具有终端结构的场截止型IGBT器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有终端结构的场截止型IGBT器件及其制造方法，在所述半导体基板第一主面的元胞区内设置IGBT器件结构，在所述第一主面的终端区内设置终端保护结构；在半导体基板的第二主面上，设置有与第二导电类型集电区欧姆接触的集电极金属，第二导电类型集电区与第一导电类型漂移区间通过第一导电类型缓冲区相隔离；所述第二导电类型集电区包括位于元胞区内的第二导电类型第一集电区以及位于终端区的第二导电类型第二集电区；第一导电类型缓冲区包括位于元胞区内的第一导电类型第一缓冲区以及位于终端区内的第一导电类型第二缓冲区。本发明专利技术能有效降低现有的场截止型IGBT器件的开关损耗，提高IGBT器件的使用可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种IGBT器件及其制造方法，尤其是一种具有终端结构的场截止型IGBT器件及其制造方法，属于IGBT器件的

技术介绍
绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）于二十世纪八十年代被提出和迅速推广，现已广泛应用于中高压大电流领域，并同MOSFET（金属- 氧化物- 半导体场效应晶体管）将功率电子技术推向了高频时代，对比其它种类的功率半导体，如双极型晶体管、MOSFET；所述绝缘栅双极型晶体管作为一种电压控制器件，能够以更低的功率损耗处理更高的功率，并且能够工作于高频的电路当中，是IGBT 最为突出的特点和优势。IGBT目前已经广泛应用于电力电子领域。IGBT器件一般分为穿通型（PT型），非穿通型（NPT），场截止型（FS）三种。其中，场截止型IGBT是在靠近集电区的漂移层中设置一层浓度更高的区域，作为缓冲区。缓冲区的存在，可以使IGBT器件在达到相同电压的前提下，大幅度降低漂移层厚度，用缓冲区阻挡耗尽层扩展，达到器件耐压的效果。场截止型（FS）IGBT与PT型IGBT器件和NPT型IGBT相比较，具有更小的芯片厚度和导通损耗，产品性能优势明显。场截止型IGBT目前已经成为IGBT器件的主流产品。常规的场截止型IGBT结构如附图1所示，以N沟道器件为例，在俯视平面上，IGBT器件包含提供器件功能的元胞区域01和围绕元胞结构的终端区域02；在器件第一主表面的元胞区域，设置有被绝缘介质层016包围的栅电极017，P型体区015，N+发射区018，结缘介质层019，发射级金属0110，栅极引出金属024；在器件第一主表面对应的终端区域，设置有P型主结021，P型分压环022，N型截止区023，截止区金属025；在器件第二主表面，设置有P+型集电区012，临近P+型集电区012的N+型缓冲区013，与P+型集电区012欧姆接触的集电极金属011。N+型缓冲区013和P+型集电区012存在与整个元胞区域01和终端区域02。这种常规的场截止型IGBT设计和工艺比较简单，但器件也存在问题。主要问题在于：1、终端区域02的P+型集电区012与N型漂移层014和P型主结021构成PNP三极管，一般地，由于P型主结021深度大于元胞区域中的P型体区015的深度，即终端区域02的PNP三极管的基区宽度小于元胞区域01的寄生PNP三极管基区宽度。因此在终端区域02有可能在元胞区域01击穿前，发生三极管二次击穿，造成器件烧毁。2、器件导通时，P型集电极发射的空穴会同时在元胞区域01和终端区域02对应的N型漂移层014中形成积累。终端区域02对应的漂移层中存储的空穴并不会对器件的饱和压降造成影响，但当器件截止时，终端截止区域对应的漂移层中存储的空穴会被耗尽层扫出或与电子复合，增加了器件的开关损耗。鉴于现有技术中的缺陷，一种能有效的提高IGBT性能，并且与现有IGBT工艺兼容，不增加产品技术难度和工艺成本的IGBT器件和制造工艺是极其必要的。
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，提供一种具有终端结构的场截止型IGBT器件及其制造方法，其能有效降低现有的场截止型IGBT器件的开关损耗，提高IGBT器件的使用可靠性。按照本专利技术提供的技术方案，所述具有终端结构的场截止型IGBT器件，在所述IGBT器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的元胞区和终端区，所述元胞区位于半导体基板的中心区域，终端区环绕包围所述元胞区；在所述IGBT器件的截面上，所述半导体基板具有两个相对应的主面，所述主面包括第一主面以及第二主面，半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；在所述半导体基板第一主面的元胞区内设置IGBT器件结构，在所述第一主面的终端区内设置终端保护结构；在半导体基板的第二主面上，设置有与第二导电类型集电区欧姆接触的集电极金属，第二导电类型集电区与第一导电类型漂移区间通过第一导电类型缓冲区相隔离；所述第二导电类型集电区包括位于元胞区内的第二导电类型第一集电区以及位于终端区的第二导电类型第二集电区；第一导电类型缓冲区包括位于元胞区内的第一导电类型第一缓冲区以及位于终端区内的第一导电类型第二缓冲区。所述第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度大于第一导电类型漂移区的第一导电类型杂质浓度；第二导电类型第一集电区的第二导电类型杂质浓度大于或等于第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度，第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度小于或等于第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度；第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第二导电类型第一集电区的第二导电类型杂质浓度不同时与第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度相等。所述第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度为零，集电极金属直接与第一导电类型第二缓冲区欧姆接触。所述第二导电类型集电区内的第二导电类型第一集电区通过第一导电类型第一缓冲区呈间隔分布，集电极金属与第二导电类型第一集电区、第一导电类型第一缓冲区欧姆接触。