掺杂区及IGBT器件的形成方法和结构技术

本发明专利技术提供了一种掺杂区及IGBT器件的形成方法和结构，包括：于一半导体衬底上形成若干个注入区；接着，通过推阱工艺使若干个所述注入区中的离子扩散进而形成使其相互交叠以形成掺杂区。由于所述掺杂区是由若干个注入区通过离子扩散形成，进而可使所形成的掺杂区在不改变其面积的条状下具有较低的掺杂浓度。因此，将所述掺杂区形成于IGBT器件的过渡区中，可有效提高过渡区中镇流电阻的电阻值，使所述过渡区能够在不增加其面积的条件下，增加对空穴载流子的汇聚效应的抑制强度。

The Formation Method and Structure of Doping Zone and IGBT Device

The invention provides a method and structure for forming doping regions and IGBT devices, including forming several injection regions on a semiconductor substrate, and then forming doping regions by diffusion of ions in several injection regions and overlapping them by a push-well process. Since the doping region is formed by ion diffusion of several implantation regions, the doping region formed can have a lower doping concentration without changing its area in strip shape. Therefore, by forming the doping region in the transition region of IGBT devices, the resistance value of the ballast resistance in the transition region can be effectively increased, so that the transition region can increase the restraint intensity of the hole carrier convergence effect without increasing its area.

