子輻照壽命控制為80KGY?200KGY。所述電子輻照是為了控制電子載流子壽命，使 達(dá)到較快的反向恢復(fù)。
[0084] 步驟十六、如圖2所示，在所述硅襯底101的背面形成背面電極，該背面電極同時 引出所述第二P+區(qū)111和所述第二N+區(qū)112。
[0085] 以上通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種嵌入FRD的IGBT器件，其特征在于：IGBT器件形成于N型硅襯底上并由多個 IGBT元胞和多個FRD元胞交替排列形成； 在所述硅襯底的正面形成有多個局部場氧層，所述局部場氧層定義出所述多個IGBT 元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞區(qū)域位置，各所述IGBT元胞區(qū)域位置位于兩相鄰的所述 局部場氧層之間，各所述FRD元胞區(qū)域位置位于各所述局部場氧層所覆蓋區(qū)域； 在各所述局部場氧層底部的所述硅襯底中形成有第一 P+區(qū)，所述第一 P+區(qū)的頂部和 所述局部場氧層的底部接觸，該第一 P+區(qū)組成對應(yīng)的所述FRD元胞的P型區(qū)； 在各所述局部場氧層的兩側(cè)都分別形成有一個第一深溝槽，所述第一深溝槽的深度大 于所述第一 P+區(qū)的深度，所述第一深溝槽的一個側(cè)面和對應(yīng)的所述局部場氧層以及所述 第一 P+區(qū)接觸，所述第一深溝槽的另一個側(cè)面和位于各所述局部場氧層之間的所述N型硅 襯底接觸，所述第一深溝槽中的底部表面和側(cè)面形成有柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層上形成 有將所述第一深溝槽完全填充的多晶硅柵，由填充于所述第一深溝槽中的所述多晶硅柵組 成各所述IGBT元胞的溝槽柵； 在各相鄰的兩個所述局部場氧層中的所述硅襯底中形成有P阱，所述P阱的深度小于 所述第一深溝槽的深度，各所述溝槽柵從一個側(cè)面對所述P阱覆蓋； 在各所述P阱的表面形成有第一 N+區(qū)，由所述第一 N+區(qū)組成各所述IGBT元胞的發(fā)射 區(qū)，由被所述溝槽柵覆蓋的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的溝道，所述溝道連接對應(yīng) 的所述發(fā)射區(qū)和所述P阱底部的所述N型硅襯底； 在所述第一 P+區(qū)的上方形成有正面金屬接觸引出各所述FRD元胞的P型區(qū)，在所述發(fā) 射區(qū)的上方形成有正面金屬接觸引出各所述IGBT元胞的發(fā)射區(qū)和所述P阱； 在所述硅襯底的背面形成有多個第二深溝槽，各所述第二深溝槽的寬度小于各所述第 一深溝槽的寬度，在縱向上各所述第二深溝槽位于各所述第一深溝槽底部且和對應(yīng)的所述 第一深溝槽對齊，各所述第二深溝槽不和其頂部的所述第一深溝槽相連接，在各所述第二 深溝槽中填充有氧化硅層，所述第二深溝槽在背面定義出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和 所述多個FRD元胞區(qū)域位置；在所述硅襯底的背面表面中形成有交替排列的第二P+區(qū)和第 二N+區(qū)，各所述第二P+區(qū)位于所述多個IGBT元胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的所述IGBT元胞 的集電區(qū)，各所述第二N+區(qū)位于所述多個FRD元胞區(qū)域位置并作為對應(yīng)的所述FRD元胞 的N型區(qū)； 在所述多個IGBT元胞區(qū)域位置中，由位于所述P阱和所述第二P+區(qū)之間的所述N型 硅襯底組成各所述IGBT元胞的漂移區(qū)；在所述多個FRD元胞區(qū)域位置中，由所述P型區(qū)、所 述N型區(qū)和位于所述P型區(qū)和所述N型區(qū)之間的所述N型硅襯底組成各所述FRD元胞； 在所述硅襯底的背面形成有背面電極，該背面電極同時引出所述第二P+區(qū)和所述第 二 N+ 區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述的嵌入FRD的IGBT器件，其特征在于:在所述IGBT器件的周側(cè)還 形成有耐壓環(huán)，該耐壓環(huán)由圍繞在所述IGBT器件的周側(cè)的第三P+區(qū)組成，所述第三P+區(qū) 的工藝條件和所述第一 P+區(qū)的工藝條件相同。
3. 如權(quán)利要求1所述的嵌入FRD的IGBT器件，其特征在于：所述第二P+區(qū)和所述第 二N+區(qū)經(jīng)過電子輻照處理。
4. 一種嵌入FRD的IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、在N型硅襯底正面表面形成第一氮化硅層，采用光刻工藝定義出局部場氧形 成區(qū)域，將所述局部場氧形成區(qū)域內(nèi)的所述第一氮化硅層去除、所述局部場氧形成區(qū)域外 的所述第一氮化硅層保留； 步驟二、采用P型重?fù)诫s離子注入工藝在所述局部場氧形成區(qū)域的所述硅襯底中形成 第一 P+區(qū)； 步驟三、對所述局部場氧形成區(qū)域的所述硅襯底進(jìn)行場氧化并形成多個局部場氧層， 去除所述第一氮化硅層；IGBT器件形成于所述硅襯底上并由多個IGBT元胞和多個FRD元 胞交替排列形成，所述局部場氧層定義出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元胞 區(qū)域位置，各所述IGBT元胞區(qū)域位置位于兩相鄰的所述局部場氧層之間，各所述FRD元胞 