具有高抗闩锁能力的IGBT器件制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其有源元胞包括第二导电类型基区以及第一导电类型源极区；在第二导电类型基区内设置阻挡环；在IGBT器件的截面上，阻挡环包括第一导电类型埋层以及绝缘介质柱，绝缘介质柱的上端与源极金属接触，第一导电类型埋层位于第一导电类型源极区正下方的一端与绝缘介质柱相接触，第一导电类型埋层的另一端与导电沟道侧壁接触，且第一导电类型埋层在第一导电类型源极区正下方的长度不小于第一导电类型源极区在第二导电类型基区内的长度，第一导电类型埋层与源极金属相互绝缘。本发明专利技术结构紧凑，能有效减少发生闩锁的风险，为降低导通压降提供基础，与现有工艺相兼容，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种半导体器件，尤其是一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件，属于IGBT器件的


技术介绍

IGBT器件内存在寄生的晶闸管，即NPNP结构。在器件正常工作的过程中，不希望开通所述寄生的晶闸管。若所述寄生晶闸管处于开通状态，那么IGBT器件的栅极将失去对电流的控制。然而，在IGBT工作过程中，如果流过源极下方的空穴电流太大，那么源极和基区的PN结就会正偏，即源极开始向基区注入电子，基区开始向源极注入空穴，此时寄生的晶闸管导通，即IGBT器件处于闩锁状态。
现在IGBT追求的电流密度越来越大，在器件大电流工作的情况下，器件会有发生闩锁的风险。为了降低IGBT器件在工作过程中发生闩锁的风险，一方面是增加源极下方基区的掺杂浓度，降低这部分区域的电阻，但这很容易影响器件的阈值电压，从而给器件的设计和制造增加难度；另一方面是降低器件背面集电极的掺杂浓度，从而降低导通电流中空穴电流的成分，但这会增加器件的导通压降，尤其是对具有宽N型基区的高压IGBT器件，导通压降会非常大。而且当器件背面掺杂过低时，器件的短路坚固性会降低。
如图1所示，为现有沟槽型IGBT器件的结构，以N型IGBT器件为例，所述IGBT器件包括N型基区7，在N型基区7内的上部设有P型基区6，在P型基区6内设有元胞沟槽13，元胞沟槽13的槽底位于N型基区7内，在元胞沟槽13外壁侧上方设有N+源极区4，在元胞沟槽13的侧壁及底壁覆盖有绝缘栅氧化层14，并在元胞沟槽13内填充有导电多晶硅3。在N型基区7的正面设有源极金属1，所述源极金属1通过N型基区7上的绝缘介质层2与导电多晶硅3绝缘隔离，源极金属1与N+源极区4以及P型基区6内的P型重掺杂区5，所述P型重掺杂区5在P型基区6内还延伸至N+源极区4的下方，但P型重掺杂区5不与元胞沟槽13的外壁相接触。在N型基区7的背面设有集电极结构，所述集电极结构包括P型集电区9以及与所述P型集电区9欧姆接触的集电极金属10。
具体工作时，P型重掺杂区5位于N+源极区4下方的区域部分能形成抗闩锁结构11，为了使器件具有高的抗闩锁性能，形成抗闩锁结构11中的P型掺杂浓度必须非常高，同时高掺杂还必须尽可能的接近元胞沟槽13的侧壁，而由于元胞沟槽13侧壁的P型掺杂直接影响IGBT器件的阈值电压，因此所述抗闩锁结构11给IGBT器件设计和工艺带来很大的难度。
另一方面，为了使IGBT器件在使用过程中不发生闩锁，P型集电区9的掺杂浓度一般比较低，其结深一般也比较浅，这使得N型基区7注入的空穴比较少，电导调制效应不显著，会导致IGBT器件导通压降比较大。

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，提供一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其结构紧凑，能有效减少发生闩锁的风险，为降低导通压降提供基础，与现有工艺相兼容，安全可靠。
按照本专利技术提供的技术方案，所述具有高抗闩锁能力的IGBT器件，包括具有两个相对主面的半导体基板，半导体基板的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；半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型基区；在半导体基板的第一导电类型基区内设置若干规则排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一导电类型基区内上部的第二导电类型基区以及位于所述第二导电类型基区内的第一导电类型源极区，所述第二导电类型基区、第一导电类型源极区与半导体基板第一主面上的源极金属欧姆接触；
