具有载流子存储结构的IGBT器件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有载流子存储结构的IGBT器件，其有源区采用沟槽结构，在有源区的第一导电类型漂移区内设有第二导电类型体区，元胞沟槽位于第二导电类型体区内，深度伸入第二导电类型体区下方的第一导电类型漂移区内；在有源区的第一导电类型漂移区内设有载流子存储结构，所述载流子存储结构包括用于将元胞沟槽伸入第一导电类型漂移区内外壁全包围的第一导电类型载流子存储区，第一导电类型载流子存储区的掺杂浓度大于第一导电类型漂移区的掺杂浓度。本实用新型专利技术能够同时满足较低的导通压降和极快的关断特性，并且能够将保证将耐压击穿位置调整至元胞区，以保证较高的抗电压浪涌能力，不增加芯片制造成本，降低芯片面积。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种IGBT器件，尤其是一种具有载流子存储结构的IGBT器件，属于IGBT器件的

技术介绍
IGBT的全称是 Insulate Gate Bipolar Transistor，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。IGBT器件在电机控制，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。IGBT的饱和压降（Vcesat）、抗冲击能力及耐压特性是衡量IGBT器件的几个重要指标。饱和压降是衡量IGBT产品导通损耗的重要参数，降低IGBT饱和压降可以有效降低IGBT功率损耗，减小产品发热，提高功率转换效率。耐压特性是产品的最重要参数之一，耐压不足可能导致IGBT器件使用时出现击穿烧毁的风险。IGBT产品抗冲击能力的主要体现之一就是产品抗短路能力，是体现产品可靠性的重要参数指标。为了提高IGBT产品性能，多种优化IGBT结构和工艺的方法被提出，其中有代表性的如公告号为CN 204144266U的文件中所公开的改进结构；所述公开文件提出在平行于沟槽栅方向设置有不与发射极金属接触的第二导电类型区域非活性区，该区域为浮空状态；当IGBT正向导通时，少数载流子会在该区域下方形成积累，有效增强电导调制效应，降低导通压降（Vcesat）。但所述公开文件也在存在明显缺陷。首先由于浮空状态第二导电类型区域非活性区的存在降低了沟道密度，使得导通压降（Vcesat）降低额度有限；其次，由于第二导电类型区域非活性区为浮空状态，在器件承受耐压时，第二导电类型活性区与非活性区电位不一致，因此第二导电类型非活性区耗尽速度会明显慢与第二导电类型活性区，当第二导电类型活性区宽度接近或大于第二导电类型非活性区宽度时，耗尽层会出去明显弯曲，产品耐压会显著降低。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
本技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有载流子存储结构的IGBT器件，其结构紧凑，能够同时满足较低的导通压降（Vceon）和极快的关断特性，并且能够将保证将耐压击穿位置调整至元胞区，以保证较高的抗电压浪涌能力，不增加芯片制造成本，降低芯片面积，安全可靠。按照本技术提供的技术方案，所述具有载流子存储结构的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IGBT器件的截面上，半导体基板具有两个相对的主面，所述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漂移区；在所述IGBT器件的截面上，有源区采用沟槽结构，在有源区的第一导电类型漂移区内设有第二导电类型体区，第二导电类型体区位于第一导电类型漂移区内的上部，元胞沟槽位于第二导电类型体区内，深度伸入第二导电类型体区下方的第一导电类型漂移区内；在有源区的第一导电类型漂移区内设有载流子存储结构，所述载流子存储结构包括用于将元胞沟槽伸入第一导电类型漂移区内外壁全包围的第一导电类型载流子存储区，第一导电类型载流子存储区的掺杂浓度大于第一导电类型漂移区的掺杂浓度。在所述元胞沟槽的侧壁及底壁生长有绝缘栅氧化层，在生长有绝缘栅氧化层的元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，元胞沟槽的槽口由绝缘介质层覆盖；在相邻元胞沟槽外侧壁上方设有第一导电类型发射区，所述第一导电类型发射区位于第二导电类型体区内，第一导电类型发射区与元胞沟槽的外侧壁相接触，所述第一导电类型发射区、第二导电类型体区均与半导体基板第一主面上的发射极金属欧姆接触，发射极金属通过绝缘介质层与元胞沟槽内的栅极导电多晶硅绝缘隔离。所述第二导电类型体区内还设有第二导电类型连接区，第二导电类型连接区与发射极金属欧姆接触，第二导电类型体区通过第二导电类型连接区与发射极金属电连接；栅极导电多晶硅与半导体基板第一主面上方的栅极金属电连接。在所述IGBT器件的截面上，终端保护区包括第二导电类型保护环、第一导电类型截止环以及用于形成主结的第二导电类型结区，所述第二导电类型结区与有源区内邻近终端保护区的元胞沟槽接触，第二导电类型保护环位于第二导电类型结区与第一导电类型截止环间，第一导电类型截止环位于终端保护区的外圈，第一导电类型截止环与半导体基板第一主面上的截止环金属欧姆接触。