具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的igbt器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其有源區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型體區(qū)，元胞溝槽位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)，深度伸入第二導(dǎo)電類型體區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)；在有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有載流子存儲結(jié)構(gòu)，所述載流子存儲結(jié)構(gòu)包括用于將元胞溝槽伸入第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)外壁全包圍的第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)，第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的摻雜濃度。本實用新型能夠同時滿足較低的導(dǎo)通壓降和極快的關(guān)斷特性，并且能夠?qū)⒈ＷC將耐壓擊穿位置調(diào)整至元胞區(qū)，以保證較高的抗電壓浪涌能力，不增加芯片制造成本，降低芯片面積。
【專利說明】
具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種IGBT器件，尤其是一種具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，屬于IGBT器件的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT的全稱是Insulate Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極晶體管，它兼具M(jìn)OSFET和GTR的多項優(yōu)點，極大的擴展了功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用領(lǐng)域。作為新型電力半導(dǎo)體器件的主要代表，IGBT被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。IGBT是目前最重要的功率器件之一，IGBT由于具有輸入阻抗高，通態(tài)壓降低，驅(qū)動電路簡單，安全工作區(qū)寬，電流處理能力強等優(yōu)點，在各種功率開關(guān)應(yīng)用中越來越引起人們的重視。IGBT器件在電機控制，中頻開關(guān)電源和逆變器、機器人、空調(diào)以及要求快速低損耗的許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]IGBT的飽和壓降(Vcesat)、抗沖擊能力及耐壓特性是衡量IGBT器件的幾個重要指標(biāo)。飽和壓降是衡量IGBT產(chǎn)品導(dǎo)通損耗的重要參數(shù)，降低IGBT飽和壓降可以有效降低IGBT功率損耗，減小產(chǎn)品發(fā)熱，提高功率轉(zhuǎn)換效率。耐壓特性是產(chǎn)品的最重要參數(shù)之一，耐壓不足可能導(dǎo)致IGBT器件使用時出現(xiàn)擊穿燒毀的風(fēng)險。IGBT產(chǎn)品抗沖擊能力的主要體現(xiàn)之一就是產(chǎn)品抗短路能力，是體現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的重要參數(shù)指標(biāo)。
[0004]為了提高IGBT產(chǎn)品性能，多種優(yōu)化IGBT結(jié)構(gòu)和工藝的方法被提出，其中有代表性的如公告號為CN 204144266U的文件中所公開的改進(jìn)結(jié)構(gòu);所述公開文件提出在平行于溝槽柵方向設(shè)置有不與發(fā)射極金屬接觸的第二導(dǎo)電類型區(qū)域非活性區(qū)，該區(qū)域為浮空狀態(tài)；當(dāng)IGBT正向?qū)〞r，少數(shù)載流子會在該區(qū)域下方形成積累，有效增強電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低導(dǎo)通壓降(Vcesat)。但所述公開文件也在存在明顯缺陷。首先由于浮空狀態(tài)第二導(dǎo)電類型區(qū)域非活性區(qū)的存在降低了溝道密度，使得導(dǎo)通壓降(Vcesat)降低額度有限;其次，由于第二導(dǎo)電類型區(qū)域非活性區(qū)為浮空狀態(tài)，在器件承受耐壓時，第二導(dǎo)電類型活性區(qū)與非活性區(qū)電位不一致，因此第二導(dǎo)電類型非活性區(qū)耗盡速度會明顯慢與第二導(dǎo)電類型活性區(qū)，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電類型活性區(qū)寬度接近或大于第二導(dǎo)電類型非活性區(qū)寬度時，耗盡層會出去明顯彎曲，產(chǎn)品耐壓會顯著降低。
[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，一種能有效的提高IGBT性能，并且與現(xiàn)有IGBT工藝兼容，不增加產(chǎn)品技術(shù)難度和工藝成本的IGBT器件和制造工藝是極其必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其結(jié)構(gòu)緊湊，能夠同時滿足較低的導(dǎo)通壓降(Vceon)和極快的關(guān)斷特性，并且能夠?qū)⒈ＷC將耐壓擊穿位置調(diào)整至元胞區(qū)，以保證較高的抗電壓浪涌能力，不增加芯片制造成本，降低芯片面積，安全可靠。
