绝缘栅双极型晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种绝缘栅双极型晶体管，在电流流动区的P型阱下方分别设置有P型柱，电流流动区的P型柱能够在器件正向导通时向N型外延层中注入空穴，能降低漂移区的导通电阻以及降低器件导通时的通态电压；在终端保护区外部设置有底部和集电区相接触的P型柱，当集电极接反向电压时，和集电区相连的P型柱能够对其周侧的N型外延层产生较宽的耗尽层，从而能够提高器件的反向阻断电压。本发明专利技术的各区域的P型柱的深度和宽度尺寸能够方便调整，能够进一步的使器件的性能优化。本发明专利技术还公开了一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)。本专利技术还涉及一种绝缘栅双极型晶体管的制造方法。
技术介绍
现有绝缘栅双极型晶体管，就是在垂直型MOSFET的基础上，在硅片背面增加一 P 型区，形成一个背面的集电区。如图1所示，是现有绝缘栅双极型晶体管的结构示意图；包括形成于硅片上的N型外延层101，由N型外延层101组成漂移区。形成于硅片背面的由P+区组成的集电区102，集电区102和N型外延层101的底部接触。形成于N型外延层101中的P型阱103。形成于P型阱103中的N+区组成的源区104。栅氧化层105和栅极多晶硅106，栅极多晶硅106覆盖P型阱103，且被栅极多晶硅106所覆盖的P型阱103的表面用于沟道连接源区104和N型外延层101。介质层109覆盖于栅极多晶硅106周侧。在硅片的背面形成有背面金属107，该背面金属107和集电区102相接触并引出集电极。在硅片的正面形成有正面金属108，正面金属108分别引出发射极和栅极，发射极和源区104以及P型阱103相接触，栅极和栅极多晶硅106相接触。P型讲103包括P+区和P-区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，绝缘栅双极型晶体管形成于硅衬底上，在俯视面上所述绝缘栅双极型晶体管包括电流流动区以及围绕所述电流流动区周侧的终端保护区；在剖面上，所述绝缘栅双极型晶体管包括：形成于硅片正面的N型外延层，位于所述电流流动区的所述N型外延层中形成有多个P型柱一，所述P型柱一和各相邻的所述P型柱一之间的N型外延层组成交替排列的P型薄层和N型薄层的结构；P型阱形成于各所述P型柱一的上方并延伸到各所述P型柱一两侧的所述N型外延层中；位于所述终端保护区的所述N型外延层中形成有多个P型柱二，所述P型柱二和各相邻的所述P型柱二之间的N型外延层组成交替排列的P型薄层和N型薄层的结构；在所述终...

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型晶体管，其特征在干，绝缘栅双极型晶体管形成于硅衬底上，在俯视面上所述绝缘栅双极型晶体管包括电流流动区以及围绕所述电流流动区周侧的终端保护区；在剖面上，所述绝缘栅双极型晶体管包括 形成于硅片正面的N型外延层，位于所述电流流动区的所述N型外延层中形成有多个P型柱一，所述P型柱一和各相邻的所述P型柱一之间的N型外延层组成交替排列的P型薄层和N型薄层的结构； P型阱形成于各所述P型柱一的上方并延伸到各所述P型柱ー两侧的所述N型外延层中； 位于所述終端保护区的所述N型外延层中形成有多个P型柱ニ，所述P型柱ニ和各相邻的所述P型柱ニ之间的N型外延层组成交替排列的P型薄层和N型薄层的结构；在所述終端保护区的所述P型柱ニ和所述N型外延层上方形成有金属场板，且所述金属场板和所述终端保护区的所述P型柱ニ和所述N型外延层之间隔离有介质层ー； 在所述硅片背面形成有由P+区组成的集电区，所述集电区和所述N型外延层的底部相接触； 在所述终端保护区的外周的所述N型外延层中形成有P型柱三，所述P型柱三的底部和所述集电区连接，当所述集电区所加的电压低于所述P型阱的电压时所述集电区所加电压为反向电压，该反向电压由所述P型柱三和其比邻的所述N型外延层形成的PN结来承担，所述反向电压的最大值由所述P型柱三的浓度和宽度及其比邻的所述N型外延层的浓度和宽度调节。2.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于从所述集电区上表面往上的方向上，所述P型柱三的宽度逐渐減少。3.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于调节所述反向电压的最大值的所述N型外延层的宽度包括位于所述P型柱ニ和所述P型柱三之间横向宽度和位于所述P型柱ニ到所述集电区之间的纵向宽度。