具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法，其包括位于半导体基板上的有源区以及终端保护区，在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，所述有源区的有源元胞采用采用沟槽结构，所述有源元胞包括活性元胞以及非活性元胞；在活性元胞沟槽的槽底以及非活性元胞沟槽的槽底均设有第二导电类型浮置区，活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆活性元胞沟槽的槽底，非活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆非活性元胞沟槽的槽底。本发明专利技术能够在保证耐压的情况下，具有极低的导通压降和极快的关断速度，且具有较低的电流电压振荡，大大提高工作的可靠性。

Insulated gate bipolar transistor device with low turn-on voltage drop and method of manufacturing the same

The present invention relates to a gate bipolar transistor device and manufacturing method of insulated low voltage drop, including the active region in the semiconductor substrate and the terminal protection area, the section of insulated gate bipolar transistor device in the active cell, the active region by using the groove structure of the active cellular activities including cellular and non cellular activity; cellular activity in the groove bottom and non cellular activity at the groove bottom is provided with second conductive type floating region, a second conductive type floating beneath the trench the cellular activity with active cellular groove bottom of the groove, the groove bottom second conductive the type of floating below the non active cellular trench the coated non active cellular trench. The invention can have extremely low turn-on voltage drop and extremely fast turn off speed under the condition of ensuring voltage resistance, and has low current and voltage oscillation, and greatly improves the reliability of operation.

【技术实现步骤摘要】
具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法
本专利技术涉及一种绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法，尤其是一种具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法，属于半导体器件的

