一种新型栅极介质的耐高温短路制造技术

本发明专利技术公开了一种新型栅极介质的耐高温短路

【技术实现步骤摘要】
一种新型栅极介质的耐高温短路IGBT的制造方法及其结构


[0001]本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种新型栅极介质的耐高温短路
IGBT
的制造方法及其结构
。

技术介绍

[0002]目前，我国新型电力电子器件主要有
VDMOS
及
IGBT
类器件，而新材料电力电子器件的主要代表是
SiC
及
GaN
器件
。SiC
是典型的宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大
、
临界电场高
、
载流子饱和速度高
、
物理化学性质稳定
、
硬度高
、
热稳定性好和热导率高等特点，非常适用于制作高温
、
抗辐射
、
高频
、
大功率和高密度集成的电力电子器件
。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)
，绝缘栅双极型晶体管，是在
MOSFET
和
BJT
基础上发展起来的一种新型复合功率器件，复合了二者的优点，具有
MOS
输入
、
双极输出功能，集
BJT
器件通态压降小
、
载流密度大
、
耐压高和功率
MOSFET
驱动功率小
、
开关速度快
、
输入阻抗高
、
热稳定性好的优点于一身
。
自问世以来，很快发展成为中高功率电力电子领域的主流功率开关器件
。
现已被广泛应用于工业控制
、
汽车电子
、
家电产品
、
网络通信等领域
。
[0003]请参阅图1，图1为常规的沟槽栅场介质
IGBT
结构，常规
IGBT
的栅极介质是一层热氧化生成的二氧化硅，器件的阈值电压
Vth
会随温度升高而减小，因此在
IGBT
工作时温度太高会导使得器件关不断而失效，尤其在短路大电流工况下，
IGBT
温度迅速升高而
Vth
进一步减小，栅极失去对器件的关断能力，最后导致器件失效
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种新型栅极介质的耐高温短路
IGBT
的制造方法及其结构，具备实现减小
Vth
随温度升高而降低的依赖性的优点，解决了现有技术中存在的问题
。
[0005]根据本申请实施例提供的一种新型栅极介质的耐高温短路
IGBT
的制造方法，包括如下步骤：
[0006]在
N
型硅衬底光刻出有源区后进行离子注入形成载流子存储层，注入离子为磷离子，注入剂量为
1E11
‑
1E13
，注入能量为
500KeV
‑
2000KeV
，通过等离子体增强化学气相沉积法淀积厚度为1‑
4um
的
SiO2作为硬掩膜
,
再进行光刻后对
SiO2进行刻蚀，去除光刻胶；
[0007]采用干法刻蚀工艺对硅衬底进行刻蚀后得到深度为2‑
8um
的沟槽结构，去除
SiO2硬掩膜，再通过热氧化工艺形成厚度为
20
‑
150nm
的栅极氧化层
SiO2；
[0008]通过磁控溅射工艺淀积铁电材料
P
，厚度为
50
‑
500nm
，再沉积多晶硅填充沟槽后刻蚀去除表面多晶硅；
[0009]通过光刻和
P
型离子注入在衬底上层形成
P
基区，去胶后进行高温推结，注入的
P
型例子为硼离子，注入剂量为
5E12
‑
5E14
，注入能量为
20
‑
2000KeV
，通过光刻和
N
型离子注入形成
N+
发射极，注入的
N
型离子为磷或砷离子，注入剂量为
1E14
‑
1E16
，注入能量为
60
‑
1000KeV
，去胶后退火；
[0010]沉积
USG
和
BPSG
作为隔离介质层，总厚度为1‑
4um
，通过光刻刻蚀出接触孔，通过离
子注入形成
P+
接触，其中第一次注入
BF2
，注入剂量为
5E13
‑
1E16
，注入能量为
20
‑
120KeV
，第二次注入硼离子，注入剂量为
5E13
‑
1E16
，注入能量
20
‑
120KeV
，进行退火激活杂质，沉积顶层金属
。
[0011]优选地，还包括如下步骤：；
[0012]在
N
型硅衬底背面注入磷离子形成场介质层，其中注入剂量为
5E11
‑
1E14
，注入能量为
200
‑
1000KeV
；
[0013]或通过氢离子注入方式形成场介质层，再注入硼离子形成
P+
集电极，注入剂量为
1E12
‑
1E15
，注入能量为
20
‑
120KeV
，
。
[0014]本专利技术还提供一种新型栅极介质的耐高温短路
IGBT
的结构，根据上述的一种新型栅极介质的耐高温短路
IGBT
的制造方法制成，所述栅极介质的耐高温短路
IGBT
的结构由二氧化硅加铁电材料
P
的叠层结构作为栅极电介质层
。
[0015]本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0016]本专利技术使用二氧化硅加铁电材料
P(VDF
–
TrFE)
的叠层结构作为
IGBT
的栅极介质，
P(VDF
–
TrFE)
的介电常数在高于一定温度后会随温度的升高而减小，对应栅极介电层的电容降低，
Vth
增大，因此二氧化硅加铁电材料
P(VDF
–
TrFE)
的叠层结构的引入极大减小
Vth
随温度升高而降低的依赖性，增大了器件的短路安全工作区
(SCSOA)。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种新型栅极介质的耐高温短路
IGBT
的制造方法，包括如下步骤：在
N
型硅衬底光刻出有源区后进行离子注入形成载流子存储层，注入离子为磷离子，注入剂量为
1E11
‑
1 E13
，注入能量为
500KeV
‑
2000KeV
，通过等离子体增强化学气相沉积法淀积厚度为1‑
4um
的
SiO2作为硬掩膜
,
再进行光刻后对
SiO2进行刻蚀，去除光刻胶；采用干法刻蚀工艺对硅衬底进行刻蚀后得到深度为2‑
8um
的沟槽结构，去除
SiO2硬掩膜，再通过热氧化工艺形成厚度为
20
‑
150nm
的栅极氧化层
SiO2；通过磁控溅射工艺淀积铁电材料
P
，厚度为
50
‑
500nm
，再沉积多晶硅填充沟槽后刻蚀去除表面多晶硅；通过光刻和
P
型离子注入在衬底上层形成
P
基区，去胶后进行高温推结，注入的
P
型例子为硼离子，注入剂量为
5E12
‑
5E14
，注入能量为
20
‑
2000KeV
，通过光刻和
N
型离子注入形成
N+
发射极，注入的
N
型离子为磷或砷离子，注入剂量为
1E14
‑
1 E16
，注入能量为
60
‑
1000KeV
，去胶后退火；...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕渊，彭贤春，刘坤，朱勇华，
申请(专利权)人：深圳市美浦森半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：