[发明专利]IGBT中形成电荷存储层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺方法，特别涉及一种IGBT中形成电荷存储层 的方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT)是由双 极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率 半导体器件,其中BJT一般采用能工作在高电压和高电流下的巨型晶体管(Giant Transistor，简称GTR)也即电力晶体管。IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低 导通压降两方面的优点，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电 机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

图1所示为普通的IGBT器件的结构示意图，以沟槽栅结构为例，现有方法中通过 在N型掺杂的衬底材料如硅衬底1的正面形成正面图形之前，对硅衬底1进行背面减薄 并进行注入、退火推阱的方法形成厚度为10微米～20微米的缓冲层即N型场终止层9。 形成N型场终止层9之后才进行正面图形工艺，IGBT的正面图形工艺包括元胞区和耐压 保护区，耐压保护区围绕在元胞区的周侧。所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述 IGBT的单元结构包括：

P阱4，形成于硅衬底1的正面；

多晶硅栅2，填充在栅极区域的沟槽内，且沟槽内侧表面形成有栅氧化层3，所述 栅氧化层3隔离多晶硅栅2和P阱4；

发射区6，由形成于所述P阱4表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅2覆盖 的所述P阱4表面用于形成连接所述发射区6和所述N型漂移区的沟道，所述发射区6 也即IGBT中的MOS器件的源区；

P阱引出区5，由P型重掺杂区组成；所述P型引出区5穿过所述发射区6进入到 所述P阱4中，所述P阱引出区5同时和所述发射区6和所述P阱4接触；

正面金属层7，栅极和发射极分别由正面金属层7组成，栅极通过穿过介质层8的 接触孔和所述多晶硅栅2接触，发射极通过接触孔和所述P阱引出区5接触；

背面图形包括由背面P型重掺杂离子注入形成的P型注入层10，由所述P型注入层 10组成IGBT的集电区；对所述P型注入层10进行激光退火激活，并在所述硅衬底1 的背面形成背面金属层11，背面金属层11作为集电极，其一般有Al、Ti、Ni和Ag叠 加形成。

对于IGBT器件来讲，提高导通态的电流密度非常重要。目前，业界有很多提高电 流密度的工艺方法，比较常见的有背面场终止(FieldStop，简称FS)优化、正面电子 注入增强门极晶体管(InjectionEnhancedGateTransistor，简称IEGT)结构及正面 电荷存储层结构等。

图2所示为正面引入电荷存储层(CarrierStored，简称CS)的IGBT的结构示意 图，该IGBT的结构与图1所示的普通IGBT结构相似，不同之处在于P阱4的底部形成 有N型掺杂的电荷存储层12。所述电荷存储层12是硅衬底1中额外再掺入N型杂质形 成的，电荷存储层12作为空穴的势垒能够对空穴形成良好的阻挡从而提高整个漂移区 的载流子整体浓度，对漂移区实现电导调制，同时可以改善漂移区的载流子分布，获得 更小的关断时间，所以能降低关断损耗。

现有的含有电荷存储层的IGBT制造方法中，电荷存储层12是通过磷注入之后再高 温推阱形成的，如图4所示，然后再形成栅极结构以及P阱和后续源区等正面工艺。图 3所示是图4所示方法形成的IGBT沿图2中的AA线的浓度曲线，曲线201对应于发射 区6的掺杂浓度，曲线202对应于P阱4的掺杂浓度，曲线203对应于电荷存储层12 的掺杂浓度。可知现有形成电荷存储层的方法，电荷存储层12会延伸整个P阱4的范 围，电荷存储层12的掺杂会影响到P阱4的掺杂，而P阱4的掺杂浓度确定器件的开 启电压(Vth)，所以为了维持开启电压的正常，电荷存储层12的掺杂浓度要远低于P 阱4，这样电荷存储层12的掺杂浓度受限于P阱4的掺杂浓度，而电荷存储层12的较 低掺杂浓度对优化饱和压降与关断损耗的权衡关系的作用很弱。

除此之外，图4所示的现有方法必须采用高能注入设备将磷注入至深度达4～5微 米的位置，同时需要进行大量热推阱，导致了注入的磷扩散比较广，使得电荷存储效应 比较弱且磷的扩散还会影响开启电压(Vth)、短路电流(Isc)等参数的调整。

发明内容