一種新型輕穿通igbt器件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體地，涉及一種新型輕穿通IGBT器件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣棚.雙極型晶體管)是一種是由BJT(Bipolar Junct1n Transistor，雙極型三極管)和M0S(Metal-0xid-Semicon-ductor，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，集合有MOSFE(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半場(chǎng)效晶體管)的高輸入阻抗和GTR (Giant Transistor，電力晶體管)的低導(dǎo)通壓降兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低的特點(diǎn)，普遍適用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
[0003]為了進(jìn)一步挖掘IGBT結(jié)構(gòu)的潛力，IGBT的經(jīng)歷了從穿通型結(jié)構(gòu)到非穿通型結(jié)構(gòu)，繼而到輕穿通型結(jié)構(gòu)的演變。如圖1所示的一種第二代輕穿通型IGBT器件的元胞切面，由于集合了 P+型浮空層和N型載流子存儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，可使IGBT器件具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點(diǎn)，但是由于N型載流子存儲(chǔ)層較厚(一般為5微米左右)，與N-襯底層形成的NN-型空穴勢(shì)皇因此較高，在正向?qū)〞r(shí)的電導(dǎo)調(diào)制作用下，NN-結(jié)處將聚集大量的空穴，使得器件的內(nèi)部飽和電流也將大幅度增加，因此這種輕穿通型IGBT器件的短路安全工作區(qū)較小，在大電流沖擊下容易損壞IGBT器件。
[0004]針對(duì)上述第二代輕穿通型IBGT器件的問(wèn)題，需要提供一種新的輕穿通型IBGT器件及制備方法，可使IGBT器件在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠抑制內(nèi)部飽和電流的增加，擴(kuò)展其短路安全工作區(qū)，從而有效避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保IGBT器件的工作壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)前述第二代輕穿通型IBGT器件的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新型輕穿通IGBT器件及制備方法，可使IGBT器件在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠抑制內(nèi)部飽和電流的增加，擴(kuò)展其短路安全工作區(qū)，從而有效避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保IGBT器件的工作壽命。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案，一方面提供了一種新型輕穿通IGBT器件，包括若干個(gè)呈并聯(lián)結(jié)構(gòu)的元胞，其特征在于，所述元胞的下表面連接集電極，且向上依次設(shè)有集電極金屬接觸層、第一 P+摻雜層、N型緩沖層和N-襯底層；所述元胞的上表面分別連接發(fā)射極和柵極，在發(fā)射極的下方向下依次設(shè)有發(fā)射極金屬接觸層、第二 P+摻雜層、P-摻雜層和N型載流子存儲(chǔ)層，在柵極的下方向下依次設(shè)有柵極金屬接觸層、由多晶硅柵和柵氧化層組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)和P+型浮空層；所述發(fā)射極金屬接觸層位于兩柵極金屬接觸層之間且間隔設(shè)置，所述第二 P+摻雜層、P-摻雜層和N型載流子存儲(chǔ)層位于兩溝槽柵結(jié)構(gòu)之間，且在第二 P+摻雜層與柵氧化層之間設(shè)有若干個(gè)并排的N+摻雜塊層和絕緣塊層，所述N+摻雜塊層和絕緣塊層相錯(cuò)間隔排布，且均為同高、同寬的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述N型載流子存儲(chǔ)層與N-襯底層相連，所述P+型浮空層位于溝槽柵結(jié)構(gòu)下部且分別與柵氧化層和N-襯底層相連。在所述IGBT器件的元胞結(jié)構(gòu)中，一方面所述N型載流子存儲(chǔ)層與N-襯底層配合，可在正向?qū)〞r(shí)使得N-襯底層中靠近發(fā)射極一側(cè)的空穴濃度增高，降低器件的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗，同時(shí)所述P+型浮空層可改善槽柵底部的電場(chǎng)集中效應(yīng)，有效減小最大峰值電場(chǎng)，大大提高器件的擊穿電壓，從而使IGBT器件具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點(diǎn)；另一方面，相比較于現(xiàn)有的、呈長(zhǎng)條狀的N+摻雜層結(jié)構(gòu)，在第二 P+摻雜層與柵氧化層之間設(shè)置的所述呈相錯(cuò)間隔且并排狀的N+摻雜塊層和絕緣塊層結(jié)構(gòu)，可使形成的內(nèi)部發(fā)射極集成電阻在均流效果基本不變的情況下，其導(dǎo)流截面積更小，平均電阻率更高，從而大幅度增大了內(nèi)部發(fā)射極集成電阻的電阻值，有效抑制內(nèi)部飽和電流的增加，進(jìn)而擴(kuò)展了 IGBT器件的短路安全工作區(qū)，可避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保器件的工作壽命。