[发明专利]一种平面栅双极型晶体管及其制作方法有效

专利信息
申请号: 201811628934.4 申请日: 2018-12-29
公开(公告)号: CN109713035B 公开(公告)日: 2022-02-15
发明(设计)人: 阳平 申请(专利权)人: 上海擎茂微电子科技有限公司
主分类号: H01L29/423 分类号: H01L29/423;H01L29/06;H01L29/739;H01L21/331;H01L21/28
代理公司: 温州知远专利代理事务所(特殊普通合伙) 33262 代理人: 汤时达
地址: 201100 上海市闵*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 平面 栅双极型 晶体管 及其 制作方法
【权利要求书】:

1.一种平面栅双极型晶体管,包括具有第一掺杂类型的半导体衬底、形成于半导体衬底表面的JFET区及基区、形成于基区表面的发射区、位于半导体衬底上方的栅极,所述基区具有第二掺杂类型,所述发射区具有第一掺杂类型,其特征在于:所述半导体衬底的上方设置有栅氧化层,所述栅极包括位于所述JFET区的左右两侧且间隔一定距离的栅极左部和栅极右部,单个元胞内,所述栅氧化层与半导体衬底表面之间设有至少两个FOX区,所述FOX区为二氧化硅绝缘膜,所述FOX区为上窄下宽的梯形结构,所述栅极左部和栅极右部均为与所述FOX区适配的Z型结构。

2.根据权利要求1所述的平面栅双极型晶体管,其特征在于:所述栅极左部在JFET区表面的投影面积和栅极右部在JFET区表面的投影面积均为栅氧化层在JFET区表面投影面积的四分之一。

3.根据权利要求2所述的平面栅双极型晶体管,其特征在于:所述栅极左部和栅极右部之间的距离大于位于JFET区两侧的FOX区之间的距离。

4.根据权利要求3所述的平面栅双极型晶体管,其特征在于:所述半导体衬底的上方设置有覆盖栅极、栅氧化层和FOX区的绝缘介质层。

5.根据权利要求1所述的平面栅双极型晶体管,其特征在于:基区内相邻的两个发射区之间设置有深阱区,所述深阱区具有第二掺杂类型。

6.根据权利要求1所述的平面栅双极型晶体管,其特征在于:所述第一掺杂类型为P型掺杂和N型掺杂中的一种,所述第二掺杂类型为P型掺杂和N型掺杂中的另一种。

7.一种平面栅双极型晶体管的制作方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1、在半导体衬底(230)表面通过离子注入和高温推阱工艺形成JFET区(290);

S2、在JFET区(290)上方形成两个FOX区(291);

S3、在该半导体衬底(230)的器件有源区内生长致密性较高的二氧化硅作为MOS结构的栅氧化层(293);

S4、在该半导体衬底(230)的器件有源区内形成栅极(292),栅极包括栅极左部和栅极右部;

S5、在该半导体衬底(230)的器件有源区内形成P型基区(240)作为MOS结构的阱区;

S6、在P型基区(240)顶部靠近栅极(292)处形成N+发射区(250);

S7、在N+发射区(250)之间形成P+深阱区(260);

S8、淀积正面发射极金属,形成发射极电极(280)。

8.根据权利要求7所述平面栅双极型晶体管的制作方法,其特征在于:

步骤S1的具体步骤为:通过高温氧化在该半导体衬底(230)表面生长厚度为1-2um的二氧化硅绝缘膜;在该二氧化硅绝缘膜上面涂布光刻胶,经过曝光和显影,打开JFET区刻蚀窗口;湿法腐蚀去除暴露的二氧化硅绝缘膜;进行磷离子注入,其中注入能量为50-120kev、剂量为5E11-5E13cm-2;湿法腐蚀光刻胶;进行高温推阱,其中,温度为1000-1150℃之间,时间为50-300min,形成JFET区(290),所述JFET区(290)的结深为3-7um,掺杂浓度为1E14-1E16cm-3

