一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件制造技术

本实用新型专利技术的涉及电力电子技术领域的半导体器件，具体为一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件，包括第一导电类型衬底，第一导电类型衬底的第一主面内设有第二导电类型基区，第二导电类型基区内设有第二导电类型深扩散区，所述第二导电类型深扩散区呈“凹”形，第二导电类型基区内设有第一导电类型发射区。本实用新型专利技术的双极晶体管器件采用绝缘侧壁是一种全自对准的技术，不需要光刻，因此能够将多晶硅的窗口的宽度减小到4um，甚至能到2um；这样就能实现更精细化的图形。引入场截止层，使得第一导电类型衬底的厚度减小，导通压降Vce（sat）随之减小；同时场截止层的引入可以进一步减小器件关断时候的能量损耗。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
—种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件
本技术的涉及电力电子
的半导体器件，具体为一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件。
技术介绍
现有的绝缘栅双极晶体管IGBT主要由N-漂移区、P体区、深P+区、N+发射区、P+集电区、Si02栅氧层、多晶硅栅层、Si02氧化层(包括Si02层，PSG磷硅玻璃层，Si02层)以及正面金属层、背面金属层组成。正面金属层同时接触P体区和N+发射区，构成器件的发射极。背面金属接触P+集电区，构成器件的集电极。多晶硅栅连同连接的金属构成器件栅极。如图2所示，在IGBT器件可以分为由多晶硅栅定义的PIN 二极管区(宽度为L)和由多晶硅栅间隔定义的PNP双极晶体管区(宽度为W)。当器件正向导通时，电子从N+发射极经过多晶硅栅下形成的沟道注入到N-漂移区。同时空穴从P+集电极注入到N-漂移区。对于PIN 二极管区，由于储存的电子空穴较多，由于半导体过剩载流子的电导调制效应，使得这个区域的电阻较低。相反对于PNP双极晶体管区，由于储存的电子空穴较少，这个区域的电阻较高。电流同时流经PNP和PIN这两个区域，形成导通压降Vce (sat)。减小高阻PNP区域和低阻PIN区域宽度的比值W:L可以降低器件的Vce (sat)。除此之外，Vce (sat)的下降还可以通过减小硅片的厚度来实现。通常的做法是在P+集电区和N-漂移区之间插入一层N+缓冲层，并同时减小N-漂移区的厚度。其中的N+缓冲层通常被称为场截止层，它的引入可以在器件导通时减小器件的Vce (sat)，在器件关断时减小器件的关断损耗，从而减小器件的功耗，增加器件的稳定性。目前传统的IGBT制造工艺如下:( I)在N-漂移区的一侧通过热氧化的方式生长栅氧化层，并在栅氧化层上面通过LPCVD沉积多晶硅，并对多晶硅进行掺杂。(2)通过光刻、干法刻蚀，形成分离的多晶硅栅层已及栅极之间没有多晶硅覆盖的窗口，在窗口中注入硼，退火、推阱处理，形成P体区。(3)在窗口区的两侧通过光刻形成发射极图形，并在发射极图形中注入磷；去除光刻胶，在窗口中注入磷；退火、推阱处理，形成N+发射区和深P+区。(4)在窗口区和多晶硅栅层上面通过LPCVD或PECVD沉积Si02，后再生长一层PSG或BPSG ;在窗口去的中部N+区之间和P+区中部通过光刻、干法刻蚀，形成接触电机孔。(5)在背面注入硼，退火推阱处理形成P+集电极；再在正面和背面通过蒸发或者溅射制作金属电极形成IGBT器件。通过上面的IGBT制造工序我们可以看到，工艺流程采用了多次光刻和刻蚀处理，由于光刻机本身存在对准精度的问题，使得多晶栅之间的窗口层的宽度W只能限定在光刻机的精度所能达到的宽度之内，如进一步缩小器件窗口层的宽度W，将会给器件带来许多隐患。特别是在步骤(3)中对N+发射极区的光刻，很有可能出现因为套偏而引起图形转移偏差，如窗口中一侧的N+发射极没有和金属接触，导致器件活性区一半失效。同时，在步骤(4)中对电极孔的光刻会因为套偏而发生发射极和栅极之间的短路，导致器件全部失效。所以，利用现有的技术生产的IGBT器件，普遍存在因为光刻机对准精度的制约，导致器件结构欠合理而影响器件的工作参数和可靠性，因为需要一种新的器件设计来减小生产中对光刻机设备的依赖。此外，传统工艺的步骤(3)中，N+发射极是通过光刻和注入形成，它的宽度较大，导致器件容易发生闩锁效应。如专利号为CN201110165393.8，专利名称为“绝缘栅双极晶体管及制作方法”的专利技术专利，其技术方案为:一种绝缘栅双极晶体管，包括:集电区，由形成于硅衬底底部的P型层组成，从所述硅衬底的背面引出集电极；漂移区，由依次形成于所述集电区上的第一 N+层和第一 N-层组成，所述第一 N+层的N型杂质浓度大于所述第一 N-层的N型杂质浓度；P阱，形成于所述第一 N-层中；发射区，由形成于所述P阱上部的第二 N+层组成，所述P阱将所述发射区和所述漂移区隔开；栅极，覆盖部分所述P阱，被所述栅极覆盖的所述P阱为沟道区，所述沟道区连接所述P阱两侧的所述漂移区和所述发射区；其特征在于:在所述P阱中形成有沟槽或孔，在所述沟槽或孔的底部的所述P阱中形成有P+连接层，所述P+连接层位于所述发射区的底部；在所述沟槽或孔上部形成有发射极引线孔，所述发射极引线孔的宽度大于所述沟槽或孔的宽度，在所述沟槽或孔和所述发射极引线孔中填充有金属并引出发射极。在结构方面，上述专利描述的双极晶体管的多晶硅窗口开口较大，电极孔和多晶硅的距离只有1.5^3.5um，这样电极孔一般在2um以上总共加起多晶硅窗口的宽度最小只能到5~9um ;上述双极晶体管器件结构是左右不对称的，这样就降低了器件抗闩锁的能力。在生产工艺方面现有技术采用了多次光刻和刻蚀处理，由于光刻机本身存在对准精度的问题，使得多晶栅之间的窗口层的宽度W只能限定在光刻机的精度所能达到的宽度之内，如进一步缩小器件窗口层的宽度W，将会给器件带来许多隐患，并且导致器件结构欠合理而影响器件的工作参数和可靠性。
