一种具有改善安全工作区的IGBT器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有改善安全工作区的IGBT器件及其制造方法，在所述IGBT器件有源区设有多晶侧壁保护结构和浅P+结构；所述多晶侧壁保护结构位于多晶硅栅极两侧；所述浅P+结构位于N+区和P-基区之间；在N+区预留空穴通路，形成空穴旁路结构。本发明专利技术引入spacer工艺，引入浅P+掺杂工艺；该发明专利技术无需增加光刻，可改善N+区下方掺杂分布，改善了空穴流分布，改善了电场分布，减少了寄生晶闸管栓锁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件及其制造方法，具体讲涉及一种具有改善安全工作区的IGBT器件及其制造方法。
技术介绍
IGBT(绝缘栅双极晶体管)同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，饱和电压低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。IGBT为三端器件，包括正面发射极，栅极及背面集电极。IGBT芯片有源区剖面图详见图1，包括正面的发射极6，栅极1和背面的集电极7。表面为MOSFET结构，背面为寄生PNP管结构。其中：1为多晶硅栅极，2为栅极氧化层，3为P-基区，4为N+发射极，5为P+集电极，6为发射极金属，7为集电极金属。IGBT设计需综合考虑导通损耗，关断损耗和安全工作区。为改善IGBT的安全工作区(SOA)，针对器件关断器件的栓锁电流(latch-up current)，通常引入深得、高掺杂的P+基区。高掺杂P+基区的深度大于IGBT的沟道区的深度，在IGBT关断器件深P+基区执行下列任务：第一，其在关断器件有效地收集空穴，最小化了IGBT沟道区的空穴数量，防止了早期寄生晶闸管栓锁。第二，高掺杂P+基区横向延伸，降低了N+区下方的电子，降低了N+区的电子注入，减少了寄生晶闸管栓锁。高掺杂P+基区通常需增加一块光刻版，增加了制造成本。且P+与N+区光刻需精确对准，增大了工艺难度。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种具有改善安全工作区的IGBT器件及其制造方法，本专利技术引入spacer工艺，引入浅P+掺杂工艺；该专利技术无需增加光刻，可改善N+区下方掺杂分布，改善了空穴流分布，改善了电场分布，减少了寄生晶闸管栓锁。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是
用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种具有改善安全工作区的IGBT器件，所述IGBT器件包括有源区，所述有源区包括N-衬底区、设置在N-衬底区表面的栅极氧化层、沉积在栅极氧化层上的多晶硅栅极、设置在栅极氧化层与N-衬底区之间的P-基区、位于P-基区与栅极氧化层之间的N+区、位于N-衬底区下方P+集电极、位于栅极氧化层上方的发射极金属以及P+集电极下方的集电极金属；其改进之处在于，在所述有源区设有多晶侧壁保护结构和浅P+结构；所述多晶侧壁保护结构位于多晶硅栅极两侧；所述浅P+结构位于N+区和P-基区之间；在N+区预留空穴通路，形成空穴旁路结构。进一步地，所述浅P+结构的掺杂浓度为1×1014cm-2～1×1016cm-2，掺杂元素为P型掺杂元素，深度为0.5-1.0um；所述多晶侧壁保护结构的宽度为0.3-0.6um。进一步地，所述IGBT器件包括终端区；所述终端区位于IGBT器件的边缘区域，集成IGBT器件的耐压参数(包括发射极-集电极击穿电压和集电极-发射极饱和电压)，所述终端区包括终端基本单元；所述终端基本单元包括场板、场限环、结终端延伸保护模块、横向变掺杂模块和阻性场板，所述终端基本单元用于减少有源区边缘PN结的曲率，耗尽层横向延伸，增强水平方向的耐压能力。进一步地，所述IGBT器件包括栅极区；所述栅极区集成IGBT芯片的开关特性(开通特性和关断特性)，位于有源区一角，包括栅焊盘区和栅汇流条区；栅内阻串联在所述栅焊盘区和栅汇流条区之间。本专利技术还提供一种具有改善安全工作区的IGBT器件的制造方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：A、制造多晶侧壁保护结构和浅P+结构；B、制造IGBT器件的有源区、终端区和栅极区。进一步地，所述步骤A包括下述步骤：a、双扩散工艺：以多晶硅栅极为注入窗口进行P-基区注入、P-基区推结和N+区注入；b、多晶侧壁保护膜质淀积：采用二氧化硅SiO2、氮化硅SiN或其他绝缘隔离材料进行多晶侧壁保护膜质淀积；c、多晶侧壁保护膜质刻蚀，在多晶硅栅极两侧形成宽度0.3-0.6um的残留形貌，即多晶侧壁保护结构；d、制造浅P+结构：包括浅P+掺杂和浅P+推结；浅P+结构的掺杂浓度为1×1014cm-2～1