步骤S2的具体步骤为:在该二氧化硅绝缘膜表面涂布光刻胶,经过曝光和显影,打开FOX区刻蚀窗口;湿法腐蚀去除暴露的二氧化硅绝缘膜,于是在JFET区(290)上方形成两个分隔的FOX区(291),其厚度为1-2um;

步骤S3的具体步骤为:先通过高温氧化在该半导体衬底(230)表面和FOX区(291)表面生长一层牺牲氧化层,再利用湿法腐蚀掉该牺牲氧化层;通过高温氧化在该半导体衬底(230)表面和FOX区(291)表面生长MOS结构的栅氧化层(293),所述栅氧化层(293)的厚度为

步骤S4的具体步骤为:先在栅氧化层(293)表面淀积导电介质,所述导电介质为多晶硅,多晶硅的厚度为0.8-1um;在多晶硅层表面涂布光刻胶层,采用多晶硅版图进行光刻,曝光和显影,形成光刻胶层图形;使用该光刻胶层图形作为掩模对栅氧化层(293)表面的多晶硅进行反应离子刻蚀,通过干法刻蚀工艺同时把JFET层中间部分区域和台面区域的多晶硅刻蚀掉;刻蚀厚度为0.8-1um,从而形成栅极(292);采用等离子体刻蚀去除表面的光刻胶;其中,栅极(292)包括栅极左部(2921)和栅极右部(2922);

步骤S5的具体步骤为:在器件上表面涂布光刻胶,经过曝光和显影,打开P型基区离子注入窗口,进行硼离子注入,注入能量为50-100kev、剂量为1E13-1E14cm-2;湿法腐蚀去除表面的光刻胶;进行高温推阱,温度为1000-1150℃之间,时间为50-200min,在半导体衬底(230)的器件有源区内形成P型基区(240);所述P型基区(240)的结深为2-4um,掺杂浓度为1E16-9E17cm-3

步骤S6的具体步骤为:在器件上表面涂布光刻胶,经过曝光和显影,打开N+发射区离子注入窗口;进行磷离子注入,注入能量为50-120kev、剂量大于1E15cm-2;湿法腐蚀去除表面的光刻胶;进行高温推阱,从而在半导体衬底(230)的器件有源区内形成N+发射区(250);所述N+发射区(250)的掺杂浓度为1E19-5E20cm-3,结深为0.2-1um;

步骤S7的具体步骤为:通过高温氧化工艺在所述栅极(292)、栅氧化层(293)以及P型基区(240)表面生长二氧化硅绝缘介质层(270);然后在所述二氧化硅绝缘介质层(270)表面涂布光刻胶,进行曝光和显影,形成光刻胶层图形;使用该光刻胶层图形作为掩模,在绝缘介质层(270)上进行刻蚀,形成接触孔;以光刻胶层图形作为阻挡层,通过接触孔向N+发射区的高掺杂硅中注入硼离子,形成P+高掺杂区,即P+深阱区(252);湿法腐蚀去除光刻胶;其中,所述二氧化硅绝缘介质层(270)的厚度可以为1um-2um;注入能量在50kev以上、剂量大于1E15cm-2的硼离子,形成所述P+深阱区(260),所述P+深阱区的掺杂浓度为1E19-5E20cm-3,结深为0.5-1um,N+发射区和P+深阱区交叠设置,共同构成IGBT发射极的接触区;

步骤S8的具体步骤为:在该器件表面淀积一层厚度为1-5um的金属膜;然后在所述金属膜上涂布光刻胶,采用金属层版图进行光刻,曝光和显影;采用湿法或干法腐蚀金属;湿法腐蚀去除光刻胶;该器件的有源区中接触孔中淀积有金属并和表面的金属相连,形成发射极电极(280),金属为铝/硅合金或铝/硅/铜合金,厚度为1-5um。

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