一种具有终端结构的场截止型IGBT器件的制造方法，所述IGBT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第一导电类型的半导体基板，所述两个主板包括第一主面与第二主面，半导体基板的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设置形成所需的IGBT器件结构以及终端保护结构，其中，IGBT器件结构位于元胞区，终端保护结构位于终端区，终端区位于元胞区的外圈；c、在上述半导体基板的第二主面，进行两次选择性注入第一导电类型杂质，并退火激活，以在半导体基板的第二主面形成所需的第一导电类型第一缓冲区与第一导电类型第二缓冲区，第一导电类型第一缓冲区位于元胞区，第二导电类型第二缓冲区位于终端区；d、在上述半导体基板的第二主面上，进行两次选择注入第二导电类型杂质，并退火激活，以在半导体基板的第二主面形成所需的第二导电类型第一集电区与第二导电类型第二集电区，第二导电类型第一集电区位于元胞区，第二导电类型第二集电区位于终端区；e、在上述半导体基板的第二主面上淀积金属层，以得到集电极金属。所述半导体基板的材料包括硅。所述第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度大于第一导电类型漂移区的第一导电类型杂质浓度；第二导电类型第一集电区的第二导电类型杂质浓度大于或等于第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度，第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度小于或等于第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度；第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第二导电类型第一集电区的第二导电类型杂质浓度不同时与第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度相等。所述步骤c，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有终端结构的场截止型IGBT器件，在所述IGBT器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的元胞区和终端区，所述元胞区位于半导体基板的中心区域，终端区环绕包围所述元胞区；在所述IGBT器件的截面上，所述半导体基板具有两个相对应的主面，所述主面包括第一主面以及第二主面，半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；在所述半导体基板第一主面的元胞区内设置IGBT器件结构，在所述第一主面的终端区内设置终端保护结构；在半导体基板的第二主面上，设置有与第二导电类型集电区欧姆接触的集电极金属，第二导电类型集电区与第一导电类型漂移区间通过第一导电类型缓冲区相隔离；其特征是：所述第二导电类型集电区包括位于元胞区内的第二导电类型第一集电区以及位于终端区的第二导电类型第二集电区；第一导电类型缓冲区包括位于元胞区内的第一导电类型第一缓冲区以及位于终端区内的第一导电类型第二缓冲区。

【技术特征摘要】
1.一种具有终端结构的场截止型IGBT器件，在所述IGBT器件的俯视平面上，包括位于半导体基板上的元胞区和终端区，所述元胞区位于半导体基板的中心区域，终端区环绕包围所述元胞区；在所述IGBT器件的截面上，所述半导体基板具有两个相对应的主面，所述主面包括第一主面以及第二主面，半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型漂移区；在所述半导体基板第一主面的元胞区内设置IGBT器件结构，在所述第一主面的终端区内设置终端保护结构；在半导体基板的第二主面上，设置有与第二导电类型集电区欧姆接触的集电极金属，第二导电类型集电区与第一导电类型漂移区间通过第一导电类型缓冲区相隔离；其特征是：
所述第二导电类型集电区包括位于元胞区内的第二导电类型第一集电区以及位于终端区的第二导电类型第二集电区；第一导电类型缓冲区包括位于元胞区内的第一导电类型第一缓冲区以及位于终端区内的第一导电类型第二缓冲区。
2.根据权利要求1所述的具有终端结构的场截止型IGBT器件，其特征是：所述第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度大于第一导电类型漂移区的第一导电类型杂质浓度；第二导电类型第一集电区的第二导电类型杂质浓度大于或等于第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度，第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度小于或等于第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度；
第一导电类型第一缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第二导电类型第一集电区的第二导电类型杂质浓度不同时与第一导电类型第二缓冲区的第一导电类型杂质浓度、第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度相等。
3.根据权利要求2所述的具有终端结构的场截止型IGBT器件，其特征是：所述第二导电类型第二集电区的第二导电类型杂质浓度为零，集电极金属直接与第一导电类型第二缓冲区欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的具有终端结构的场截止型IGBT器件，其特征是：所述第二导电类型集电区内的第二导电类型第一集电区通过第一导电类型第一缓冲区呈间隔分布，集电极金属与第二导电类型第一集电区、第一导电类型第一缓冲区欧姆接触。
5.一种具有终端结构的场截止型IGBT器件的制造方法，其特征是，所述IGBT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第一导电类型的半导体基板，所述两个主板包括第一主面与第二主面，半导体基板的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设置形成所需的IGBT器件结构以及终端保护结构，其中，IGBT器件结构位于元胞区，终端保护结构位于终端区，终端区位于元胞区的外圈；
（c）、在上述半导体基板的第二主面，进行两次选择性注入第一导电类型杂质，并退火激活，以在半导体基板的第二主面形成所需的第一导电类型第一缓冲区与第一导电类型第二缓冲区，第一导电类型第一缓冲区位于元胞区，第二导电类型第二缓冲区位于终端区；
（d）、在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，李宗清，
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