溝槽型IGBT器件及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種溝槽型IGBT器件及其制造方法，其特征在于：在有源區半導體基板第一主面的第一導電類型漂移區內，設置交替的第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區，第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區被溝槽型柵電極隔離并與絕緣介質層接觸；第二導電類型體區深度比溝槽型柵電極小，第二導電類型緩沖區深度比溝槽型柵電極大、并包圍溝槽型柵電極底部；第二導電類型緩沖區與第二導電類型體區不接觸；第二導電類型體區內設置有第一導電類型發射區，第二導電類型體區和第一導電類型發射區均與發射極金屬歐姆接觸；第二導電類型緩沖區與發射級金屬間被絕緣介質層隔離、且與發射極金屬無電性連通。本發明專利技術器件有效提高了器件性能，不增加制造成本。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及一種溝槽型IGBT器件及其制造方法，其特征在于：在有源區半導體基板第一主面的第一導電類型漂移區內，設置交替的第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區，第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區被溝槽型柵電極隔離并與絕緣介質層接觸；第二導電類型體區深度比溝槽型柵電極小，第二導電類型緩沖區深度比溝槽型柵電極大、并包圍溝槽型柵電極底部；第二導電類型緩沖區與第二導電類型體區不接觸；第二導電類型體區內設置有第一導電類型發射區，第二導電類型體區和第一導電類型發射區均與發射極金屬歐姆接觸；第二導電類型緩沖區與發射級金屬間被絕緣介質層隔離、且與發射極金屬無電性連通。本專利技術器件有效提高了器件性能，不增加制造成本?！緦＠f明】溝槽型IGBT器件及其制造方法
本專利技術涉及一種溝槽型IGBT器件及其制造方法，屬于半導體器件的
。
技術介紹
絕緣柵雙極型晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)于二十世紀八十年代被提出和迅速推廣，現已廣泛應用于中高壓大電流領域，并同MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)將功率電子技術推向了高頻時代。對比其它種類的功率半導體，如雙極型晶體管、M0SFET，絕緣柵雙極型晶體管作為一種電壓控制器件，能夠以更低的功率損耗處理更高的功率，并且能夠工作于高頻的電路當中，是IGBT最為突出的特點和優勢。IGBT目前已經廣泛應用電力電子領域。IGBT的飽和壓降(Vcesat)和抗沖擊能力及耐壓特性是衡量IGBT器件的幾個重要指標。飽和壓降是衡量IGBT產品導通損耗的重要參數，降低IGBT飽和壓降可以有效降低IGBT功率損耗，減小產品發熱，提高功率轉換效率。耐壓特性是產品的最重要參數之一，耐壓不足可能導致IGBT器件使用時出現擊穿燒毀的風險。IGBT產品抗沖擊能力的主要體現之一就是產品抗短路能力，是體現產品可靠性的重要參數指標。為了提高IGBT產品性能，多種優化IGBT結構和工藝的方法被提出，其中有代表性的如中國專利CN 202473930 U中所提及的改進結構。該專利提出通過設置不與發射極金屬直接接觸的第二導電類型第二區域，該區域為近似浮置狀態，當IGBT正向導通工作時，由IGBT半導體基板背面的第二導電類型注入區注入進第一導電類型漂移區少數載流子會在漂移層上部形成積累層，可以有效的增強電導調制效應，降低Vcesat。此外，由于該溝道密度降低，并且第二導電類型體區面積減少，可以降低短路電流，提高產品抗短路能力。但該專利也存在明顯的缺陷。首先，由于第二導電類型第二區域不與發射極金屬接觸，或是在極遠端與發射極金屬接觸，會造成第二導電類型第二區域與第二導電類型體區在器件截至耐壓時，電位不一致，因此第二導電類型第二區域耗盡速度會明顯偏與第二導電類型體區，當第二區域寬度接近或大于體區寬度時，耗盡層會出去明顯彎曲，產品耐壓會顯著降低；其次，由于第二區域與體區電位不一致，在器件耐壓時，易在溝槽柵底部器件發生擊穿。鑒于現有技術中的缺陷，一種能有效的提高IGBT性能，并且與現有IGBT工藝兼容，不增加產品技術難度和工藝成本的IGBT器件和制造工藝是極其必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種溝槽型IGBT器件及其制造方法，該IGBT器件可以有效的降低飽和壓降，提高產品耐壓，降低短路電流，并且工藝簡單，與現有IGBT制造技術兼容，不增加生產成本。