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案，另一方面提供了一種新型輕穿通IGBT器件的制備方法，其特征在于，包括步驟如下:S101.選擇具有N-摻雜襯底的N型單晶硅片，并進(jìn)行預(yù)處理；S102.對(duì)硅片進(jìn)行雙面磷摻雜工藝，在硅片底層生成N型緩沖層，在硅片頂層生成N型載流子存儲(chǔ)層；S103.對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面的掩模硼摻雜工藝，在N型載流子存儲(chǔ)層的上部生成P-摻雜層；S104.對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面掩?？涛g工藝，在硅片頂層生成貫穿P-摻雜層和N型載流子存儲(chǔ)層的柵槽；S105.對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面的掩模硼摻雜工藝，在柵槽底部外延區(qū)生成P+型浮空層；S106.對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面的氧化工藝，在柵槽中生成柵氧化層，然后通過(guò)掩模沉積工藝向柵槽中填充多晶硅，形成呈溝槽狀的多晶硅柵；S107.對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面的掩模磷摻雜工藝，在P-摻雜層的上部生成N+摻雜層；S108.對(duì)硅片進(jìn)行雙面的硼摻雜工藝，在N型緩沖層的底部生成第一 P+摻雜層，在N+摻雜層的中間位置生成第二 P+摻雜層；S109.對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面掩?？涛g工藝，在位于第二 P+摻雜層與柵氧化層之間的N+摻雜層中生成若干個(gè)間錯(cuò)并排的間隔槽，然后通過(guò)掩模沉積工藝向各個(gè)間隔槽填充二氧化硅，形成間錯(cuò)并排的絕緣塊層；S110.對(duì)硅片進(jìn)行雙面的金屬沉積工藝，在上表面分別生成呈間隔布置的發(fā)射極金屬接觸層和柵極金屬接觸層，在下表面生成集電極金屬接觸層。依據(jù)前述步驟，即可得到本發(fā)明所提供的新型輕穿通IGBT器件，其在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠有效抑制內(nèi)部飽和電流的增加，進(jìn)而擴(kuò)展IGBT器件的短路安全工作區(qū)，避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保器件的工作壽命。
[0008]具體的，所述步驟S102中還包括如下步驟:對(duì)硅片上表面進(jìn)行掩模磷摻雜工藝，且采用熱擴(kuò)散方式生成N型載流子存儲(chǔ)層。
[0009]具體的，所述步驟S103中還包括如下步驟:在對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面的掩模硼摻雜工藝中采用離子注入方式，生成摻雜面積大于N型載流子存儲(chǔ)層摻雜面積的P-摻雜層。
[0010]具體的，所述步驟S108中包括如下步驟:對(duì)硅片上表面進(jìn)行單面的掩模硼摻雜工藝，且采用離子注入方式在N+摻雜層的中間位置生成摻雜面積小于N+摻雜層摻雜面積的第二 P+摻雜層。
[0011]具體的，所述步驟SllO中還包括如下步驟:對(duì)硅片的上表面進(jìn)行單面的掩模鋁合金沉積工藝，在第二 P+摻雜層的上方生成發(fā)射極金屬接觸層，在多晶硅柵的上方生成柵極金屬接觸層。
[0012]綜上，采用本發(fā)明所提供的一種新型輕穿通IGBT器件及制備方法，可使IGBT器件集合N型載流子存儲(chǔ)層和P+型浮空層結(jié)構(gòu)，在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，還能夠通過(guò)在第二 P+摻雜層與柵氧化層之間設(shè)置的呈相錯(cuò)間隔且并排狀的N+摻雜塊層和絕緣塊層結(jié)構(gòu)，大幅度增大內(nèi)部發(fā)射極集成電阻的電阻值，有效抑制內(nèi)部飽和電流的增加，進(jìn)而擴(kuò)展IGBT器件的短路安全工作區(qū)，可避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保器件的工作壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0013]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是現(xiàn)有的一種第二代輕穿通型IGBT器件的元胞切面示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的新型輕穿通IGBT器件的元胞切面示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的新型輕穿通IGBT器件的元胞平面示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的新型輕穿通IGBT器件的制備方法流程圖。
[0018]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法中步驟SlOl所示的IGBT器件切面