技术实现思路
为了克服现有的绝缘栅双极晶体存在的上述问题，现特别提出一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件。本技术的具体方案如下:一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于:包括第一导电类型衬底，第一导电类型衬底的第一主面内设有第二导电类型基区，第二导电类型基区内设有第二导电类型深扩散区，所述第二导电类型深扩散区呈“凹”形，第二导电类型基区内设有第一导电类型发射区，第一导电类型发射区分别设置在第二导电类型深扩散区“凹”型的两凸起部分上，每个第一导电类型发射区的第一主面上设有栅极绝缘层，栅极绝缘层上设有多晶硅栅层，多晶硅栅层上设有第二绝缘层，多晶硅栅层两侧设有绝缘侧壁、第一导电类型衬底的第二主面内设有第一导电类型场截止层，第一导电类型场截止层上设有第二导电类型集电区，所述的第一导电类型场截止区的扩散深度为:T25um，宽度为整个第一导电类型衬底的宽度，其浓度高于第一导电类型衬底的浓度并低于第二导电类型发射区的浓度。所述多晶硅之间的区域为窗口区，窗口区的中央通过刻蚀多晶硅形成沟槽。所述第一导电类型发射区包括两个分立的发射区，其掺杂浓度高于第二导电类型基区；每个发射区的一部分被多晶硅栅层覆盖，另一部分位于窗口区，两个分立的发射区被位于窗口区中部的沟槽隔开。所述第一导电类型衬底为硅衬底，第一导电类型衬底第一主面为正面，第二主面为背面。所述第一导电类型发射区的扩散深度为0.2-0.5um，每个发射区宽度为0.4-lum之间。所述第一导电类型衬底窗口区中部的沟槽深度大于第一导电类型发射区的扩散深度，小于第二导电类型深扩散区的扩散深度，其宽度小于等于绝缘侧壁之间的宽度。所述栅极绝缘层为热氧化工艺形成的二氧化硅层。所述绝缘侧壁的宽度小于第一导电类型发射区的宽度，所述绝缘侧壁的宽度为0.1-lum，高度为 0.7_2um 之间。所述多晶硅之间窗口区的宽度在2-20um之间。多晶硅之间窗口区的宽度在3-5um之间。本技术的优点在于:1、本技术的双极晶体管器件采用绝缘侧壁是一种全自对准的技术，不需要光亥|J，因此能够将多晶硅的窗口的宽度减小到4u本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于：包括第一导电类型衬底（110），第一导电类型衬底（110）的第一主面内设有第二导电类型基区（120），第二导电类型基区（120）内设有第二导电类型深扩散区（130），所述第二导电类型深扩散区（130）呈“凹”形，第二导电类型基区（120）内设有第一导电类型发射区（140），第一导电类型发射区（140）分别设置在第二导电类型深扩散区（130）“凹”型的两凸起部分上，每个第一导电类型发射区（140）的第一主面上设有栅极绝缘层（160），栅极绝缘层（160）上设有多晶硅栅层（170），多晶硅栅层（170）上设有第二绝缘层（180），多晶硅栅层（170）两侧设有绝缘侧壁（190）、第一导电类型衬底（110）的第二主面内设有第一导电类型场截止层（200），第一导电类型场截止层（200）上设有第二导电类型集电区（150），第一导电类型场截止区（200）的扩散深度为3~25um，宽度为整个第一导电类型衬底（110）的宽度，其浓度高于第一导电类型衬底（110）的浓度并低于第二导电类型发射区（150）的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于:包括第一导电类型衬底(110)，第一导电类型衬底(110)的第一主面内设有第二导电类型基区(120)，第二导电类型基区(120)内设有第二导电类型深扩散区(130)，所述第二导电类型深扩散区(130)呈“凹”形，第二导电类型基区(120)内设有第一导电类型发射区(140)，第一导电类型发射区(140)分别设置在第二导电类型深扩散区(130)“凹”型的两凸起部分上，每个第一导电类型发射区(140)的第一主面上设有栅极绝缘层(160)，栅极绝缘层(160)上设有多晶硅栅层(170)，多晶硅栅层(170)上设有第二绝缘层(180)，多晶硅栅层(170)两侧设有绝缘侧壁(190)、第一导电类型衬底(110)的第二主面内设有第一导电类型场截止层(200)，第一导电类型场截止层(200)上设有第二导电类型集电区(150)，第一导电类型场截止区(200)的扩散深度为3?25um，宽度为整个第一导电类型衬底(110)的宽度，其浓度高于第一导电类型衬底(110)的浓度并低于第二导电类型发射区(150)的浓度。2.根据权利要求1所述的一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于:所述多晶硅之间的区域为窗口区，窗口区的中央通过刻蚀多晶硅形成沟槽。3.根据权利要求2所述的一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件，其特征在于:所述第一导电类型发射区(140)包括两个分立的发射区，其掺杂浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世勇，胡强，王思亮，樱井建弥，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：