一種igbt芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域中的半導(dǎo)體器件的制造工藝技術(shù)，具體涉及一種IGBT芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是一種發(fā)展十分迅速的功率半導(dǎo)體器件。IGBT綜合MOS和BJT的優(yōu)點(diǎn)于一身，它既具有MOS輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度快、開(kāi)關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又具有BJT電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]從IGBT的結(jié)構(gòu)來(lái)看，IGBT內(nèi)部的PNP管和NPN管組成了一個(gè)寄生的晶閘管結(jié)構(gòu)，寄生晶閘管的開(kāi)通將會(huì)導(dǎo)致IGBT的柵極失去控制能力，即IGBT發(fā)生閂鎖。在進(jìn)行IGBT器件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)避免IGBT發(fā)生閂鎖。
[0004]完整的IGBT芯片結(jié)構(gòu)由元胞區(qū)、終端區(qū)、焊盤(pán)區(qū)構(gòu)成。IGBT元胞尺寸縮小和電流密度提高受到光刻次數(shù)和光刻套準(zhǔn)的限制，所以，優(yōu)化IGBT的制造工藝，減少光刻次數(shù)及光刻板的數(shù)量，對(duì)節(jié)省IGBT制造成本、提高IGBT制造成品率有很大作用。
[0005]IGBT寄生晶閘管閂鎖通常發(fā)生在電流密度大、芯片溫度高時(shí)。IGBT發(fā)生寄生晶閘管閂鎖失效后，集電極電流會(huì)急劇增加，柵極失去控制能力，電子流不再通過(guò)溝道流通，而是通過(guò)P-阱區(qū)流入N-耐壓區(qū)，從N+源區(qū)注入的載流子能夠減小IGBT的輸出電阻，從而可能會(huì)出現(xiàn)IGBT在閂鎖后電流增大而電壓減小的類(lèi)似負(fù)阻現(xiàn)象產(chǎn)生。為了抑制閂鎖效應(yīng)，本申請(qǐng)采用深P阱注入、溝槽發(fā)射極接觸、同時(shí)在背面添加N型緩沖層的方法來(lái)抑制寄生晶閘管閂鎖失效。
[0006]傳統(tǒng)的IGBT工藝流程中，從多晶硅柵的形成到P+區(qū)的形成通常需要柵氧化—LPCVD (低壓化學(xué)氣相淀積)一多晶硅注入一多晶硅光刻一多晶硅刻蝕一P-we11光刻—P-we 11注入一N+光刻一N+注入一P+光刻一P+注入i^一步工藝步驟。通過(guò)對(duì)多晶硅柵進(jìn)行摻雜可以減小多晶硅柵的電阻，調(diào)整多晶硅的功函數(shù)，優(yōu)化器件的閾值電壓。傳統(tǒng)工藝制作多晶硅柵的流程繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種IGBT芯片及其制造方法，本發(fā)明中在離子注入形成N+和P+區(qū)的同時(shí)對(duì)多晶硅柵進(jìn)行摻雜，避免了傳統(tǒng)工藝制作多晶硅柵的繁瑣工藝流程，同時(shí)可以減少一道光刻版。元胞結(jié)構(gòu)中采用Spacer結(jié)構(gòu)，可以避免套刻誤差，確保元胞溝道的一致性，改善器件的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)可以再省一道光刻版。
[0008]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明提供一種IGBT芯片，所述IGBT芯片包括元胞區(qū)a、終端區(qū)b和焊盤(pán)區(qū)c ;焊盤(pán)區(qū)c位于元胞區(qū)a中心、終端區(qū)b位于元胞區(qū)a周?chē)?，包圍元胞區(qū)a ;所述元胞區(qū)a、終端區(qū)b和焊盤(pán)區(qū)c均包括N型襯底10、設(shè)置在N型襯底10表面并行排列的場(chǎng)氧化層11和柵氧化層21、在場(chǎng)氧化層11和柵氧化層21的表面覆蓋有多晶硅層22、在所述多晶硅層22的表面覆蓋有層間介質(zhì)ILD61 ；
[0010]層間介質(zhì)ILD61的材料為硼磷硅玻璃BPSG，直接淀積在多晶硅層22的表面；
[0011]其改進(jìn)之處在于，在層間介質(zhì)ILD61的表面覆蓋有金屬電極81 ;所述金屬電極81包括溝槽形狀的溝槽發(fā)射極；金屬電極81上覆蓋有鈍化層91 ；
[0012]在焊盤(pán)區(qū)c上，N型襯底10上設(shè)有焊盤(pán)區(qū)P環(huán)33，在焊盤(pán)區(qū)P環(huán)33上設(shè)有與金屬電極8連接的P+區(qū)52，在P+區(qū)52上設(shè)有與金屬電極8連接的N區(qū)41，所述柵氧化層21與金屬電極8之間形成Spacer結(jié)構(gòu)；
[0013]所述元胞區(qū)a的P-阱區(qū)31對(duì)稱(chēng)設(shè)置在N型襯底10上，在P-阱區(qū)31上設(shè)有與金屬電極8連接的P+區(qū)52，在P+區(qū)52上設(shè)有與金屬電極8連接的N+區(qū)41，所述柵氧化層21與金屬電極8之間形成Spacer結(jié)構(gòu)；