[0007]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，在所述IGBT器件的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板上的有源區(qū)以及終端保護(hù)區(qū)，所述有源區(qū)位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)，終端保護(hù)區(qū)位于有源區(qū)的外圈并環(huán)繞包圍所述有源區(qū)；在所述IGBT器件的截面上，半導(dǎo)體基板具有兩個相對的主面，所述主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面，半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)；
[0008]在所述IGBT器件的截面上，有源區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型體區(qū)，第二導(dǎo)電類型體區(qū)位于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)的上部，元胞溝槽位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)，深度伸入第二導(dǎo)電類型體區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)；
[0009]在有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有載流子存儲結(jié)構(gòu)，所述載流子存儲結(jié)構(gòu)包括用于將元胞溝槽伸入第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)外壁全包圍的第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)，第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的摻雜濃度。
[0010]在所述元胞溝槽的側(cè)壁及底壁生長有絕緣柵氧化層，在生長有絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有柵極導(dǎo)電多晶娃，元胞溝槽的槽口由絕緣介質(zhì)層覆蓋;在相鄰元胞溝槽外側(cè)壁上方設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)，第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)與元胞溝槽的外側(cè)壁相接觸，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)、第二導(dǎo)電類型體區(qū)均與半導(dǎo)體基板第一主面上的發(fā)射極金屬歐姆接觸，發(fā)射極金屬通過絕緣介質(zhì)層與元胞溝槽內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶硅絕緣隔離。
[0011]所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)還設(shè)有第二導(dǎo)電類型連接區(qū)，第二導(dǎo)電類型連接區(qū)與發(fā)射極金屬歐姆接觸，第二導(dǎo)電類型體區(qū)通過第二導(dǎo)電類型連接區(qū)與發(fā)射極金屬電連接;柵極導(dǎo)電多晶硅與半導(dǎo)體基板第一主面上方的柵極金屬電連接。
[0012]在所述IGBT器件的截面上，終端保護(hù)區(qū)包括第二導(dǎo)電類型保護(hù)環(huán)、第一導(dǎo)電類型截止環(huán)以及用于形成主結(jié)的第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)與有源區(qū)內(nèi)鄰近終端保護(hù)區(qū)的元胞溝槽接觸，第二導(dǎo)電類型保護(hù)環(huán)位于第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)與第一導(dǎo)電類型截止環(huán)間，第一導(dǎo)電類型截止環(huán)位于終端保護(hù)區(qū)的外圈，第一導(dǎo)電類型截止環(huán)與半導(dǎo)體基板第一主面上的截止環(huán)金屬歐姆接觸。
[0013]所述第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)與第二導(dǎo)電類型保護(hù)環(huán)為同一工藝制造層，在終端保護(hù)區(qū)的第一主面上還設(shè)有阻擋介質(zhì)層，所述阻擋介質(zhì)層上還覆蓋有絕緣介質(zhì)層，截止環(huán)金屬支撐在與絕緣介質(zhì)層上。
[0014]所述第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)還設(shè)有第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)與半導(dǎo)體基板第二主面上的集電極金屬歐姆接觸。
[0015]在所述第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)還設(shè)有第一導(dǎo)電類型電場截止層，所述第一導(dǎo)電類型電場截止層鄰接第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)及第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，第一導(dǎo)電類型電場截止層的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的摻雜濃度。
