一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法。所述绝缘栅双极型晶体管器件的正面结构包括：N型衬底正面的多个沟槽以及填充在所述多个沟槽内的多个沟槽多晶硅栅结构；所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构；分别位于所述多个沟槽多晶硅栅结构中、相邻的沟槽多晶硅栅结构之间的多个接触孔；位于所述多个接触孔两侧、且在所述侧墙结构下方的N型掺杂发射极区；所述多个接触孔底部的P型注入区；填充在所述多个接触孔中的钨塞填充结构；所述氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构上覆盖的正面金属层；以及所述正面金属层上方的表面钝化层。根据本发明专利技术，能缩小器件元胞结构的尺寸，提高元胞密度，从而提高单位面积的电流密度，降低成本。

Insulated gate bipolar transistor device and manufacturing method thereof

The present invention provides an insulated gate bipolar transistor device and a method of manufacturing the same. Including the front structure of the insulated gate bipolar transistors: multiple trench type N substrate and a plurality of trenches filled with positive polysilicon gate structure in the plurality of grooves; the oxide layer and the dielectric film on both sides of the side wall structure of the plurality of trench polysilicon gate structure above the trench between the polysilicon gate structure; a plurality of grooves are respectively positioned on the polysilicon gate structure, adjacent the plurality of contact holes; N doped in the plurality of contact holes on both sides, and in the side wall structure below the emitter region; the plurality of contact holes at the bottom of the P type injection into the area; fill in the plurality of a contact hole in the tungsten plug filling structure; front metal layer covering the wall structure of the oxide layer and the dielectric film on both sides of the side; and the upper part of the front metal surface passivation layer. According to the invention, the size of the cell structure of the device can be reduced, and the cell density is increased, thereby increasing the current density per unit area and reducing the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法。
技术介绍
以IGBT、MOSFET为标志的MOS型半导体功率器件是当今电力电子领域器件的主流，其中最具代表性的器件IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，又称绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，驱动功率小，兼有金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)的高输入阻抗和电力晶体管(PowerBJT)的低导通压降两方面的优点，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。其作为新型电力电子器件的典型代表，在中、高压应用领域中备受青睐。根据IGBT的技术分类，通常划分为PT-IGBT(穿通型)、NPT-IGBT(非穿通型)、FS-IGBT(场截止型)、RC-IGBT(逆导型)等结构，主要体现在耐压层的结构变化和器件集电极的结构和制造方法差异。由于IGBT器件是从MOSFET功率器件的结构发展而来(在背面整合一个PNP晶体管)，所以其MOSFET部分的结构和制造方法基本类似于MOSFET器件。但由于受到制造工艺的影响，采用正常的光刻对准工艺，600V高压沟槽栅IGBT的元胞大小一般在3um以上，使器件单位面积的电流密度提升受到限制。综上，需要提出一种能够缩小元胞尺寸，以提高单位面积电流密度的IGBT器件结构及制造方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法，能缩小元胞结构尺寸，提高单位面积的电流密度。根据本专利技术的第一方面，提供一种绝缘栅双极型晶体管器件，所述器件的正面结构包括：N型衬底正面的多个沟槽以及填充在所述多个沟槽内的多个沟槽多晶硅栅结构；所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构；分别位于所述多个沟槽多晶硅栅结构中、相邻的沟槽多晶硅栅结构之间的多个接触孔；位于所述多个接触孔两侧、且在所述侧墙结构下方的N型掺杂发射极区；所述多个接触孔底部的P型注入区；填充在所述多个接触孔中的钨塞填充结构；所述氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构上覆盖的正面金属层；以及所述正面金属层上方的表面钝化层。进一步地，所述绝缘栅双极型晶体管器件为场截止型/穿通型/非穿通型/逆导型绝缘栅双极型晶体管器件。