區(qū)域位置位于各所述局部場氧層所覆蓋區(qū)域；所述局部場氧層形成后，所述第一 P+區(qū)位于 所述局部場氧層底部、且所述第一 P+區(qū)的頂部和所述局部場氧層的底部接觸，所述第一 P+ 區(qū)組成對應(yīng)的所述FRD元胞的P型區(qū)； 步驟四、采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底正面形成多個第一深溝槽，在各所述局部場 氧層的兩側(cè)都分別形成有一個所述第一深溝槽，所述第一深溝槽的深度大于所述第一 P+ 區(qū)的深度，所述第一深溝槽的一個側(cè)面和對應(yīng)的所述局部場氧層以及所述第一 P+區(qū)接觸， 所述第一深溝槽的另一個側(cè)面和位于各所述局部場氧層之間的所述N型硅襯底接觸； 步驟五、在所述第一深溝槽中的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層； 步驟六、采用多晶硅淀積工藝在所述柵介質(zhì)層上形成多晶硅柵，所述多晶硅柵將所述 第一深溝槽完全填充，由填充于所述第一深溝槽中的所述多晶硅柵組成各所述IGBT元胞 的溝槽柵； 步驟七、采用P阱注入工藝在各相鄰的兩個所述局部場氧層中的所述硅襯底中形成P 阱，所述P阱的深度小于所述第一深溝槽的深度，各所述溝槽柵從一個側(cè)面對所述P阱覆 蓋； 步驟八、采用源注入工藝在各所述P阱的表面形成第一 N+區(qū)，由所述第一 N+區(qū)組成各 所述IGBT元胞的發(fā)射區(qū)，由被所述溝槽柵覆蓋的所述P阱表面形成各所述IGBT元胞的溝 道，所述溝道連接對應(yīng)的所述發(fā)射區(qū)和所述P阱底部的所述N型硅襯底； 步驟九、在形成所述第一 N+區(qū)后，在所述硅襯底正面形成層間膜，所述層間膜將所述 局部場氧層、所述溝槽柵和所述第一 N+區(qū)覆蓋； 步驟十、采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底正面形成正面接觸孔，所述正面接觸孔分別 位于所述第一 P+區(qū)和所述第一 N+區(qū)上方并將所述第一 P+區(qū)和所述第一 N+區(qū)表面露出； 步驟十一、在所述正面接觸孔底部進(jìn)行P+注入并形成P+歐姆接觸區(qū)；在所述正面接觸 孔中填充金屬形成正面金屬接觸，在所述第一 P+區(qū)的上方的所述正面金屬接觸引出各所 述FRD元胞的P型區(qū)，在所述發(fā)射區(qū)的上方的所述正面金屬接觸引出各所述IGBT元胞的所 述發(fā)射區(qū)和所述P阱； 步驟十二、采用光刻刻蝕工藝在所述硅襯底的背面形成多個第二深溝槽，各所述第二 深溝槽的寬度小于各所述第一深溝槽的寬度，在縱向上各所述第二深溝槽位于各所述第一 深溝槽底部且和對應(yīng)的所述第一深溝槽對齊，各所述第二深溝槽不和其頂部的所述第一深 溝槽相連接；所述第二深溝槽在背面定義出所述多個IGBT元胞區(qū)域位置和所述多個FRD元 胞區(qū)域位置； 步驟十三、在各所述第二深溝槽中填充氧化硅層； 步驟十四、采用背面P+注入在所述硅襯底的背面表面中形成第二P+區(qū)、采用背面N+ 注入在所述硅襯底的背面表面中形成第二N+區(qū)，所述第二P+區(qū)和所述第二N+區(qū)在所述硅 襯底的背面表面中交替排列，各所述第二P+區(qū)位于所述多個IGBT元胞區(qū)域位置并作為對 應(yīng)的所述IGBT元胞的集電區(qū)，各所述第二N+區(qū)位于所述多個FRD元胞區(qū)域位置并作為對 應(yīng)的所述FRD元胞的N型區(qū)；在所述多個IGBT元胞區(qū)域位置中，由位于所述P阱和所述第 二P+區(qū)之間的所述N型硅襯底組成各所述IGBT元胞的漂移區(qū)；在所述多個FRD元胞區(qū)域 位置中，由所述P型區(qū)、所述N型區(qū)和位于所述P型區(qū)和所述N型區(qū)之間的所述N型硅襯底 組成各所述FRD元胞； 步驟十五、對所述第二P+區(qū)和所述第二N+區(qū)進(jìn)行電子輻照； 步驟十六、在所述硅襯底的背面形成背面電極，該背面電極同時引出所述第二P+區(qū)和 所述第二N+區(qū)。
5. 如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于：在所述IGBT器件的周側(cè)還形成有耐壓環(huán)，該 耐壓環(huán)由圍繞在所述IGBT器件的周側(cè)的第三P+區(qū)組成，所述第三P+區(qū)的工藝條件和所述 第一 P+區(qū)的工藝條件相同，在步驟一中包括形成由所述第一氮化硅層刻蝕后定義出所述 第三P+區(qū)的步驟，在步驟二中采用同一 P型重?fù)诫s離子注入同時形成所述第一 P+區(qū)和所 述第三P+區(qū)。
6. 如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于：所述局部場氧層的厚度為1 μ m?2 μ m。
7. 如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于：所述第一深溝槽的深度為5 μ m?9 μ m。
8. 如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于：所述電子輻照壽命控制為80KGY?200KGY。
【文檔編號】H01L21/28GK104282689SQ201310280489
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】顏樹范, 劉須電 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司