技术介绍
IGBT的全称是InsulateGateBipolarTransistor，即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET和GTR的多项优点，极大的扩展了功率半导体器件的应用领域。作为新型电力半导体器件的主要代表，IGBT被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。IGBT是目前最重要的功率器件之一，IGBT由于具有输入阻抗高,通态压降低，驱动电路简单，安全工作区宽，电流处理能力强等优点，在各种功率开关应用中越来越引起人们的重视。它在电机控制，中频开关电源和逆变器、机器人、空调以及要求快速低损耗的许多领域有着广泛的应用。从IGBT专利技术以来，人们一直致力于改善IGBT的性能。经过二十几年的发展，相继提出了多种IGBT器件结构，使器件性能得到了稳步的提升。通过采用dummy沟槽栅电极，业界提出了IEGT器件结构。IEGT器件dummy沟槽栅电极使得沟槽栅之间的间距增大，减小了发射极端少数载流子的抽取通道，引入了器件发射极端的载流子增强效应，增强了漂移区的载流子注入，因此，提高了N型漂移区的电导调制，改善了整个N型漂移区的载流子浓度分布，使IGBT获得了低的正向导通压降和改善的正向导通压降和关断损耗的折中。然而，对于IEGT器件结构，1)、由于dummy沟槽栅电极的采用，导致：器件栅极电容(特别是栅极-集电极电容)大，然而IGBT器件的开关过程就是对栅极电容进行冲、放电的过程，栅极电容越大冲、放电时间越长，大的栅极电容(特别是栅极-集电极电容)降低了器件的开关速度，增大了器件的开关损耗，影响了器件的正向导通压降和开关损耗的折中特性；2)、由于浮置体区的存在，导致：器件导通关断过程中体内电位的不一致，表现出较大的电压、电流震荡，带来严重的EMI问题，严重影响系统可靠性。鉴于以上现有技术中的缺陷，一种有效的提高IGBT性能的新结构及其制造方法的提出是极其必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件及其制造方法，其结构紧凑，能够在保证耐压的情况下，具有极低的导通压降和极快的关断速度，且具有较低的电流电压振荡，大大提高工作的可靠性。按照本专利技术提供的技术方案，所述具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，在所述绝缘栅双极型晶体管器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的有源区以及终端保护区，所述有源区位于半导体基板的中心区，终端保护区位于有源区的外圈，并环绕包围所述有源区；在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，半导体基板具有第一主面以及与第一主面对应的第二主面，所述第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，所述有源区元胞采用沟槽结构，所述有源区元胞包括活性元胞以及非活性元胞；活性元胞的沟槽内壁以及底壁生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的活性元胞沟槽内填充有活性元胞导电多晶硅，活性元胞沟槽的槽口由第一绝缘介质层覆盖；相邻活性元胞沟槽间设有第二导电类型体区，并在所述第二导电类型体区的底部设有第一导电类型载流子存储层；在第二导电类型体区内设有第一导电类型发射区以及第二导电类型活性欧姆接触区，第一导电类型发射区与活性元胞沟槽的外侧壁接触，第二导电类型活性欧姆接触区位于第一导电类型发射区间，并与两侧的第一导电类型发射区接触；第一导电类型发射区、第二导电类型活性欧姆接触区与第一主面上方的第一发射极金属欧姆接触；活性元胞导电多晶硅与第一主面上方的栅电极金属欧姆接触；非活性元胞的沟槽内壁以及底壁生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的非活性元胞沟槽内填充有非活性元胞导电多晶硅，在所述非活性元胞沟槽的两侧均设有第二导电类型伪体区，在所述第二导电类型伪体区内设有第二导电类型非活性欧姆接触区，所述第二导电类型非活性欧姆接触区与非活性元胞沟槽的外侧壁接触，第二导电类型非活性欧姆接触区以及非活性元胞导电多晶硅均与第一主面上的第二发射极金属欧姆接触；第二发射极金属与第一发射极金属绝缘隔离；在活性元胞沟槽的槽底以及非活性元胞沟槽的槽底均设有第二导电类型浮置区，活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆活性元胞沟槽的槽底，非活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆非活性元胞沟槽的槽底。所述第一发射极金属与第二发射极金属通过二极管连接，第一发射极金属与二极管的阳极端连接，第二发射极金属与二极管的阴极端连接。所述第一发射极金属通过外置式二极管与第二发射极金属连接，或通过设置于第一主面上的集成式二极管与第二发射极金属连接；集成式二极管位于终端保护区的第一主面上，集成式二极管包括二极管P型导电区域以及与所述二极管P型导电区域邻接的二极管N型导电区域。所述终端保护区包括过渡区、场限环结构以及截止环结构，所述过渡区邻接有源区，截止环结构位于终端保护区的外圈，场限环结构位于过渡区与截止环结构之间。在所述半导体基板的第二主面上设有第二导电类型集电区，所述第二导电类型集电区与第一导电类型漂移区间设有第一导电类型电场截止区，第二导电类型集电区与集电极金属欧姆接触。一种具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法，所述绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法包括如下步骤：a、提供具有两个相对主面的半导体基板，两个相对主面包括第一主面以及与第一主面相对应的第二主面，在第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；b、在上述半导体基板的第一主面上淀积场氧化层，所述场氧化层覆盖半导体基板的第一主面；c、选择性地掩蔽和刻蚀上述场氧化层，以形成离子注入窗口，并利用所述离子注入窗口进行第二导电类型杂质的注入，推阱后在半导体基板内形成所需的主结、场限环结构以及第二导电类型伪体区；d、去除上述半导体基板有源区上的场氧化层，并在去除所需的场氧化层后，在第一主面上淀积硬掩膜层，所述硬掩膜层覆盖在有源区的第一主面上，并覆盖在终端保护区的第一主面以及场氧化层上；e、选择性地掩蔽和刻蚀上述硬掩膜层，以得到所需的硬掩膜窗口，利用所述硬掩膜窗口对半导体基板进行刻蚀，以在半导体基板的第一导电类型漂移区内形成多个沟槽；在形成沟槽的半导体基板的第一主面上方注入第二导电类型杂质，推阱后，形成所需的第二导电类型浮置区，所述第二导电类型浮置区包覆沟槽的槽底；f、去除上述半导体基板第一主面上的硬掩膜层，并在去除硬掩膜层后，在上述沟槽的内壁及底壁生长绝缘栅氧化层，且在生长有绝缘栅氧化层的沟槽内填充导电多晶硅；g、在上述半导体基板的第一主面上涂覆第一光刻胶层，在对第一光刻胶层进行所需的刻蚀后，在第一主面上方注入第一导电类型杂质，以在半导体基板的第一导电类型漂移区内形成所需的第一导电类型载流子存储层；h、去除上述第一光刻胶层，并在半导体基板的第一主面上涂覆第二光刻胶层，在对第二光刻胶层进行所需刻蚀后，在第一主面上方注入第二导电类型杂质，以在半导体基板的第一导电类型漂移区内形成第二导电类型体区，所述第二导电类型体区位于第一导电类型载流子存储层正上方，第二导电类型体区与第一导电类型载流子存储层相接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，在所述绝缘栅双极型晶体管器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的有源区以及终端保护区，所述有源区位于半导体基板的中心区，终端保护区位于有源区的外圈，并环绕包围所述有源区；在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，半导体基板具有第一主面以及与第一主面对应的第二主面，所述第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；其特征是：在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，所述有源区的元胞采用沟槽结构，所述有源区元胞包括活性元胞以及非活性元胞；活性元胞的沟槽内壁以及底壁生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的活性元胞沟槽内填充有活性元胞导电多晶硅，活性元胞沟槽的槽口由第一绝缘介质层覆盖；相邻活性元胞沟槽间设有第二导电类型体区，并在所述第二导电类型体区的底部设有第一导电类型载流子存储层；在第二导电类型体区内设有第一导电类型发射区以及第二导电类型活性欧姆接触区，第一导电类型发射区与活性元胞沟槽的外侧壁接触，第二导电类型活性欧姆接触区位于第一导电类型发射区间，并与两侧的第一导电类型发射区接触；第一导电类型发射区、第二导电类型活性欧姆接触区与第一主面上方的第一发射极金属欧姆接触；活性元胞导电多晶硅与第一主面上方的栅电极金属欧姆接触；非活性元胞的沟槽内壁以及底壁生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的非活性元胞沟槽内填充有非活性元胞导电多晶硅，在所述非活性元胞沟槽的两侧均设有第二导电类型伪体区，在所述第二导电类型伪体区内设有第二导电类型非活性欧姆接触区，所述第二导电类型非活性欧姆接触区与非活性元胞沟槽的外侧壁接触，第二导电类型非活性欧姆接触区以及非活性元胞导电多晶硅均与第一主面上的第二发射极金属欧姆接触；第二发射极金属与第一发射极金属绝缘隔离；在活性元胞沟槽的槽底以及非活性元胞沟槽的槽底均设有第二导电类型浮置区，活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆活性元胞沟槽的槽底，非活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆非活性元胞沟槽的槽底。...