根据本专利技术第二方面，提供一种绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法，包括：在N型衬底上热生长垫氧化层，作为沟槽刻蚀的掩蔽层的缓冲层；在所述垫氧化层上沉积一层氮化硅膜层，并利用沟槽光刻板刻蚀所述氮化硅膜层，形成沟槽刻蚀的掩蔽层；基于所述掩蔽层进行沟槽刻蚀，形成多个沟槽；在所述多个沟槽中生成多个沟槽多晶硅栅结构；沉积氧化层介质膜层，并对所述氧化层介质膜层和所述掩蔽层进行刻蚀，保留所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层，形成多个离子注入窗口；通过所述多个离子注入窗口进行离子注入，形成PN结和N型掺杂发射极区；在所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层两侧形成侧墙结构，以基于所述侧墙结构自对准地刻蚀形成多个接触孔；在所述多个接触孔处进行离子注入和退火激活，形成P型注入区；在所述多个接触孔中填充金属钨，形成钨塞填充结构；形成正面金属层，在金属层上生成表面钝化层，并刻蚀形成正面发射极封装窗口；进行背面结构的制作。进一步地，在所述多个沟槽中生成多个沟槽多晶硅栅结构，包括：在所述多个沟槽表面热生长栅氧化介质层；在所述多个沟槽的栅氧化介质层上沉积多晶硅；对所述多晶硅进行刻蚀，形成沟槽多晶硅栅结构。进一步地，对所述氧化层介质膜层和所述掩蔽层进行刻蚀，保留所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层，形成多个离子注入窗口，包括：刻蚀去除所述掩蔽层上方的氧化层介质膜层，保留所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层；刻蚀去除所述掩蔽层，在保留的所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层之间形成多个离子注入窗口。进一步地，在所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层两侧形成侧墙结构，以基于所述侧墙结构自对准地刻蚀形成多个接触孔，包括：沉积一层侧墙氧化层膜层；对所述侧墙氧化层膜层进行刻蚀，保留所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层两侧的侧墙氧化层，形成侧墙结构；基于相邻两个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层的侧墙之间形成的接触孔窗口进行接触孔刻蚀，形成多个接触孔。进一步地，所述绝缘栅双极型晶体管器件为场截止型/穿通型/非穿通型/逆导型绝缘栅双极型晶体管器件。根据本专利技术的上述方案，通过沉积侧墙氧化层并刻蚀形成侧墙结构，并进行接触孔刻蚀，能够通过控制侧墙氧化层的厚度和等离子刻蚀量来调整侧墙厚度，从而，控制接触孔到沟槽的间距以及接触孔的尺寸，实现了接触孔对沟槽多晶硅栅结构的自对准。本专利技术能缩小器件元胞结构的尺寸，提高元胞密度，从而提高单位面积的电流密度，降低芯片成本，提高性价比。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的绝缘栅双极型晶体管器件的正面结构示意图。图2示出了根据本专利技术一个实施例的绝缘栅双极型晶体管的制造方法的流程图。图3示出了根据本专利技术一个实施例的在衬底上生长垫氧化层和氮化硅膜层后的结构示意图。图4示出了根据本专利技术一个实施例的对氮化硅膜层进行光刻后形成沟槽刻蚀的掩蔽层的结构示意图。图5示出了根据本专利技术一个实施例的进行沟槽刻蚀形成多个沟槽后的结构示意图。图6示出了根据本专利技术一个实施例的在多个沟槽表面生成栅氧化介质层后的结构示意图。图7示出了根据本专利技术一个实施例的形成沟槽多晶硅栅结构的结构示意图。图8示出了根据本专利技术一个实施例的沉积了氧化层介质膜层之后的结构示意图。图9示出了根据本专利技术一个实施例的刻蚀去除掩蔽层上方的氧化层介质膜层后的结构示意图。图10示出了根据本专利技术一个实施例的刻蚀去除掩蔽层后的结构示意图。图11示出了根据本专利技术一个实施例的形成PN结之后的结构示意图。图12示出了根据本专利技术一个实施例的N+发射极离子注入后形成N型掺杂发射极区后的结构示意图。图13示出了根据本专利技术一个实施例的沉积一层侧墙氧化层膜层后的结构示意图。图14示出了根据本专利技术一个实施例的形成侧墙后的结构示意图。图15示出了根据本专利技术一个实施例的离子注入和退火激活形成P型注入区后的结构示意图。图16示出了根据本专利技术一个实施例的形成钨塞填充结构后的结构示意图。图17示出了根据本专利技术一个实施例的形成正面金属层后的结构示意图。图18示出了根据本专利技术一个具体实施例的场截止型绝缘栅双极型晶体管的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管器件的正面结构包括：N型衬底正面的多个沟槽以及填充在所述多个沟槽内的多个沟槽多晶硅栅结构；所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构；分别位于所述多个沟槽多晶硅栅结构中、相邻的沟槽多晶硅栅结构之间的多个接触孔；位于所述多个接触孔两侧、且在所述侧墙结构下方的N型掺杂发射极区；所述多个接触孔底部的P型注入区；填充在所述多个接触孔中的钨塞填充结构；所述氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构上覆盖的正面金属层；以及所述正面金属层上方的表面钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管器件的正面结构包括：N型衬底正面的多个沟槽以及填充在所述多个沟槽内的多个沟槽多晶硅栅结构；所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构；分别位于所述多个沟槽多晶硅栅结构中、相邻的沟槽多晶硅栅结构之间的多个接触孔；位于所述多个接触孔两侧、且在所述侧墙结构下方的N型掺杂发射极区；所述多个接触孔底部的P型注入区；填充在所述多个接触孔中的钨塞填充结构；所述氧化层介质膜层及其两侧的侧墙结构上覆盖的正面金属层；以及所述正面金属层上方的表面钝化层。2.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管器件为场截止型/穿通型/非穿通型/逆导型绝缘栅双极型晶体管器件。3.一种绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法，其特征在于，包括：在N型衬底上热生长垫氧化层，作为沟槽刻蚀的掩蔽层的缓冲层；在所述垫氧化层上沉积一层氮化硅膜层，并利用沟槽光刻板刻蚀所述氮化硅膜层，形成沟槽刻蚀的掩蔽层；基于所述掩蔽层进行沟槽刻蚀，形成多个沟槽；在所述多个沟槽中生成多个沟槽多晶硅栅结构；沉积氧化层介质膜层，并对所述氧化层介质膜层和所述掩蔽层进行刻蚀；进行离子注入，形成PN结和N型掺杂发射极区；在所述多个沟槽多晶硅栅结构上方的氧化层介质膜层两侧形成侧墙结构，以基于所述侧墙结构自对准地刻蚀形成多个接触孔；在所述多个接触孔处进行离子注入和退火激活，形成P型注入区；在所述多个接触孔中填充金属钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：史波，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44