[0014]所述終端區(qū)b的耐壓環(huán)(32)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在N型襯底10上，在耐壓環(huán)32上設(shè)有與金屬電極8連接的P+區(qū)52，在P+區(qū)52上設(shè)有與金屬電極8連接的N+區(qū)41。
[0015]進(jìn)一步地，所述元胞區(qū)a的金屬電極81連續(xù)的覆蓋在層間介質(zhì)ILD61上,所述終端區(qū)b的金屬電極81分為間隔的三段覆蓋在層間介質(zhì)ILD61上，所述焊盤(pán)區(qū)c的金屬電極81分為間隔的兩段覆蓋在層間介質(zhì)ILD61上；
[0016]所述元胞區(qū)a的鈍化層91連續(xù)的覆蓋在金屬電極81上，與金屬電極81的形狀相同；所述終端區(qū)b的鈍化層91連續(xù)的覆蓋在金屬電極81上和間隔區(qū)域，與金屬電極81上和間隔區(qū)域形成的形狀相同；所述焊盤(pán)區(qū)c的鈍化層91覆蓋在金屬電極81的溝槽發(fā)射極與間隔處，與溝槽發(fā)射極和間隔處形成的形狀相同。
[0017]進(jìn)一步地，所述場(chǎng)氧化層11的厚度為1.2 μ m、柵氧化層21的厚度為120nm、多晶硅層22的厚度為700nm、層間介質(zhì)ILD61的厚度為I μ m、溝槽形狀的金屬電極81的厚度為0.35 μ m、P阱區(qū)31的結(jié)深為5 μ m、P+區(qū)52的結(jié)深4 μ m為和N+區(qū)41的結(jié)深為0.5 μ m。
[0018]進(jìn)一步地，在多晶硅層22的表面引出有柵極電極；在N型襯底10的背面(N型襯底的背面即硅片下表面)設(shè)有集電極電極。
[0019]本發(fā)明還提供一種IGBT芯片的制造方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0020]<1>選N型單晶硅作N型襯底10，生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層11，并在場(chǎng)氧化層11上涂上第一光刻膠，然后進(jìn)行場(chǎng)氧光刻，去除掉多余的場(chǎng)氧化層11 ；
[0021]〈2>在N型襯底10上以1050°C熱氧化的方式生成柵氧化層21，以低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD的方法生長(zhǎng)一層多晶硅層22，在多晶硅層22上涂上第二光刻膠23 ；
[0022]<3>分別以光刻、干法刻蝕的方法去除光刻膠沒(méi)有覆蓋區(qū)域的柵氧化層21和多晶硅層22，形成P-阱區(qū)窗口 ；通過(guò)P-阱區(qū)窗口對(duì)N型襯底10注入離子硼，接著進(jìn)行退火、推結(jié)處理，形成P-阱區(qū)31 ；
[0023]<4>對(duì)整個(gè)N型襯底10正面離子注入磷,作退火、推結(jié)處理后形成N+區(qū)41，同時(shí)多晶硅層22中注入N型雜質(zhì)磷；
[0024]<5>在N+區(qū)41的窗口處淀積二氧化硅隨后進(jìn)行濕法刻蝕，形成Spacer結(jié)構(gòu)51 ；對(duì)整個(gè)N型襯底10正面離子注入硼，作退火、推結(jié)處理后形成位于中間的P+區(qū)52，同時(shí)多晶硅層22中注入P型雜質(zhì)硼；
[0025]<6>淀積層間介質(zhì)ILD61，在層間介質(zhì)ILD61的預(yù)定位置涂上第三光刻膠62，預(yù)留出發(fā)射極窗口；
[0026]<7>光刻形成溝槽發(fā)射極窗口 71 ;
[0027]<8>濺射金屬電極，光刻掉預(yù)定位置上的金屬電極81，在金屬電極81上涂上第四光刻膠82 ;在金屬電極81上涂上第四光刻膠82，光刻掉預(yù)定位置上的金屬電極81 ；
[0028]<9>以低壓化學(xué)氣相淀積的方法生長(zhǎng)鈍化層91，并在鈍化層91涂上第五光刻膠92，光刻壓焊點(diǎn)，光刻鈍化層；
[0029]〈10>對(duì)N型襯底10進(jìn)行背面減薄，根據(jù)IGBT芯片耐壓要求減薄到相應(yīng)厚度(600VIGBT對(duì)應(yīng)厚度約為70-80 μ m)后進(jìn)行背面離子注入磷形成N+緩沖層；
[0030]<11>N型襯底10背面離子注入硼形成高摻雜淺P+集電區(qū)；
[0031]<12>N型襯底10背面金屬化制作集電極。
[0032]進(jìn)一步地，所述步驟〈5>中，在離子注入形成N+區(qū)41和P+區(qū)52的同時(shí)對(duì)多晶硅層22進(jìn)行摻入N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)。
[0033]進(jìn)一步地，所述步驟〈9>中，鈍化層91包括Si3N4和Si02。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0035]1、本發(fā)明中在離子注入形成N+和P+區(qū)的同時(shí)對(duì)多晶硅層進(jìn)行摻雜，避免了傳統(tǒng)工藝制作多晶硅柵