[发明专利]用于制造半导体器件的方法和用于制造半导体器件的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造半导体器件的方法和用于制造半导体器件的装置。

背景技术

其中由大量晶体管或电阻器和功率半导体器件构成的电路被集成在芯片上的功率集成电路（IC）已经被广泛地用作计算机和通信设备的重要组件。

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是组合MOSFET（MOS栅场效应晶体管）的高速开关和电压驱动特性与双极晶体管的低导通（ON）电压特性的功率半导体器件。IGBT广泛应用于工业领域中，如通用逆变器、AC服务器或不间断电源（UPS）、以及开关电源，且还用于诸如微波炉、电饭锅和频闪观测器之类的家用电器。下一代绝缘栅双极晶体管的开发已经取得进展，研发出了使用新颖芯片结构且具有更低导通电压的晶体管，并寻求应用设备的损失减少和效率增加。

IGBT结构可以是穿通（PT）型、非穿通（NPT）型、以及场阻断（FS）型。实践中目前被量产的所有IGBT（除了用于音频功率放大器的一些p-沟道IGBT之外）具有n-沟道垂直双层扩散结构。在如下描述中，除非另有所指IGBT将被假设为n-沟道IGBT。

PT-型IGBT具有其中n⁺层(n⁺缓冲层)设置在p⁺外延衬底（p⁺集电极层）和n^-层（n^-型活性层）之间且位于n^-型活性层中的耗尽层达到n缓冲层的结构，这是IGBT的主流基本结构。然而，例如，对于具有600V耐压性的IGBT系统而言具有约70μm厚度的n^-活性层是足够的，不过在其中包括p⁺外延衬底部分的情况下，整个厚度变为约200μm到300μm，这太大了。相应地，NPT-型IGBT或FS-型IGBT已经被开发，其中通过使用由FZ（浮区）法形成的FZ衬底替代p⁺外延衬底并形成低掺杂量的浅p⁺集电极层减小了厚度和降低了成本。

图9是示出使用低掺杂量的浅p⁺集电极层的常规NPT-型IGBT的主要部分的截面图。这是1/2单元的截面图。使用低掺杂量的浅p⁺集电极层22（低注入p⁺集电极层）的NPT-型IGBT没有使用也用作支承衬底的p⁺外延衬底。因此，整个厚度（衬底的总厚度）基本小于PT-型IGBT中的厚度。在这样的结构中，可控制空穴的注入效率。作为结果，即使没有寿命控制，也可进行高速开关。然而，n^-型活性层21的厚度大于在PT-型IGBT中的厚度且p⁺集电极层的注入效率较低。因此，导通电压采取较高的值。然而，如上所述，由于使用了不昂贵的FZ衬底替代了昂贵的p⁺外延衬底，可降低芯片的成本。

在附图中出现如下附图标记：1是FZ-N衬底、2是栅极氧化物膜、3是栅电极、4是p⁺基极层、5是n⁺发射极层、6是层间绝缘膜、7是发射电极、且11是背面电极(集电极电极)。在本说明书和附图中，分配给层或区域的参考标记n和p表示这些层或区域分别包括大量电子或空穴。进一步地，分配给n或p的参考标记+和-表示掺杂剂的浓度高于或低于没有被这样分配的层中的浓度。

图10是示出常规FS型IGBT的主要部分的截面图。基本结构与PT型IGBT的相同。然而，PT型IGBT使用较厚的p⁺外延衬底，而FS型IGBT使用FZ-N衬底1替代该p⁺外延衬底。结果，相对于PT型IGBT的厚度，FS型IGBT的总厚度被进一步减小100μm到200μm。类似于PT型IGBT，n^-活性层21被制成约70μm以适应600V耐压并被耗尽。为此，n⁺场阻断层9被设置在n^-活性层21之下。n⁺场阻断层9类似于形成于PT型IGBT中的n⁺缓冲层而动作。在接近于集电极的一侧上，低掺杂量的浅p⁺扩散层10被用作低注入p⁺集电极层。结果，与NPT型IGBT的情况中一样，不需要寿命控制。还有沟槽栅极结构的FS型IGBT，其中在芯片表面上形成窄而深的沟（槽）（未在图中示出），且在其侧面上形成MOS栅结构，从而进一步降低导通电压。通过设计优化等，目前已经进一步减小了衬底的总厚度。