[发明专利]一种高可靠性的N型横向绝缘栅双极型器件及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明主要涉及高压功率半导体器件领域，具体来说，是一种具有高可靠性的N型横向绝缘栅双极型器件及其制备工艺，适用于等离子平板显示设备、半桥驱动电路以及汽车生产领域等驱动芯片。

背景技术

随着高压集成电路的发展越来越迅速，工艺技术也在不断提高，在这种形势下横向绝缘栅双极型晶体管（Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor, LIGBT）问世了，其独特的工作机制，即MOS器件与双极型器件相结合的工作机制，在很大程度上降低了导通电阻，大大提高了器件和电路的性能。由于LIGBT器件工作在高电压、大电流的环境下，因而面临着非常严峻的可靠性问题。LIGBT器件的沟道区末端靠近漂移区附近也有产生高场强的风险，进而引起热载流子效应并对器件的退化产生严重影响，此外对击穿电压也有严重制约。因此，探究其工作特性以及尽可能提高器件可靠性对LIGBT的应用具有十分重要的意义。

如何在与CMOS工艺兼容且不增加工艺成本的基础上较明显地提高器件可靠性，是高性能LIGBT制备工艺要解决的核心问题。由于氧气在SiO₂中的扩散系数有限，氧化速率会随着氧化层厚度的增加逐渐减小到零，从而结束氧化层的生长，使得生长氧化层时硅的消耗量存在一个极值，一般硅的消耗量大约是最终氧化层厚度的44%。在普通LIGBT制备工艺中，器件只需要一次场氧化层生长，这样使得场氧化层露出N型阱的部分与嵌入N型阱的部分的厚度比例为5:4左右。这种情况下的器件鸟嘴下方的电场线密集，电场强度大，碰撞电离率显著，器件可靠性不尽人意。制备LIGBT器件的普通工艺基本步骤如下：

步骤一，将P型衬底与P型硅层键合；退火增强两个圆片的键合力度；通过研磨、抛光来减薄P型硅层到所设计的厚度；

步骤二，在P型硅层注入磷杂质，通过高温推进形成N型阱；注入硼形成P型体区，然后注入磷形成N型缓冲阱；

步骤三，生长45~55纳米的牺牲氧化层，并淀积140~160纳米的氮化硅，光刻、显影并刻蚀场氧化层区域上方的氮化硅；在950℃，O₂和H₂体积含量之比为7:13的氛围中生长场氧化层70分钟，然后再在950℃，O₂和HCL体积含量之比为16:0.32的氛围中生长场氧化层20分钟，则完成场氧化层的生长；

步骤四，生长栅氧化层并淀积多晶硅栅；

步骤五，注入磷和砷形成N型阴极区；注入氟化硼和硼形成P型阳极区和 P型体接触区；退火激活杂质离子；

步骤六，钝化、刻蚀氧化层形成接触孔；金属层淀积、光刻、刻蚀，形成第一金属层和第二金属层。

发明内容

本发明提供一种高可靠性的N型横向绝缘栅双极型器件及其制备工艺，本发明能够提高N型横向绝缘栅双极型器件的电学特性及器件的可靠性。

本发明采用如下技术方案：一种高可靠性的N型横向绝缘栅双极型晶体管，包括：P型衬底，在P型衬底上设有埋氧，在埋氧上设有N型阱，在N型阱的内部设有N型缓冲阱和P型体区，在N型缓冲阱内设有P型阳极区，在P型体区中设有N型阴极区和P型体接触区，在N型阱的表面设有场氧化层且场氧化层的一端向P型阳极区延伸并止于P型阳极区，另一端向P型体区延伸并止于P型体区前端，在P型体区的表面设有多晶硅栅且多晶硅栅延伸至场氧化层的部分上表面，在场氧化层、P型体接触区、N型阴极区、多晶硅栅和P型阳极区的表面设有钝化层，在P型阳极区表面连接有第一金属层，在P型体接触区和N型阴极区表面连接有第二金属层。

所述高可靠性的N型横向绝缘栅双极型器件的制备方法：

步骤一，取两个电阻率为25Ω·cm厚度为500~600微米的P型硅层，在每片P型硅层上分别氧化生长氧化层；在15℃~35℃下将两个P型硅层键合，形成埋氧层，退火增强两个圆片的键合力度；通过研磨、抛光及腐蚀来削薄一侧P型硅层到6~7微米，为形成N型阱作基础，另一侧P型硅层直接作P型衬底；

步骤二，在6~7微米P型硅层注入剂量为2.5e12 cm^-2、能量为120Kev的磷杂质，在1150℃下推进形成N型阱；光刻，显影确定掺杂区域，注入剂量为5e13 cm^-2、能量为120Kev的硼形成P型体区，然后注入剂量为1.8e13 cm^-2、能量为140Kev的磷形成N型缓冲阱；