[0016]所述“第一導(dǎo)電類型”和“第二導(dǎo)電類型”兩者中，對于N型絕緣柵雙極型晶體管，第一導(dǎo)電類型指N型，第二導(dǎo)電類型為P型；對于P型絕緣柵雙極型晶體管IGBT，第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型所指的類型與N型絕緣柵雙極型晶體管IGBT正好相反。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點為:
[0018]1、在IGBT正向?qū)〞r，包圍元胞溝槽底部的第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)，由于內(nèi)建電勢的存在能阻礙少數(shù)載流子向發(fā)射極的流通，能夠形成少數(shù)載流子的積累，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強，可以顯著減小IGBT飽和壓降，降低導(dǎo)通損耗；
[0019]2、在IGBT正向阻斷時，由于包圍元胞溝槽底部的第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)的摻雜濃度高于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的摻雜濃度，表面電場峰值進(jìn)一步降低，整個IGBT器件的擊穿位置均勻的分布在有源區(qū)，進(jìn)一步提高IGBT器件的抗沖擊能力；
[0020]3、在上述IGBT制造方法中，通過在元胞溝槽的底部進(jìn)行第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)注入形成第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)，工藝成本并未有太大改變；
[0021]4、能將元胞密度做的更大，可以適當(dāng)減小芯片面積，進(jìn)一步降低了芯片成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0023]圖2?圖9為本實用新型具體工藝實施步驟剖視圖，其中
[0024]圖2為本實用新型半導(dǎo)體基板的剖視圖。
[0025]圖3為本實用新型得到硬掩膜層后的剖視圖。
[0026]圖4為本實用新型得到硬掩膜窗口后的剖視圖。
[0027]圖5為本實用新型得到元胞溝槽后的剖視圖。
[0028]圖6為本實用新型得到N+載流子存儲區(qū)后的剖視圖。
[0029]圖7為本實用新型得到P體區(qū)后的剖視圖。
[0030]圖8為本實用新型得到發(fā)射極金屬、柵極金屬以及截止環(huán)金屬后的剖視圖。
[0031 ]圖9為本實用新型得到集電極金屬后的剖視圖。
[0032]附圖標(biāo)記說明:1-N型漂移區(qū)、2-P型保護(hù)環(huán)、3-阻擋介質(zhì)層、4-絕緣介質(zhì)層、5-元胞溝槽、6-N+載流子存儲區(qū)、7-絕緣柵氧化層、8-柵極導(dǎo)電多晶硅、9-P體區(qū)、1-N+發(fā)射區(qū)、11 -P+連接區(qū)、12-柵極金屬、13-發(fā)射極金屬、14-截止環(huán)金屬、15-N型電場截止層、16-P型集電區(qū)、17-集電極金屬、18-有源區(qū)、19-終端保護(hù)區(qū)、20-多晶硅連接體、21-P型結(jié)區(qū)、22-N+截止環(huán)以及23-硬掩膜窗口與24-硬掩膜層。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0034]如圖1和圖9所示:為了能夠同時滿足較低的導(dǎo)通壓降(Vceon)和極快的關(guān)斷特性，并且能夠?qū)⒈ＷC將耐壓擊穿位置調(diào)整至元胞區(qū)，以保證較高的抗電壓浪涌能力，不增加芯片制造成本，以N型IGBT器件為例，本實用新型具體地為:在所述IGBT器件的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板上的有源區(qū)18以及終端保護(hù)區(qū)19，所述有源區(qū)18位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)，終端保護(hù)區(qū)19位于有源區(qū)18的外圈并環(huán)繞包圍所述有源區(qū)18;在所述IGBT器件的截面上，半導(dǎo)體基板具有兩個相對的主面，所述主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面，半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括N型漂移區(qū)I;
[0035]在所述IGBT器件的截面上，有源區(qū)18采用溝槽結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)的N型漂移區(qū)I內(nèi)設(shè)有P型體區(qū)9，P型體區(qū)9位于N型漂移區(qū)I內(nèi)的上部，元胞溝槽5位于P型體區(qū)9內(nèi)，深度伸入P型體區(qū)9下方的N型漂移區(qū)I內(nèi)；
[0036]在有源區(qū)18的N型漂移區(qū)I內(nèi)設(shè)有載流子存儲結(jié)構(gòu)，所述載流子存儲結(jié)構(gòu)包括用于將元胞溝槽5伸入N型漂移區(qū)I內(nèi)外壁全包圍的N+載流子存儲區(qū)6，N+載流子存儲區(qū)6的摻雜濃度大于N型漂移區(qū)的摻雜濃度。
[0037]具體地，有源區(qū)18位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)域，終端保護(hù)區(qū)19環(huán)繞有源區(qū)18，通過有源區(qū)18用于形成IGBT器件的功能區(qū)，通過終端保護(hù)區(qū)19用于保護(hù)有源區(qū)18，有源區(qū)18采用溝槽結(jié)構(gòu)，有源區(qū)18內(nèi)的元胞通過柵極導(dǎo)電多晶硅8并聯(lián)呈一體，有源區(qū)18與終端保護(hù)區(qū)19間的配合關(guān)系為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。半導(dǎo)體基板可以采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的材料，如硅等，第一主面一般為半導(dǎo)體基板的正面，第二主面一般為半導(dǎo)體基板的背面，在N型漂移區(qū)I位于第一主面與第二主面間，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知。