【技术实现步骤摘要】
掺杂区及IGBT器件的形成方法和结构
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种掺杂区及IGBT器件的形成方法和结构。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor)是新型的大功率器件，它集MOSFET栅极电压控制特性和双极型晶体管低导通电阻特性于一身，改善了器件耐压和导通电阻相互牵制的情况，具有高电压、大电流、高频率、功率集成密度高、输入阻抗大、导通电阻小、开关损耗低等优点。在变频家电、工业控制、电动及混合动力汽车、新能源、智能电网等诸多领域获得了广泛的应用空间。在IGBT器件中，通常在IGBT器件有源区的外围会设置有一终端区(terminalring)，以用于对所述有源区进行保护，避免IGBT器件发生击穿。即，当IGBT器件正向导通时，集电极往漂移区中注入大量的空穴载流子以形成电导调制；当IGBT器件关断时，终端区内大量空穴载流子需经由终端区中的场限环后汇聚，并于有源区中的边缘元胞流出。此时，若汇聚在一起的空穴电流足够大时，极易触发边缘元胞的栓锁效应，导致器件失效。尤其是，随着IGBT器件的电压等级越来越高，所述终端区的面积也相应的越来越大，使所形成的空穴电流也越大，从而导致边缘元胞的失效率大幅提升。因此，如何抑制空穴载流子的汇聚效应以避免边缘元胞失效至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种掺杂区及IGBT器件的形成方法和结构，以实现在形成相同面积的掺杂区中具有降低的掺杂浓度，进而可在不增加过渡区的面积的基础上，有效提高过渡区中镇流电阻的电阻值，加强对空穴载流子的汇聚效应的抑制强度。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种掺杂区的形成方法，包括：提供一半导体衬底；于所述半导体衬底上形成一图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层具有若干个暴露出所述半导体衬底的开口；以所述图形化的掩膜层为掩膜执行离子注入工艺，在所述半导体衬底中形成若干个注入区；以及执行推阱工艺，以使所述注入区中的离子扩散，从而使相邻的注入区相互交叠形成一掺杂区。可选的，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区为与第一导电类型相反的第二导电类型。可选的，若干个所述开口等间距排列。基于以上所述的掺杂区的形成方法，本专利技术还提供一种掺杂区结构，所述掺杂区包括形成于一半导体衬底中的多个相互交叠的注入区。可选的，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区为与第一导电类型相反的第二导电类型。本专利技术的又一目的在于，提供一种IGBT器件的形成方法，包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上定义有一有源区、一过渡区和一终端区，所述过渡区位于所述有源区和所述终端区之间；于所述半导体衬底上形成一图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层具有若干个暴露出所述过渡区的半导体衬底的第一开口，以及若干个暴露出所述终端区的半导体衬底的第二开口；以所述图形化的掩膜层为掩膜执行离子注入工艺，在所述过渡区的半导体衬底中形成若干个第一注入区，以及在所述终端区的半导体衬底中形成若干个第二注入区；以及执行推阱工艺，使所述过渡区中相邻的第一注入区相互交叠形成一掺杂区，以及使所述终端区中的第二注入区扩散至预定深度形成一场限环。可选的，所述掺杂区的掺杂浓度小于所述场限环的掺杂浓度。可选的，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区和所述场限环均为与第一导电类型相反的第二导电类型。可选的，若干个所述第一开口等间距排列。可选的，在形成所述掺杂区和所述场限环之后，还包括：于所述掺杂区中形成一深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构的深度小于所述掺杂区的深度。可选的，所述IGBT器件的形成方法，还包括：于所述有源区的半导体衬底中形成一沟槽；于所述沟槽中形成一栅极。可选的，所述IGBT器件的形成方法，还包括：于所述有源区的半导体衬底上形成一栅极。可选的，在形成所述栅极之后，还包括：于所述半导体衬底上依次形成一绝缘层以及一发射极电极；于所述半导体衬底背离所述发射极电极的表面上形成一集电极。此外，本专利技术还提供了一种采用如上所述的IGBT器件的形成方法所形成的IGBT器件结构，包括：一半导体衬底；以及，形成于所述半导体衬底上的一有源区、一终端区和一位于所述有源区和所述终端区之间的过渡区，所述过渡区具有一形成于所述半导体衬底中的掺杂区，所述掺杂区由若干间隔排列的同步形成的离子注入区经推阱工艺扩散交叠而成，所述终端区包括多个形成于所述半导体衬底中的场限环。可选的，所述掺杂区的掺杂浓度小于所述场限环的掺杂浓度。可选的，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区和所述场限环均为与第一导电类型相反的第二导电类型。可选的，所述过渡区还包括一形成于所述掺杂区中的深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构的深度小于所述掺杂区的深度。可选的，所述IGBT器件还包括一形成于所述有源区的半导体衬底中的沟槽栅极。可选的，所述IGBT器件还包括：一形成于所述有源区的半导体衬底上的平面栅极。可选的，所述IGBT器件还包括：一绝缘层和一发射极电极，所述绝缘层和所述发射极电极依次形成于所述半导体衬底上；以及一集电极，所述集电极形成于所述半导体衬底背离所述发射极电极的表面上。在本专利技术提供的掺杂区的形成方法中，首先形成多个注入区再经由推阱工艺后，使多个注入区中的离子扩散并相互交叠以形成所述掺杂区，所形成的掺杂区在相同的面积下具有更低的掺杂浓度。因此，在将其应用于IGBT器件的过渡区中时，即相当于在不增加过渡区面积的基础上，有效提高了过渡区中镇流电阻的电阻值，进而可大大加强对空穴载流子的汇聚效应的抑制强度。并且，本专利技术提供的掺杂区的形成方法中，还可通过调整注入区的尺寸、间距或排布密度等形成不同掺杂浓度的掺杂区，基于这一工艺特性，可将形成所述掺杂区的离子注入工艺与其他制程的离子注入工艺同时执行，如此，不但不会对其他制程的离子注入工艺造成影响，还可有效简化工艺，节省成本。附图说明图1为本专利技术实施例一中的掺杂区的形成方法的流程示意图；图2a‐图2d为本专利技术实施例一中的掺杂区的形成方法在制备过程中的结构示意图；图3为本专利技术实施例二中的IGBT器件的过渡区的结构示意图；图4为本专利技术实施例三中的IGBT器件的形成方法的流程示意图；图5a～图5h为本专利技术实施例三中的IGBT器件的形成方法在制备过程中的结构示意图；图6为本专利技术实施例四中的IGBT器件的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所述，IGBT器件在其关断过程中，大量的空穴在经过终端区后会汇聚在一起，进而会对有源区中的边缘元胞造成影响。针对这一技术问题，通常可在所述有源区和所述终端区之间设置一过渡区(interface)，所述过渡区中具有一电阻结构，即，镇流电阻(ballastresistance)，从而可通过所述过渡区抑制空穴载流子的汇聚效应，从而可降低有源区中的边缘元胞发生栓锁效应的概率。而随着IGBT器件的电压等级越来越高，所形成的空穴电流也越大，所述过渡区也需进一步优化。当然，可以通过增加所述过渡区的尺寸使镇流电阻的阻值增加，以抑制空穴载流子的汇聚效应，但是，这种方式势必会导致过渡区面积的大幅增加，从而使成本上升。为此，本专利技术提供了一种掺杂区的形成方法，所述掺杂区可形成于IGBT器件的过渡区中以构成所述镇流电阻。所述掺杂区的形成方法包括：提供一半导体衬底；于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂区的形成方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底；于所述半导体衬底上形成一图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层具有若干个暴露出所述半导体衬底的开口；以所述图形化的掩膜层为掩膜执行离子注入工艺，在所述半导体衬底中形成若干个注入区；以及执行推阱工艺，以使所述注入区中的离子扩散，从而使相邻的所述注入区相互交叠形成一掺杂区。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂区的形成方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底；于所述半导体衬底上形成一图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层具有若干个暴露出所述半导体衬底的开口；以所述图形化的掩膜层为掩膜执行离子注入工艺，在所述半导体衬底中形成若干个注入区；以及执行推阱工艺，以使所述注入区中的离子扩散，从而使相邻的所述注入区相互交叠形成一掺杂区。2.如权利要求1所述的掺杂区的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区为与第一导电类型相反的第二导电类型。3.如权利要求1所述的掺杂区的形成方法，其特征在于，若干个所述开口等间距排列。4.一种采用如权利要求1‐3其中之一所述的掺杂区的形成方法所形成的掺杂区结构，其特征在于，所述掺杂区包括形成于一半导体衬底中的多个相互交叠的注入区。5.如权利要求4所述的掺杂区结构，其特征在于，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区为与第一导电类型相反的第二导电类型。6.一种IGBT器件的形成方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上定义有一有源区、一过渡区和一终端区，所述过渡区位于所述有源区和所述终端区之间；于所述半导体衬底上形成一图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层具有若干个暴露出所述过渡区的半导体衬底的第一开口，以及若干个暴露出所述终端区的半导体衬底的第二开口；以所述图形化的掩膜层为掩膜执行离子注入工艺，在所述过渡区的半导体衬底中形成若干个第一注入区，以及在所述终端区的半导体衬底中形成若干个第二注入区；以及执行推阱工艺，使所述过渡区中相邻的第一注入区相互交叠形成一掺杂区，以及使所述终端区中的第二注入区扩散至预定深度形成一场限环。7.如权利要求6所述的IGBT器件的形成方法，其特征在于，所述掺杂区的掺杂浓度小于所述场限环的掺杂浓度。8.如权利要求6所述的IGBT器件的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底为第一导电类型，所述掺杂区和所述场限环均为与第一导电类型相反的第二导电类型。9.如权利要求6所述的IGBT器件的过渡区的形成方法，其特征在于，若干个所述第一开口等间距排列。10.如权利要求6所述的IGBT器件的形成方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31