【技术特征摘要】
1.一种具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，在所述绝缘栅双极型晶体管器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的有源区以及终端保护区，所述有源区位于半导体基板的中心区，终端保护区位于有源区的外圈，并环绕包围所述有源区；在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，半导体基板具有第一主面以及与第一主面对应的第二主面，所述第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；其特征是：在所述绝缘栅双极型晶体管器件的截面上，所述有源区的元胞采用沟槽结构，所述有源区元胞包括活性元胞以及非活性元胞；活性元胞的沟槽内壁以及底壁生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的活性元胞沟槽内填充有活性元胞导电多晶硅，活性元胞沟槽的槽口由第一绝缘介质层覆盖；相邻活性元胞沟槽间设有第二导电类型体区，并在所述第二导电类型体区的底部设有第一导电类型载流子存储层；在第二导电类型体区内设有第一导电类型发射区以及第二导电类型活性欧姆接触区，第一导电类型发射区与活性元胞沟槽的外侧壁接触，第二导电类型活性欧姆接触区位于第一导电类型发射区间，并与两侧的第一导电类型发射区接触；第一导电类型发射区、第二导电类型活性欧姆接触区与第一主面上方的第一发射极金属欧姆接触；活性元胞导电多晶硅与第一主面上方的栅电极金属欧姆接触；非活性元胞的沟槽内壁以及底壁生长有绝缘栅氧化层，在所述生长有绝缘栅氧化层的非活性元胞沟槽内填充有非活性元胞导电多晶硅，在所述非活性元胞沟槽的两侧均设有第二导电类型伪体区，在所述第二导电类型伪体区内设有第二导电类型非活性欧姆接触区，所述第二导电类型非活性欧姆接触区与非活性元胞沟槽的外侧壁接触，第二导电类型非活性欧姆接触区以及非活性元胞导电多晶硅均与第一主面上的第二发射极金属欧姆接触；第二发射极金属与第一发射极金属绝缘隔离；在活性元胞沟槽的槽底以及非活性元胞沟槽的槽底均设有第二导电类型浮置区，活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆活性元胞沟槽的槽底，非活性元胞沟槽下方的第二导电类型浮置区包覆非活性元胞沟槽的槽底。2.根据权利要求1所述的具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征是：所述第一发射极金属与第二发射极金属通过二极管连接，第一发射极金属与二极管的阳极端连接，第二发射极金属与二极管的阴极端连接。3.根据权利要求2所述的具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征是：所述第一发射极金属通过外置式二极管与第二发射极金属连接，或通过设置于第一主面上的集成式二极管与第二发射极金属连接；集成式二极管位于终端保护区的第一主面上，集成式二极管包括二极管P型导电区域以及与所述二极管P型导电区域邻接的二极管N型导电区域。4.根据权利要求1所述的具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征是：所述终端保护区包括过渡区、场限环结构以及截止环结构，所述过渡区邻接有源区，截止环结构位于终端保护区的外圈，场限环结构位于过渡区与截止环结构之间。5.根据权利要求1所述的具有低导通压降的的绝缘栅双极型晶体管器件，其特征是：在所述半导体基板的第二主面上设有第二导电类型集电区，所述第二导电类型集电区与第一导电类型漂移区间设有第一导电类型电场截止区，第二导电类型集电区与集电极金属欧姆接触。6.一种具有低导通压降的绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法，其特征是，所述绝缘栅双极型晶体管器件的制造方法包括如下步骤：（a）、提供具有两个相对主面的半导体基板，两个相对主面包括第一主面以及与第一主面相对应的第二主面，在第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；（b）、在上述半导体基板的第一主面上淀积场氧化层，所述场氧化层覆盖半导体基板的第一主面；（c）、选择性地掩蔽和刻蚀上述场氧化层，以形成离子注入窗口，并利用所述离子注入窗口...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，张硕，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32