[0038]有源區(qū)18內(nèi)包括若干有源元胞，當(dāng)采用溝槽結(jié)構(gòu)時，有源元胞包括元胞溝槽5，元胞溝槽5垂直穿過P型體區(qū)9，元胞溝槽5的槽底位于P型體區(qū)9下方的N型漂移區(qū)I內(nèi)，元胞溝槽5的深度不大于N型漂移區(qū)I的厚度，P型體區(qū)9即為P阱，P型體區(qū)9橫穿有源區(qū)18的N型漂移區(qū)I，S卩P型體區(qū)9位于相鄰的元胞溝槽5間。
[0039]本實用新型實施例中，載流子存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)N+載流子存儲區(qū)6的數(shù)量可以與元胞溝槽5的數(shù)量相一致，即在每個元胞溝槽5的下部均存在N+載流子存儲區(qū)6，每個N+載流子存儲區(qū)6包圍所對應(yīng)元胞溝槽5的下部，即通過N+載流子存儲區(qū)6將元胞溝槽5位于P型體區(qū)9下方的區(qū)域部分全包圍，此時，元胞溝槽5位于P型體區(qū)9下方的部分通過N+載流子存儲區(qū)6與N型漂移區(qū)I相互隔離。此外，在制備N+載流子存儲區(qū)6時，相鄰的N+載流子存儲區(qū)6還可以相互連接，即在有源區(qū)I的N型漂移區(qū)I內(nèi)形成一塊N+載流子存儲區(qū)6，無論載流子存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)N+載流子存儲區(qū)6采用何種形式，均需要將元胞溝槽5位于P型體區(qū)9下方的區(qū)域進(jìn)行全包圍。N+載流子存儲區(qū)6的摻雜濃度大于N型漂移區(qū)I的摻雜濃度。當(dāng)相鄰的N+載流子存儲區(qū)6相互連接后，所形成的載流子存儲結(jié)構(gòu)中，在垂直于元胞溝槽5長度以及平行于元胞溝槽5的長度方向上，載流子存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)N型摻雜濃度是非均勻分布的。
[0040]在N型漂移區(qū)I內(nèi)設(shè)置載流子存儲結(jié)構(gòu)后，在IGBT正向?qū)〞r，包圍元胞溝槽5下部的N+載流子存儲區(qū)6由于內(nèi)建電勢的存在阻礙少數(shù)載流子向發(fā)射極的流通，能夠形成少數(shù)載流子的積累，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強，可以顯著減小IGBT飽和壓降，降低導(dǎo)通損耗。在IGBT正向阻斷時，包圍元胞溝槽5下部的N+載流子存儲區(qū)6的摻雜濃度高于N型漂移區(qū)I的摻雜濃度，表面電場峰值進(jìn)一步降低，整個器件的擊穿位置均勻的分布在有源區(qū)18，從而能進(jìn)一步提高的器件的抗沖擊能力。
[0041]進(jìn)一步地，在所述元胞溝5槽的側(cè)壁及底壁生長有絕緣柵氧化層7，在生長有絕緣柵氧化層7的元胞溝槽5內(nèi)填充有柵極導(dǎo)電多晶娃8，元胞溝槽5的槽口由絕緣介質(zhì)層4覆蓋；在相鄰元胞溝槽5外側(cè)壁上方設(shè)有N+發(fā)射區(qū)10，所述N+發(fā)射區(qū)10位于P型體區(qū)9內(nèi)，N+發(fā)射區(qū)10與元胞溝槽5的外側(cè)壁相接觸，所述N+發(fā)射區(qū)10、P型體區(qū)9均與半導(dǎo)體基板第一主面上的發(fā)射極金屬13歐姆接觸，發(fā)射極金屬13通過絕緣介質(zhì)4與元胞溝槽5內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶娃8絕緣隔離。
[0042]本實用新型實施例中，絕緣柵氧化層7可以通過熱氧化等工藝生長覆蓋在元胞溝槽5的側(cè)壁及底壁，柵極導(dǎo)電多晶硅8填充在元胞溝槽5內(nèi)，柵極導(dǎo)電多晶硅8通過絕緣柵氧化層7與元胞溝槽5的側(cè)壁及底壁絕緣隔離，絕緣介質(zhì)層4覆蓋元胞溝槽5的槽口，絕緣介質(zhì)層4的寬度大于元胞溝槽5的槽口寬度，從而元胞溝槽5內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶硅8通過絕緣介質(zhì)層4能與發(fā)射極金屬13絕緣隔離。N+發(fā)射區(qū)10存在相鄰元胞溝槽5之間外側(cè)壁上方的區(qū)域，N+10發(fā)射區(qū)10位于P型體區(qū)9內(nèi)。
[0043]所述P型體區(qū)9內(nèi)還設(shè)有P+連接區(qū)11，P+連接區(qū)11與發(fā)射極金屬13歐姆接觸，P型體區(qū)9通過P+連接區(qū)11與發(fā)射極金屬13電連接;柵極導(dǎo)電多晶硅8與半導(dǎo)體基板第一主面上方的柵極金屬12電連接。
[0044]本實用新型實施例中，為了能夠降低接觸電阻，在P型體區(qū)9內(nèi)還設(shè)有P+連接區(qū)11，P+連接區(qū)11與發(fā)射極金屬13歐姆接觸，P型體區(qū)9通過P+連接區(qū)11與發(fā)射極金屬13電連接。P+連接區(qū)11的摻雜濃度大于P型體區(qū)9的摻雜濃度。柵極導(dǎo)電多晶硅8與柵極金屬12電連接，有源區(qū)18內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶硅8通過多晶硅連接體20連接后與柵極金屬12電連接，以將柵極導(dǎo)電多晶硅8并聯(lián)呈一體。