在所述第二导电类型基区内设置位于第一导电类型源极区外圈的阻挡环；在所述IGBT器件的截面上，所述阻挡环包括第一导电类型埋层以及绝缘介质柱，所述绝缘介质柱位于第一导电类型源极区的外侧，绝缘介质柱的上端与源极金属接触，第一导电类型埋层位于第一导电类型源极区正下方的一端与绝缘介质柱相接触，第一导电类型埋层的另一端与导电沟道侧壁接触，第一导电类型埋层在第一导电类型源极区正下方的长度不小于第一导电类型源极区在第二导电类型基区内的长度，第一导电类型埋层与源极金属相互绝缘，且第一导电类型埋层与第一导电类型源极区间、以及第一导电类型埋层与第一导电类型基区之间均通过第二导电类型基区间隔。
在半导体基板的第二主面上设有集电极结构，所述集电极结构包括集电极金属以及与所述集电极金属欧姆接触的集电极层，集电极层位于集电极金属与半导体基板的第二主面间，所述集电极层包括第二导电类型集电区。
所述集电极层与半导体基板的第二主面间还设有第一导电类型缓冲层。
所述集电极层还包括位于第二导电类型集电区内的若干第一导电类型集电区，第一导电类型集电区与集电极金属欧姆接触。
所述有源元胞呈平面状或沟槽状。
所述有源元胞采用平面状结构时，在所述IGBT器件的截面上，所述平面有源元胞包括两相邻的第二导电类型基区以及位于所述第二导电类型基区内的第一导电类型源极区，相邻的第二导电类型基区通过第一导电类型基区相间隔，在间隔相邻第二导电类型基区的第一导电类型基区的正上方设有导电多晶硅以及绝缘介质层，导电多晶硅通过绝缘介质层与半导体基板的第一主面以及源极金属绝缘隔离，且导电多晶硅的两端与下方的第一导电类型源极区相交叠，在每个第二导电类型基区内均设置第一导电类型埋层以及绝缘介质柱，位于第一导电类型源极区正下方的一端与绝缘介质柱相接触，第一导电类型埋层的另一端部与半导体基板第一主面上的绝缘介质层相接触，所述导电多晶硅与栅极金属欧姆接触。
所述有源元胞采用沟槽状结构时，在所述IGBT器件的截面上，所述有源元胞包括位于第二导电类型基区内的元胞沟槽，所述元胞沟槽的槽底位于第二导电类型基区下方的第一导电类型基区内，元胞沟槽的内壁及底壁覆盖有绝缘栅氧化层，并在覆盖有绝缘栅氧化层的元胞沟槽内填充有导电多晶硅，元胞沟槽的槽口由半导体基板第一主面上的绝缘介质层覆盖，元胞沟槽内的导电多晶硅通过绝缘介质层与源极金属绝缘隔离；第一导电类型源极区位于元胞沟槽外壁侧上方，第一导电类型源极区、第一导电类型埋层的另一端与元胞沟槽外壁相接触，元胞沟槽内的导电多晶硅与栅极金属欧姆接触。
所述半导体基板的材料包括硅，所述绝缘介质柱包括二氧化硅柱，绝缘介质柱的高度小于第二导电类型基区的厚度。
所述有源元胞的形状呈条形、方形或圆形。
所述第一导电类型阻挡环内设有用于形成抗闩锁结构的第二导电类型重掺杂区，所述第二导电类型重掺杂区位于第一导电类型源极区的外侧以及下方，第二导电类型重掺杂区与第一导电类型源极区接触，且第二导电类型重掺杂区在第一导电类型源极区下方的长度小于第一导电类型源极区的长度。
所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型IGBT器件，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型IGBT器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型IGBT器件正好相反。
本专利技术的优点：
