一种硅化物全自对准槽栅绝缘栅双极晶体管设计及制备工艺

摘要

本发明公开了一种全自对准的槽栅绝缘栅双极晶体管(IGBT)设计和制造工艺，全套工艺除了P⁺版和槽栅版两张光刻版以外，其余所有光刻都被省去，即只用两次光刻完成IGBT的器件制造，而且两次光刻之间没有套刻关系，避免了套刻误差，提高了工艺成品率，降低了制版费用和制造成本。本发明设计的一种IGBT多重沟道短路结构，有效的防止了IGBT闩锁。用氧化层硬掩膜和先进的硅化物工艺实现多晶硅刻蚀和金属接触全自对准，可使元包尺寸减小到2μm甚至更小，增加了IGBT芯片单位面积的元包密度和沟道宽度，提高了电流。

主权项

1.一种硅化物全自对准槽栅绝缘栅双极晶体管(IGBT)的设计及制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)选取n型单晶硅作为基底材料；2)在n型单晶硅的正面通过两次材料改性分别形成p型硅和n+型硅；3)将n+型硅的多个局部再作一次材料改性成为p+型硅；p+型硅在横向为等距排列的长条形图形，在纵向p+型硅与p型硅连通；4)在n型硅的表面LPCVD淀积氧化层；5)正面刻槽，槽在横向也是等距排列的长条形图形，并与p+型硅正交；其制备工艺只用两次光刻完成绝缘栅双极晶体管(IGBT)的器件制造，且两次光刻之间没有套刻关系；按以下步骤进行：①.在n型单晶硅上通过两次离子注入形成p型硅层和n+硅层，分别对应于IGBT的衬底和源，这两次离子注入都是在硅片上直接注入，不用光刻图形；②.第一张光刻版是在前面两次离子注入硅材料的基础上，光刻p+区，有选择地注入p+硅层，该p+硅层与第一次注入的p硅层连通，最终实现IGBT器件的衬底接地；该p+硅层还有一个重要作用就是当与p+硅层图形垂直的槽栅形成以后，在所有p+硅层和P硅层连通的地方形成IGBT沟道多重短路结构；③.利用LPCVD淀积氧化层作为多晶硅栅极反刻的硬掩膜，实现多晶硅栅极的无光刻刻蚀；第二版就是光刻槽栅图形，该图形与第一次光刻图形互为垂直，但不存在套刻以及图形大小之间的关系；④.利用VLSI等离子各向异性刻蚀技术在硅片表面台阶处形成残余sio2侧墙称为氧化侧墙；在氧化侧墙形成的同时，硅和多晶硅上的氧化层也被完全去除干净，从而可直接作为下一步的接触孔使用；⑤.利用VLSI的硅化物技术，借助上一步的氧化侧墙自动形成栅、源连接；硅化物的形成机理是在前述氧化侧墙形成以后，在硅片表面大面积淀积金属钛Ti，在N2气氛中的热解反应，凡是有硅和多晶硅的地方形成C49 TiSi2高阻硅化物层，而Ti与氧化侧墙不发生反应；⑥.用化学湿法选择刻蚀去掉未反应的金属Ti；对高阻硅化物层进行高温退火即转变成C54 TiSi2的低阻硅化物金属连接层，电阻率约为14μΩcm～18μΩcm。