[0045]在所述IGBT器件的截面上，終端保護(hù)區(qū)19包括P型保護(hù)環(huán)2、N+截止環(huán)22以及用于形成主結(jié)的P型結(jié)區(qū)21，所述P型結(jié)區(qū)21與有源區(qū)18內(nèi)鄰近終端保護(hù)區(qū)19的元胞溝槽5接觸，P型保護(hù)環(huán)2位于P型結(jié)區(qū)21與N+截止環(huán)22間，N+截止環(huán)22位于終端保護(hù)區(qū)19的外圈，N+截止環(huán)22與半導(dǎo)體基板第一主面上的截止環(huán)金屬14歐姆接觸。
[0046]本實用新型實施例中，終端保護(hù)區(qū)19可以設(shè)置一個或多個P型保護(hù)環(huán)2，P型保護(hù)環(huán)2環(huán)繞有源區(qū)18，為了能夠?qū)崿F(xiàn)過渡，在終端保護(hù)區(qū)19內(nèi)設(shè)置P型結(jié)區(qū)21，P型結(jié)區(qū)21通過與下方的N型漂移區(qū)I形成主結(jié)，P型結(jié)區(qū)21與鄰近終端保護(hù)區(qū)19的元胞溝槽5的外側(cè)壁相接觸。N+截止環(huán)22位于終端保護(hù)區(qū)19外圈的邊緣，N+截止環(huán)22環(huán)繞P型保護(hù)環(huán)2，N+截止環(huán)22與截止環(huán)金屬14歐姆接觸。
[0047]所述P型結(jié)區(qū)21與P型保護(hù)環(huán)2為同一工藝制造層，在終端保護(hù)區(qū)19的第一主面上還設(shè)有阻擋介質(zhì)層3，所述阻擋介質(zhì)層3上還覆蓋有絕緣介質(zhì)層4，截止環(huán)金屬14支撐在與絕緣介質(zhì)層4上。
[0048]本實用新型實施例中，阻擋介質(zhì)層3可以為二氧化硅層，阻擋介質(zhì)層3只覆蓋在終端保護(hù)區(qū)19的第一主面上，絕緣介質(zhì)層4除了覆蓋元胞溝槽5的槽口外，還覆蓋在阻擋介質(zhì)層3上。截止環(huán)金屬14部分支撐在絕緣介質(zhì)層4上。
[0049]所述N型漂移區(qū)I內(nèi)還設(shè)有P型集電區(qū)16，所述P型集電區(qū)16與半導(dǎo)體基板第二主面上的集電極金屬17歐姆接觸。
[0050]在所述N型漂移區(qū)I內(nèi)還設(shè)有N型電場截止層15，所述N型電場截止層15鄰接N型漂移區(qū)I及P型集電區(qū)16，N型電場截止層15的摻雜濃度大于N型漂移區(qū)I的摻雜濃度。
[0051 ]本實用新型實施例中，通過P型集電區(qū)16以及集電極金屬17能夠形成IGBT器件的集電極，在具體實施時，P型集電區(qū)16可以為連續(xù)的，也可以為非連續(xù)的，P型集電區(qū)16不連續(xù)時，N型漂移區(qū)I部分與集電極金屬17歐姆接觸。P型集電區(qū)16連續(xù)時，P型集電區(qū)16橫穿N型漂移區(qū)UP型集電區(qū)16還可以通過N型電場截止層15與N型漂移區(qū)I連接。
[0052]如圖2?圖9所示，上述具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，可以通過下述具體工藝步驟制備得到，具體地，所述IGBT器件制造方法包括如下步驟:
[0053]步驟a、提供具有兩個具有相對主面的半導(dǎo)體基板，所述兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面，在第一主面與第二主面間包括N型漂移區(qū)I;
[0054]具體地，所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅，當(dāng)然，也可以采用其他常用的半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體基板的正面形成第一主面，半導(dǎo)體基板的背面形成第二主面，如圖2所示。
[0055]步驟b、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上，進(jìn)行P型雜質(zhì)離子的注入，以在半導(dǎo)體基板的終端保護(hù)區(qū)19內(nèi)形成所需的P型結(jié)區(qū)21以及P型保護(hù)環(huán)2;
[0056]具體地，所述注入的P型雜質(zhì)離子可以為硼離子等，在進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入時，可以在有源區(qū)18的第一主面上涂覆光刻膠等進(jìn)行遮擋，使得P型雜質(zhì)離子僅注入終端保護(hù)區(qū)19內(nèi)，且在終端保護(hù)區(qū)19內(nèi)形成P型結(jié)區(qū)21以及若干P型保護(hù)環(huán)2，P型保護(hù)環(huán)2的數(shù)量以及P型結(jié)區(qū)21、P型保護(hù)環(huán)21在N型漂移區(qū)I內(nèi)的深度均可以通過工藝進(jìn)行選擇控制，具體工藝過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所述熟知，此處不再贅述。
[0057]步驟C、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上設(shè)置阻擋介質(zhì)層3，并去除有源區(qū)18第一主面上的阻擋介質(zhì)層3，以得到終端保護(hù)區(qū)19第一主面上的阻擋介質(zhì)層3;
[0058]本實用新型實施例中，在制備得到P型結(jié)區(qū)21以及P型保護(hù)環(huán)2后，通過熱氧化等工藝，在第一主面上生長得到阻擋介質(zhì)層3，阻擋介質(zhì)層3可以為二氧化硅層。去除有源區(qū)18第一主面上的阻擋介質(zhì)層3，僅保留位于終端保護(hù)區(qū)19第一主面上的阻擋介質(zhì)層3，從而利用阻擋介質(zhì)層3能夠?qū)K端保護(hù)區(qū)19進(jìn)行遮擋，便于進(jìn)行后續(xù)的工藝步驟執(zhí)行，具體設(shè)置阻擋介質(zhì)層3以及部分去除阻擋介質(zhì)層3的過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0059]步驟d、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上設(shè)置硬掩膜層24，所述硬掩膜層24覆蓋在有源區(qū)18的第一主面以及終端保護(hù)區(qū)19的阻擋介質(zhì)層3上；