4.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于所述P型柱一由填充于沟槽一中的P型硅组成，所述P型柱ニ由填充于沟槽ニ中的P型硅组成，所述P型柱三由填充于沟槽三的P型硅加位于所述沟槽三底部的P型区组成，所述沟槽一的深度小于等于所述沟槽三的深度，所述沟槽ニ的深度小于等于所述沟槽三的深度。5.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于所述P型柱三的顶部表面和所述N型外延层的顶部表面相平，或所述P型柱三的顶部表面低压所述N型外延层的顶部表面。6.如权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管，其特征在于所述绝缘栅双极型晶体管还包括 源区，由形成于所述P型阱中的N+区组成；一 P+注入区穿过所述源区和所述P型阱相接触，在所述源区上方形成有金属接触，该金属接触和所述P+注入区以及所述源区接触并引出发射极； 多晶硅柵，形成于所述P型阱上方并和所述P型阱之间隔离有栅氧化层，由所述N型外延层组成漂移区，被所述多晶硅栅所覆盖的所述P型阱表面用于形成沟道连接所述源区和所述漂移区；在位于所述終端保护区中、且和所述电流流动区相邻接所述P型柱ニ的上方形成有P型阱ニ，该P型阱ニ和所述P型阱的掺杂条件相同，所述P型阱ニ覆盖ー个以上的所述P阱柱ニ。7.—种绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一、在硅片正面形成N型外延子层ー；在所述硅片上定义出绝缘栅双极型晶体管的电流流动区以及围绕所述电流流动区周侧的终端保护区，P型柱三的形成区位于所述终端保护区的外周；采用P型离子注入エ艺在所述P型柱三的形成区的所述N型外延子层ー中的形成P型区一； 步骤ニ、在所述N型外延子层ー表面进行N型外延生长使所述N型外延子层ー的厚度増加，采用P型离子注入エ艺在所述P型柱三的形成区的所述N型外延子层一中的所述P型区一上方形成P型区ニ，所述P型区ニ和所述P型区一接触使所述P型区一延伸到厚度増加后的所述N型外延子层ー表面； 步骤三、重复步骤ニ使所述N型外延子层ー和所述P型区一増加到所需厚度； 步骤四、在所述N型外延子层ー上形成N型外延子层ニ，使由所述N型外延子层ー和所述N型外延子层ニ组成的N型外延层的厚度达到需要值； 步骤五、采用光刻刻蚀エ艺在所述电流流动区的所述N型外延层中形成多个沟槽一、在所述终端保护区的所述N型外延层中形成多个沟槽ニ以及在所述P型柱三的形成区的所述N型外延层中形成多个沟槽三；各所述沟槽三的宽度和两相邻所述沟槽三的间距之比要大于各所述沟槽一的宽度和两相邻所述沟槽一的间距之比、各所述沟槽三的宽度和两相邻所述沟槽三的间距之比要大于各所述沟槽ニ的宽度和两相邻所述沟槽ニ的间距之比； 步骤六、采用外延生长エ艺在所述沟槽一、所述沟槽ニ和所述沟槽三中填充P型外延层，由填充于各所述沟槽一中的所述P型外延层形成P型柱一、由填充于各所述沟槽ニ中的所述P型外延层形成P型柱ニ，填充于各所述沟槽三中的P型外延层在后续热过程中通过扩散连接在一起并和所述P型区一相接触形成P型柱三；所述P型柱一和各相邻的所述P型柱一之间的N型外延层组成交替排列的P型薄层和N型薄层的结构；所述P型柱ニ和各相邻的所述P型柱ニ之间的N型外延层组成交替排列的P型薄层和N型薄层的结构； 步骤七、通过光刻、离子注入和扩散エ艺在所述P型柱一的顶部形成P型阱，各所述P型阱还延伸到各所述P型柱ー两侧的所述N型外延层中；完成绝缘栅双极型晶体管的正面エ艺，所述正面エ艺包括在所述终端保护区的所述P型柱ニ和所述N型外延层上方形成介质层一、在该介质层ー上方形成金属场板； 步骤八、对所述硅片进行背面减薄直至所述P型柱三的所述P型区一的底部露出，所述N型外延层的底部也露出； 步骤九、在所述硅片背面进行P+离子注入形成集电区，所述集电区和所述N型外延层的底部相接触； 步骤十、在所述硅片背面淀积背面金属，所述背面金属和所述集电区接触形成集电极。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤七中所述正面エ艺还包括 在形成所述P型阱的同时，在位于所述終端保护区中、且和所述电流流动区相邻接所述P型柱ニ的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖胜安，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：