×1016cm-2，掺杂元素为硼元素，深度为0.5-1.0um。进一步地，所述步骤B包括下述步骤：B1，制造IGBT器件的终端区耐压环掩膜版；B2，制造IGBT器件的有源区掩模版；B3，制造IGBT器件的多晶掩模版；B4，制造IGBT器件的孔掩模版；B5，制造IGBT器件的金属掩模版；B6，制造IGBT器件的钝化掩模版；B7，制造IGBT器件的背面工艺。进一步地，所述步骤B7包括：背面减薄，背面P+注入，背面退火和背面金属。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是：(一)引入浅P+结构，改善了空穴流分布，改善了电场分布，减少了寄生晶闸管栓锁；(二)引入空穴旁路结构，优化了空穴流分布，减少了寄生晶闸管栓锁；(三)工艺步骤简单，成本低；(四)与传统IGBT制造工艺兼容，工艺易实现，可行性强；(五)与新型IGBT结构和设计理念兼容，易移植，可塑性强。为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是现有技术IGBT器件剖面图；图2是本专利技术提供的浅P+结构IGBT器件剖面图；图3是本专利技术提供的IGBT器件浅P+结构制造方法流程图；图4是本专利技术提供的IGBT器件有源区引入空穴旁路的俯视图一；图5是本专利技术提供的IGBT器件有源区引入空穴旁路的俯视图二；图6是本专利技术提供的IGBT器件有源区引入空穴旁路的俯视图三；其中：1-多晶硅栅极，2-栅极氧化层，3-P-基区，4-N+区，5-P+集电极，6-发射极金属，7-集电极金属，8-spacer结构，9-浅P+结构，10-空穴旁路结构。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。本专利技术提供一种具有改善安全工作区的IGBT器件，所述IGBT器件包括有源区，所述有源区包括N-衬底区、设置在N-衬底区表面的栅极氧化层2、沉积在栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改善安全工作区的IGBT器件，所述IGBT器件包括有源区，所述有源区包括N‑衬底区、设置在N‑衬底区表面的栅极氧化层、沉积在栅极氧化层上的多晶硅栅极、设置在栅极氧化层与N‑衬底区之间的P‑基区、位于P‑基区与栅极氧化层之间的N+区、位于N‑衬底区下方P+集电极、位于栅极氧化层上方的发射极金属以及P+集电极下方的集电极金属；其特征在于，所述有源区设有多晶侧壁保护结构和浅P+结构；所述多晶侧壁保护结构位于多晶硅栅极两侧；所述浅P+结构位于N+区和P‑基区之间；在N+区预留空穴通路，形成空穴旁路结构。

【技术特征摘要】
1.一种具有改善安全工作区的IGBT器件，所述IGBT器件包括有源区，所述有源区包括N-衬底区、设置在N-衬底区表面的栅极氧化层、沉积在栅极氧化层上的多晶硅栅极、设置在栅极氧化层与N-衬底区之间的P-基区、位于P-基区与栅极氧化层之间的N+区、位于N-衬底区下方P+集电极、位于栅极氧化层上方的发射极金属以及P+集电极下方的集电极金属；其特征在于，所述有源区设有多晶侧壁保护结构和浅P+结构；所述多晶侧壁保护结构位于多晶硅栅极两侧；所述浅P+结构位于N+区和P-基区之间；在N+区预留空穴通路，形成空穴旁路结构。2.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述浅P+结构的掺杂浓度为1×1014cm-2～1×1016cm-2，掺杂元素为P型掺杂元素，深度为0.5-1.0um；所述多晶侧壁保护结构的宽度为0.3-0.6um。3.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件包括终端区；所述终端区位于IGBT器件的边缘区域，集成IGBT器件的耐压参数，所述终端区包括终端基本单元；所述终端基本单元包括场板、场限环、结终端延伸保护模块、横向变掺杂模块和阻性场板，所述终端基本单元用于减少有源区边缘PN结的曲率，耗尽层横向延伸，增强水平方向的耐压能力。4.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件包括栅极区；所述栅极区集成IGBT芯片的开关特性，位于有源区一角，包括栅焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江，赵哿，高明超，王耀华，何延强，吴迪，刘钺杨，乔庆楠，李晓平，董少华，李立，金锐，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11