[0060]本實用新型實施例中，采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的工藝步驟制備得到硬掩膜層24，所述硬掩膜層覆蓋在有源區(qū)18的第一主面以及終端保護(hù)區(qū)19上的阻擋介質(zhì)層3上，如圖3所不O
[0061 ] 步驟e、選擇性地掩蔽和刻蝕上述硬掩膜層24，以得到貫通硬掩膜層24的硬掩膜窗P 23；
[0062]本實用新型實施例中，采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的工藝步驟對硬掩膜層24進(jìn)行刻蝕，以得到硬掩膜窗口 23，所述硬掩膜窗口 23位于有源區(qū)18第一主面的上方，通過硬掩膜窗口23使得有源區(qū)18相對應(yīng)的第一主面裸露，如圖4所示。
[0063]步驟f、利用上述硬掩膜窗口23對有源區(qū)18的第一主面進(jìn)行刻蝕，以在有源區(qū)18內(nèi)得到所需的元胞溝槽5，所述元胞溝槽5從有源區(qū)18的第一主面垂直向下延伸進(jìn)入N型漂移區(qū)I內(nèi)；
[0064]本實用新型實施例中，通過硬掩膜窗口23使得有源區(qū)18相對應(yīng)第一主面裸露后，利用對半導(dǎo)體基板的第一主面進(jìn)行溝槽刻蝕，具體刻蝕過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。元胞溝槽5的深度小于N型漂移區(qū)I的厚度，元胞溝槽5的槽口位于第一主面上，從而在有源區(qū)18內(nèi)得到若干元胞溝槽5，如圖5所示。
[0065]步驟g、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上注入N型雜質(zhì)離子，并在推阱后形成所需的N+載流子存儲區(qū)6，且在形成N+載流子存儲區(qū)6后，去除上述的硬掩膜層24;
[0066]本實用新型實施例中，由于硬掩膜層24的掩蔽作用，在進(jìn)行N型雜質(zhì)離子注入時，使得N型雜質(zhì)離子僅僅會注入在元胞溝槽5槽底下方的區(qū)域周圍，N型雜質(zhì)離子可以為磷離子等，在注入N型雜質(zhì)離子后，通過推阱等工藝步驟，能形成N+載流子存儲區(qū)6，所述N+載流子存儲區(qū)6包圍元胞溝槽5相應(yīng)的區(qū)域部分，如圖6所示。在得到N+載流子存儲區(qū)6后，通過常規(guī)工藝步驟去除硬掩膜層24，通過N型雜質(zhì)離子注入形成N+載流子存儲區(qū)6的過程以及去除硬掩膜層24的過程均為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。在具體實施時，包圍元胞溝槽5下部區(qū)域的N+載流子存儲區(qū)6間可以相互連接，也可以相互獨立存在，具體可以由相應(yīng)的工藝控制實現(xiàn)，具體工藝過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0067]步驟h、利用常規(guī)溝槽柵工藝，依次在元胞溝槽5的側(cè)壁及底壁生長絕緣柵氧化層7，并在生長有絕緣柵氧化層7的元胞溝槽5內(nèi)填充柵極導(dǎo)電多晶硅8，且在相鄰的元胞溝槽5間設(shè)置P型體區(qū)9，所述P型體區(qū)9在N型漂移區(qū)I內(nèi)位于N+載流子存儲區(qū)6的上方；
[0068]本實用新型實施例中，絕緣柵氧化層7可以通過熱氧化等工藝步驟制備得到，柵極導(dǎo)電多晶硅8淀積填充在元胞溝槽5內(nèi)；P型體區(qū)9通過注入P型雜質(zhì)離子得到，具體制備絕緣柵氧化層7、柵極導(dǎo)電多晶硅8以及P型體區(qū)9的過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。在具體實施時，在填充柵極導(dǎo)電多晶硅8時，還制備得到用于將元胞溝槽5內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶硅8引出的多晶硅連接體20，所述多晶硅連接體8支撐在阻擋介質(zhì)層3上，多晶硅連接體20也可以為導(dǎo)電多晶硅，通過多晶硅連接體20用于將有源區(qū)18內(nèi)所有元胞溝槽5內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶硅8引出，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述，如圖7所示。
[0069]步驟1、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上選擇性地注入N型雜質(zhì)離子，以在有源區(qū)18內(nèi)得到N+發(fā)射區(qū)10，并在終端保護(hù)區(qū)19內(nèi)得到N+截止環(huán)22，所述N+發(fā)射區(qū)10位于P型體區(qū)9內(nèi)；
[0070]本實用新型實施例中，在去除硬掩膜層24時，需要將阻擋介質(zhì)層3邊緣的部分同時去除，以在進(jìn)行N型雜質(zhì)離子注入時，能夠同時得到N+發(fā)射區(qū)10以及N+截止環(huán)22，所述N+發(fā)射區(qū)10、N+截止環(huán)22相對應(yīng)的摻雜濃度均大于N型漂移區(qū)I的摻雜濃度。N+發(fā)射區(qū)10位于相鄰元胞溝槽5外壁的側(cè)上方，N+發(fā)射區(qū)10與元胞溝槽5的外壁相接觸，制備得到N+發(fā)射區(qū)10以及N+截止環(huán)22的工藝過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0071]步驟j、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上淀積絕緣介質(zhì)層4，所述絕緣介質(zhì)層4覆蓋在有源區(qū)18的第一主面以及終端保護(hù)區(qū)19的阻擋介質(zhì)層3上，并對所述絕緣介質(zhì)層4進(jìn)行選擇性地掩蔽和刻蝕，以得到貫通所述絕緣介質(zhì)層4的接觸孔；