1、在第二导电类型基区内设置第一导电类型埋层，第一导电类型埋层位于第一导电类型源极区正下方的区域长度大于第一导电类型源极区的长度，第一导电类型埋层的一端与绝缘介质柱接触，另一端与有源元胞导电沟道侧壁接触；通过第一导电类型埋层将第一导电类型源极区的下方进行包围，以有效地将电子电流和空穴电流进行分立开，显著减小甚至防止空穴电流流经第一导电类型源极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件，包括具有两个相对主面的半导体基板，半导体基板的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；半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型基区；在半导体基板的第一导电类型基区内设置若干规则排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一导电类型基区内上部的第二导电类型基区以及位于所述第二导电类型基区内的第一导电类型源极区，所述第二导电类型基区、第一导电类型源极区与半导体基板第一主面上的源极金属欧姆接触；其特征是：在所述第二导电类型基区内设置位于第一导电类型源极区外圈的阻挡环；在所述IGBT器件的截面上，所述阻挡环包括第一导电类型埋层以及绝缘介质柱，所述绝缘介质柱位于第一导电类型源极区的外侧，绝缘介质柱的上端与源极金属接触，第一导电类型埋层位于第一导电类型源极区正下方的一端与绝缘介质柱相接触，第一导电类型埋层的另一端与导电沟道侧壁接触，且第一导电类型埋层在第一导电类型源极区正下方的长度不小于第一导电类型源极区在第二导电类型基区内的长度，第一导电类型埋层与源极金属相互绝缘，且第一导电类型埋层与第一导电类型源极区间、以及第一导电类型埋层与第一导电类型基区之间均通过第二导电类型基区间隔。...

【技术特征摘要】
1.一种具有高抗闩锁能力的IGBT器件，包括具有两个相对主面的半导体基板，半导体基板的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；半导体基板的第一主面与第二主面间包括第一导电类型基区；在半导体基板的第一导电类型基区内设置若干规则排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一导电类型基区内上部的第二导电类型基区以及位于所述第二导电类型基区内的第一导电类型源极区，所述第二导电类型基区、第一导电类型源极区与半导体基板第一主面上的源极金属欧姆接触；其特征是：
在所述第二导电类型基区内设置位于第一导电类型源极区外圈的阻挡环；在所述IGBT器件的截面上，所述阻挡环包括第一导电类型埋层以及绝缘介质柱，所述绝缘介质柱位于第一导电类型源极区的外侧，绝缘介质柱的上端与源极金属接触，第一导电类型埋层位于第一导电类型源极区正下方的一端与绝缘介质柱相接触，第一导电类型埋层的另一端与导电沟道侧壁接触，且第一导电类型埋层在第一导电类型源极区正下方的长度不小于第一导电类型源极区在第二导电类型基区内的长度，第一导电类型埋层与源极金属相互绝缘，且第一导电类型埋层与第一导电类型源极区间、以及第一导电类型埋层与第一导电类型基区之间均通过第二导电类型基区间隔。
2.根据权利要求1所述的具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其特征是：在半导体基板的第二主面上设有集电极结构，所述集电极结构包括集电极金属以及与所述集电极金属欧姆接触的集电极层，集电极层位于集电极金属与半导体基板的第二主面间，所述集电极层包括第二导电类型集电区。
3.根据权利要求2所述的具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其特征是：所述集电极层与半导体基板的第二主面间还设有第一导电类型缓冲层。
4.根据权利要求2所述的具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其特征是：所述集电极层还包括位于第二导电类型集电区内的若干第一导电类型集电区，第一导电类型集电区与集电极金属欧姆接触。
5.根据权利要求1所述的具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其特征是：所述有源元胞呈平面状或沟槽状。
6.根据权利要求5所述的具有高抗闩锁能力的IGBT器件，其特征是：所述有源元胞采用平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，沈千行，朱阳军，卢烁今，田晓丽，
申请(专利权)人：江苏中科君芯科技有限公司，中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32