按照本專利技術提供的技術方案，所述溝槽型IGBT器件，在所述IGBT器件的俯視平面上，包括位于半導體基板上的有源區和終端保護區，有源區位于半導體基板的中心區域，終端保護區環繞包圍有源區；在所述IGBT器件的截面上，所述半導體基板具有相對的第一主面和第二主面，第一主面和第二主面之間包括第一導電類型漂移層，在半導體基板的第二主面設置第二導電類型集電區，第二導電類型集電區與集電極金屬歐姆接觸；在所述終端保護區，第一導電類型漂移層中設置第二導電類型主結、第二導電類型分壓環和第一導電類型截止區，在第一主面上設置絕緣介質層、柵極引出金屬和截止區金屬場板；其特征是:在所述有源區，第一導電類型漂移層內設置交替分布的第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區，第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區被溝槽型柵電極隔離；所述溝槽型柵電極包括溝槽、設置于溝槽內壁表面的柵氧化層和填充于溝槽內腔的多晶硅柵電極；所述第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區分別與柵氧化層接觸；所述第二導電類型體區的深度小于溝槽的深度，第二導電類型緩沖區的深度大于溝槽的深度、并且第二導電類型緩沖區包圍溝槽的底部；在所述第二導電類型體區上部設置第一導電類型發射區，第一導電類型發射區位于溝槽側部；在所述第一主面上設置絕緣介質層和發射極金屬，發射極金屬分別與第二導電類型體區和第一導電類型發射區歐姆接觸，第二導電類型緩沖區和發射極金屬之間由絕緣介質層相隔離。進一步的，在所述終端保護區，所述第二導電類型主結、第二導電類型分壓環和第一導電類型截止區位于第一導電類型漂移層的上部，絕緣介質層和截止區金屬場板設置于第一主面，絕緣介質層中設置多晶硅場板，絕緣介質層上表面設置柵極引出金屬，柵極引出金屬與多晶硅場板接觸，截止區金屬場板與第一導電類型截止區接觸。進一步的，所述第二導電類型體區與第二導電類型緩沖區不接觸。進一步的，所述第二導電類型集電區為連續的或不連續的；當第二導電類型集電區不連續時，第一導電類型漂移層與集電極金屬歐姆接觸。進一步的，在所述第一導電類型漂移層底部設置第一導電類型緩沖層，第二導電類型集電區與第一導電類型型緩沖層同時與集電極金屬形成歐姆接觸。所述溝槽型IGBT器件的制造方法，其特征是，采用以下工藝步驟: a、提供具有第一主面和第二主面的半導體基板，第一主面和第二主面間之間為第一導電類型漂移層； b、在半導體基板的第一主面選擇性注入第二導電類型離子，分別對應于第二導電類型緩沖區、第二導電類型主結和第二導電類型分壓環； C、在半導體基板的第一主面形成絕緣介質層，并選擇性的刻蝕絕緣介質層，作為終端保護區場板； d、在上述半導體基板的第一主面上淀積硬掩膜層，選擇性的掩蔽和刻蝕硬掩膜層，形成多個溝槽刻蝕的硬掩膜開口，通過硬掩膜開口在第一導電類型漂移層的上部形成多個溝槽，并去除硬掩膜； e、在半導體基本第一主面和溝槽的內壁形成柵氧化層，并淀積導電多晶硅填充溝槽內腔，選擇性的進行多晶硅刻蝕，在第一主面上形成多晶硅場板； f、進行高溫推結，分別形成第二導電類型緩沖區、第二導電類型主結和第二導電類型分壓環； g、選擇性的注入第二導電類型離子、并推結，在溝槽之間形成第二導電類型體區； h、在上述半導體基板的第一主面上，制作第一導電類型發射區、第一導電類型截止區、絕緣介質層、發射級金屬、柵極引出金屬和截止區金屬場板； 1、在上述半導體基板的第二主面上，制作第二導電類型集電區和集電極金屬，得到所述溝槽型IGBT器件。進一步的，所述半導體基板的材料包括硅。本專利技術的優勢在于:(I)、第二導電類型緩沖層與第二導電類型體區和發射極金屬均無電性連通，即第二導電類型緩沖區完全浮置；在第一導電類型漂移層內形成少數載流子積累，電導調制效果增強，可以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種溝槽型IGBT器件，在所述IGBT器件的俯視平面上，包括位于半導體基板上的有源區（1）和終端保護區（2），有源區（1）位于半導體基板的中心區域，終端保護區（2）環繞包圍有源區（1）；在所述IGBT器件的截面上，所述半導體基板具有相對的第一主面和第二主面，第一主面和第二主面之間包括第一導電類型漂移層，在半導體基板的第二主面設置第二導電類型集電區，第二導電類型集電區與集電極金屬（10）歐姆接觸；在所述終端保護區（2），第一導電類型漂移層中設置第二導電類型主結、第二導電類型分壓環和第一導電類型截止區，在第一主面上設置絕緣介質層（18）、柵極引出金屬（24）和截止區金屬場板（26）；其特征是：在所述有源區（1），第一導電類型漂移層內設置交替分布的第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區，第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區被溝槽型柵電極隔離；所述溝槽型柵電極包括溝槽、設置于溝槽內壁表面的柵氧化層（14）和填充于溝槽內腔的多晶硅柵電極（15）；所述第二導電類型體區和第二導電類型緩沖區分別與柵氧化層（14）接觸；所述第二導電類型體區的深度小于溝槽的深度，第二導電類型緩沖區的深度大于溝槽的深度、并且第二導電類型緩沖區包圍溝槽的底部；在所述第二導電類型體區上部設置第一導電類型發射區，第一導電類型發射區位于溝槽側部；在所述第一主面上設置絕緣介質層（18）和發射極金屬（19），發射極金屬（19）分別與第二導電類型體區和第一導電類型發射區歐姆接觸，第二導電類型緩沖區和發射極金屬（19）之間由絕緣介質層（18）相隔離。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱袁正，李宗清，
申請(專利權)人：無錫新潔能股份有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32