[0072]本實用新型實施例中，絕緣介質(zhì)層4可以為二氧化硅層等，淀積絕緣介質(zhì)層4時，絕緣介質(zhì)層4會覆蓋有源區(qū)18的第一主面以及終端保護(hù)區(qū)19上方的阻擋介質(zhì)層3，絕緣介質(zhì)層4也會同時覆蓋多晶硅連接體20。對絕緣介質(zhì)層4進(jìn)行選擇性地掩蔽和刻蝕，能夠得到接觸孔，所述接觸孔包括位于元胞溝槽5兩側(cè)的發(fā)射極金屬接觸孔、位于多晶硅連接體20上方的連接體接觸孔以及N+截止環(huán)22上方的截止環(huán)金屬接觸孔。
[0073]步驟1、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上淀積金屬層，并對所述金屬層進(jìn)行選擇性地掩蔽和時刻后，得到發(fā)射極金屬13、柵極金屬12以及截止環(huán)金屬14，所述發(fā)射極金屬13與N+發(fā)射區(qū)10、P型體區(qū)9歐姆接觸，柵極金屬12與柵極導(dǎo)電多晶硅8電連接，截止環(huán)金屬14與N+截止環(huán)22歐姆接觸；
[0074]本實用新型實施例中，淀積金屬層時，所述金屬層會填充在上述的接觸孔內(nèi)，發(fā)射極金屬13填充在發(fā)射極金屬接觸孔內(nèi)時，能和N+發(fā)射區(qū)10、P型體區(qū)9歐姆接觸，柵極金屬12填充在連接體接觸孔內(nèi)后，能和多晶娃連接體20電連接，截止環(huán)金屬14填充在截止環(huán)金屬接觸孔內(nèi)時，截止環(huán)金屬14能和N+截止環(huán)22歐姆接觸，發(fā)射極金屬13、柵極金屬12以及截止環(huán)金屬14間互不接觸，如圖8所示。此外，在P型體區(qū)9內(nèi)還可以設(shè)置P+連接區(qū)11，通過P+連接區(qū)11與發(fā)射極金屬13的歐姆接觸，能夠降低P型體區(qū)9與發(fā)射極金屬13間的接觸電阻。
[0075]步驟m、在上述半導(dǎo)體基板的第二主面制作所需的N型電場截止層15以及P型集電區(qū)16，N型電場截止層15鄰接N型漂移區(qū)I以及P型集電區(qū)16;
[0076]本實用新型實施例中，通過在半導(dǎo)體基板的第二主面進(jìn)行離子注入等制備得到N型電場截止層15以及P型集電區(qū)16，具體制備過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。此外，在制備N型電場截止層15以及P型集電區(qū)16前，還可以根據(jù)需要對半導(dǎo)體基板進(jìn)行減薄等工藝處理，具體工藝可以根據(jù)需要進(jìn)行確定，此處不再贅述。
[0077]步驟n、在上述P型集電區(qū)16上設(shè)置集電極金屬17，所述集電極金屬17與P型集電區(qū)16歐姆接觸。
[0078]本實用新型實施例中，集電極金屬17與P型集電區(qū)16歐姆接觸，從而能夠形成IGBT器件的集電極，如圖9所示。
[0079]如圖1和圖9所示，當(dāng)所述IGBT在集電極金屬17上加正偏電壓，發(fā)射極金屬13以及柵極金屬12接地時，隨著集電極金屬17上正偏電壓的增加，耗盡層展寬，直至達(dá)到雪崩擊穿，根據(jù)設(shè)計的不同最大碰撞電離率集中點，即雪崩擊穿點的位置不同，可能存在于終端保護(hù)區(qū)19的P型保護(hù)環(huán)2附近或者有源區(qū)19內(nèi)，為了能夠承受更高的雪崩能量，需將擊穿位置設(shè)置在有源區(qū)19上，以最大效率均流;本實用新型實施例中，通過調(diào)整N+載流子存儲層6的濃度和深度將擊穿位置轉(zhuǎn)移至有源區(qū)18內(nèi)，以能夠均流，實現(xiàn)最大的雪崩擊穿能量；
[0080]當(dāng)在集電極金屬17上加正偏電壓，發(fā)射極金屬13接地，柵極金屬12接15V正偏壓時，IGBT器件正向?qū)?，由于N+載流子存儲區(qū)6的存在，部分少子空穴集聚在N+載流子存儲區(qū)6的底部，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)增強，導(dǎo)通壓降Vceon降低；與現(xiàn)有IGBT器件相比，本實用新型能使得電流密度提升，導(dǎo)通壓降(Vceon)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有IGBT的導(dǎo)通壓降；由于N+載流子存儲區(qū)6僅改變正面載流子分布，因此關(guān)斷損耗Eoff基本不受導(dǎo)通壓降(Vceon)降低的影響。
【主權(quán)項】
1.一種具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，在所述IGBT器件的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板上的有源區(qū)以及終端保護(hù)區(qū)，所述有源區(qū)位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)，終端保護(hù)區(qū)位于有源區(qū)的外圈并環(huán)繞包圍所述有源區(qū)；在所述IGBT器件的截面上，半導(dǎo)體基板具有兩個相對的主面，所述主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面，半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)； 