[发明专利]一种IGBT器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种IGBT器件及其制造方法。

背景技术

近年来，随着半导体产业的迅速发展，功率器件IGBT(Insulated-gatebipolar transistor)的应用越来越广泛，IGBT不仅应用于开关电路，还广泛应用于放大电路、变频调速等方面。IGBT器件一般而言由一个双极管和一个晶体管(MOS管)构成，如图1A、B所示。为了制造性能更好的IGBT器件，通常需要它的衬底厚度低于200微米，甚至要到80微米。目前有尝试使用薄衬底去制造IGBT，但是当衬底厚度低于180微米时，衬底很容易在IGBT器件制造过程中破裂，影响产品良率。所以在现有技术中，通常是先形成衬底及其上的器件，而后从背部减薄衬底，从而制造具有较薄衬底的IGBT器件，然而通过这样的方法形成的IGBT器件会导致衬底材料的浪费，降低生产效率和材料利用率。在另一现有的IGBT器件中，如图1B所示，为了形成MOS管的栅极，通常在衬底中形成容纳栅极的凹槽，然而所述凹槽会占据衬底的部分面积，导致器件中单位面积的电流密度没能极大化。

发明内容

为了克服上述技术问题，需要提出一种不利用凹槽来形成栅极区并能够有效地利用通常厚度衬底来形成等效薄衬底的IGBT的器件及其制造方法。

为了解决上述问题之一，本发明提供了一种IGBT器件，包括基板，在所述基板中形成有一个双极管器件和两个MOS管器件，所述基板具有第一表面和与其相对的第二表面，以及第三表面和与其相对的第四表面；分别形成于所述第一表面和第二表面上的、所述两个MOS器件的栅极区；以及分别形成于所述第三表面和第四表面上的、所述IGBT器件的集电极接触层和发射极接触层。其中，所述基板包括具有第一掺杂类型的衬底，以及分别在接近第一表面的衬底中和接近第二表面的衬底中形成的一个第一掺杂类型的区域和一个第二掺杂类型的区域，以使所述第一、第二掺杂类型的区域与衬底形成MOS管器件；以及所述基板还包括分别在接近第三表面的衬底中或衬底上和接近第四表面的衬底中或衬底上形成的第二掺杂类型的区域，以形成双极管器件。

特别地，所述基板包括：单晶Si、单晶Ge、单晶SiGe、单晶SiC或其组合的情况下，所述基板的第一表面和所述第二表面的晶向为{110}或{112}；所述基板的第三表面和第四表面的晶向为{111}。

根据本发明的另一个方面，提供一种形成IGBT器件的方法，包括：A、提供具有第一掺杂类型的衬底，所述衬底包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；B、在第一表面下方的衬底中形成至少一个第二掺杂类型的区域，在所述第一表面下方的第二掺杂类型的区域的每一个中形成第一掺杂类型的区域；C、在所述第一表面上形成多个栅极区，其中每个栅极区覆盖衬底中的第一掺杂区、第二掺杂区和衬底，以形成多个MOS器件；覆盖所述器件形成刻蚀停止层，构图并刻蚀所述刻蚀停止层，以在所述第一表面下具有掺杂区的相邻栅极区之间形成开口，以及在所述第二表面下、在第一表面的相邻开口之间的对应位置形成开口；E、从所述衬底的第一表面的开口刻蚀至少一个第一沟槽以及从所述衬底的第二表面的开口刻蚀至少一个第二沟槽，并停止在所述刻蚀停止层上；F、在所述第一沟槽的侧壁形成第二掺杂类型的区域，以及在所述第二沟槽的侧壁形成第二掺杂类型的区域；G、在所述第一沟槽和第二沟槽的侧壁分别形成发射极接触层和集电极接触层；以及H、切割所述相邻栅极区之间的刻蚀停止层，以形成多个长条IGBT器件。可选择地，还可以在此后根据需要将单个长条IGBT器件沿横截面方向切割成多个分立的IGBT器件。

根据本发明的IGBT器件，其利用了基板的四个表面分别形成IGBT器件的各个接触极，有效地利用的衬底的各个表面，并且由于本发明的IGBT器件没有采用凹槽来形成栅极，因此不受到产生器件单位面积的电流密度变小的不利影响，提高了器件的电流密度。此外，根据本发明的IGBT器件的制造方法，从发射极到集电极的距离，也就是大致为它等效衬底的厚度，由光刻技术决定，因此不必从背部减薄衬底，因此节省了制造材料和工艺，有效地利用了衬底的厚度，提高了衬底的表面积利用率，从而不必额外地引入减薄衬底的步骤而能够制造更薄的IGBT器件。并且，由于所述加工过程中产生了具有不同开口方向的第一沟槽和第二沟槽，可以利用所形成的第一沟槽和第二沟槽在后续的加工工艺中很容易地对基板的双侧分别进行不同材料的沉积和处理工艺，从而适于各种加工工艺和要求、适应于大规模IGBT器件的制造，提高了产出和降低了成本。