所述第二导电类型结区与第二导电类型保护环为同一工艺制造层，在终端保护区的第一主面上还设有阻挡介质层，所述阻挡介质层上还覆盖有绝缘介质层，截止环金属支撑在与绝缘介质层上。所述第一导电类型漂移区内还设有第二导电类型集电区，所述第二导电类型集电区与半导体基板第二主面上的集电极金属欧姆接触。在所述第一导电类型漂移区内还设有第一导电类型电场截止层，所述第一导电类型电场截止层邻接第一导电类型漂移区及第二导电类型集电区，第一导电类型电场截止层的掺杂浓度大于第一导电类型漂移区的掺杂浓度。所述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型绝缘栅双极型晶体管，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型绝缘栅双极型晶体管IGBT，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型绝缘栅双极型晶体管IGBT正好相反。与现有技术相比，本技术的优点为：1、在IGBT正向导通时，包围元胞沟槽底部的第一导电类型载流子存储区，由于内建电势的存在能阻碍少数载流子向发射极的流通，能够形成少数载流子的积累，电导调制效应增强，可以显著减小IGBT饱和压降，降低导通损耗；2、在IGBT正向阻断时，由于包围元胞沟槽底部的第一导电类型载流子存储区的掺杂浓度高于第一导电类型漂移区的掺杂浓度，表面电场峰值进一步降低，整个IGBT器件的击穿位置均匀的分布在有源区，进一步提高IGBT器件的抗冲击能力；3、在上述IGBT制造方法中，通过在元胞沟槽的底部进行第一导电类型杂质注入形成第一导电类型载流子存储区，工艺成本并未有太大改变；4、能将元胞密度做的更大，可以适当减小芯片面积，进一步降低了芯片成本。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2~图9为本技术具体工艺实施步骤剖视图，其中图2为本技术半导体基板的剖视图。图3为本技术得到硬掩膜层后的剖视图。图4为本技术得到硬掩膜窗口后的剖视图。图5为本技术得到元胞沟槽后的剖视图。图6为本技术得到N+载流子存储区后的剖视图。图7为本技术得到P体区后的剖视图。图8为本技术得到发射极金属、栅极金属以及截止环金属后的剖视图。图9为本技术得到集电极金属后的剖视图。附图标记说明：1-N型漂移区、2-P型保护环、3-阻挡介质层、4-绝缘介质层、5-元胞沟槽、6-N+载流子存储区、7-绝缘栅氧化层、8-栅极导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有载流子存储结构的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IGBT器件的截面上，半导体基板具有两个相对的主面，所述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漂移区；在所述IGBT器件的截面上，有源区采用沟槽结构，在有源区的第一导电类型漂移区内设有第二导电类型体区，第二导电类型体区位于第一导电类型漂移区内的上部，元胞沟槽位于第二导电类型体区内，深度伸入第二导电类型体区下方的第一导电类型漂移区内；其特征是：在有源区的第一导电类型漂移区内设有载流子存储结构，所述载流子存储结构包括用于将元胞沟槽伸入第一导电类型漂移区内外壁全包围的第一导电类型载流子存储区，第一导电类型载流子存储区的掺杂浓度大于第一导电类型漂移区的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种具有载流子存储结构的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IGBT器件的截面上，半导体基板具有两个相对的主面，所述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漂移区；在所述IGBT器件的截面上，有源区采用沟槽结构，在有源区的第一导电类型漂移区内设有第二导电类型体区，第二导电类型体区位于第一导电类型漂移区内的上部，元胞沟槽位于第二导电类型体区内，深度伸入第二导电类型体区下方的第一导电类型漂移区内；其特征是：在有源区的第一导电类型漂移区内设有载流子存储结构，所述载流子存储结构包括用于将元胞沟槽伸入第一导电类型漂移区内外壁全包围的第一导电类型载流子存储区，第一导电类型载流子存储区的掺杂浓度大于第一导电类型漂移区的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的具有载流子存储结构的IGBT器件，其特征是：在所述元胞沟槽的侧壁及底壁生长有绝缘栅氧化层，在生长有绝缘栅氧化层的元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，元胞沟槽的槽口由绝缘介质层覆盖；在相邻元胞沟槽外侧壁上方设有第一导电类型发射区，所述第一导电类型发射区位于第二导电类型体区内，第一导电类型发射区与元胞沟槽的外侧壁相接触，所述第一导电类型发射区、第二导电类型体区均与半导体基板第一主面上的发射极金属欧姆接触，发射极金属通过绝缘介质层与元胞沟槽内的栅极导电多晶硅绝缘隔离。3.根据权利要求2所述的...

【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：新型
国别省市：江苏;32