在所述IGBT器件的截面上，有源區(qū)采用溝槽結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型體區(qū)，第二導(dǎo)電類型體區(qū)位于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)的上部，元胞溝槽位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)，深度伸入第二導(dǎo)電類型體區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)；其特征是: 在有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有載流子存儲結(jié)構(gòu)，所述載流子存儲結(jié)構(gòu)包括用于將元胞溝槽伸入第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)外壁全包圍的第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)，第一導(dǎo)電類型載流子存儲區(qū)的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的摻雜濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其特征是:在所述元胞溝槽的側(cè)壁及底壁生長有絕緣柵氧化層，在生長有絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有柵極導(dǎo)電多晶硅，元胞溝槽的槽口由絕緣介質(zhì)層覆蓋;在相鄰元胞溝槽外側(cè)壁上方設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)，第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)與元胞溝槽的外側(cè)壁相接觸，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)、第二導(dǎo)電類型體區(qū)均與半導(dǎo)體基板第一主面上的發(fā)射極金屬歐姆接觸，發(fā)射極金屬通過絕緣介質(zhì)層與元胞溝槽內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶娃絕緣隔離。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其特征是:所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)內(nèi)還設(shè)有第二導(dǎo)電類型連接區(qū)，第二導(dǎo)電類型連接區(qū)與發(fā)射極金屬歐姆接觸，第二導(dǎo)電類型體區(qū)通過第二導(dǎo)電類型連接區(qū)與發(fā)射極金屬電連接;柵極導(dǎo)電多晶硅與半導(dǎo)體基板第一主面上方的柵極金屬電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其特征是:在所述IGBT器件的截面上，終端保護(hù)區(qū)包括第二導(dǎo)電類型保護(hù)環(huán)、第一導(dǎo)電類型截止環(huán)以及用于形成主結(jié)的第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)與有源區(qū)內(nèi)鄰近終端保護(hù)區(qū)的元胞溝槽接觸，第二導(dǎo)電類型保護(hù)環(huán)位于第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)與第一導(dǎo)電類型截止環(huán)間，第一導(dǎo)電類型截止環(huán)位于終端保護(hù)區(qū)的外圈，第一導(dǎo)電類型截止環(huán)與半導(dǎo)體基板第一主面上的截止環(huán)金屬歐姆接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其特征是:所述第二導(dǎo)電類型結(jié)區(qū)與第二導(dǎo)電類型保護(hù)環(huán)為同一工藝制造層，在終端保護(hù)區(qū)的第一主面上還設(shè)有阻擋介質(zhì)層，所述阻擋介質(zhì)層上還覆蓋有絕緣介質(zhì)層，截止環(huán)金屬支撐在與絕緣介質(zhì)層上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其特征是:所述第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)還設(shè)有第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)與半導(dǎo)體基板第二主面上的集電極金屬歐姆接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有載流子存儲結(jié)構(gòu)的IGBT器件，其特征是:在所述第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)內(nèi)還設(shè)有第一導(dǎo)電類型電場截止層，所述第一導(dǎo)電類型電場截止層鄰接第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)及第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，第一導(dǎo)電類型電場截止層的摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)的摻雜濃度。
【文檔編號】H01L29/423GK205488135SQ201620229014
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】朱袁正, 張碩
【申請人】無錫新潔能股份有限公司