一种IGBT器件制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种IGBT器件。其包括肖特基二极管和沟槽MOSFET，沟槽MOSFET由下到上依次包括P+衬底、耐压漂移区、P型体区外延层和N+源区外延层；在沟槽MOSFET的上端开设有栅区沟槽和肖特基沟槽，且两者均位于耐压漂移区内，肖特基沟槽深于栅区沟槽；在栅区沟槽内固定设置有栅电极，栅电极与栅区沟槽间存在栅氧化层，栅电极的上半部分外围设置有栅电极绝缘保护层；肖特基二极管的下端与肖特基沟槽配合；肖特基二极管与沟槽MOSFET的源极公用金属电极。本实用新型专利技术提供的IGBT器件，能够增强栅氧化层的可靠性，制造成本得以降低。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种IGBT器件。
技术介绍
宽禁带半导体IGBT器件，尤其是碳化硅IGBT器件及氮化镓IGBT器件，是目前备受瞩目的功率开关器件，它的驱动电路非常简单，且与现有的功率器件驱动电路的兼容性好。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(金属氧化物半导体三极管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT(也称GTR)的低导通压降两方面的优点。其中纵向IGBT器件，芯片背面的P型发射区，实现的方式主要是离子注入技术和外延技术。由于宽禁带半导体MOSFET器件设计方面存在两个主要技术问题：一是沟道电子迁移率低，进而导致MOSFET的沟道电阻大的问题；二是在高温、高电场下栅氧可靠性不足的问题；故而，宽禁带半导体IGBT器件设计方面的主要技术问题在于宽禁带半导体MOSFET器件面临的上述技术问题。目前，对于沟道电子迁移率低的问题，解决方式主要有两种：一是选择合适的晶向，因为不同晶向的电子迁移率不同，迁移率最大可以相差5倍，故而选择高电子迁移率的晶面上形成沟道；由于碳化硅的晶向较乱，故而高电子迁移率的晶面不好选择。二是通过特殊的退火工艺，改善沟道界面状态，提高沟道电子迁移率；这种特殊的退火工艺操作不便。对于沟道栅氧可靠性的问题，解决方式主要是采用特殊的栅氧材料，如AlN、AlON等材料；而仅仅靠特殊的栅氧材料不能很好地解决沟道栅氧可靠性的问题。综上，对于现有技术而言，如何克服宽禁带半导体IGBT器件的上述缺陷是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种IGBT器件，以解决上述问题。为了达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：本技术提供了一种IGBT器件，包括P+衬底、肖特基二极管和沟槽MOSFET。其中，所述P+衬底与所述沟槽MOSFET的下底面固定连接；所述沟槽MOSFET由下到上依次包括耐压漂移区、P型体区外延层和N+源区外延层，且每相邻两层之间均紧密接触；所述沟槽MOSFET的上端中间位置开设有栅区沟槽；所述沟槽MOSFET的上端边缘位置开设有肖特基沟槽；所述栅区沟槽和所述肖特基沟槽的底面均位于所述耐压漂移区的内部；所述肖特基沟槽的深度大于所述栅区沟槽的深度。所述沟槽MOSFET还包括栅电极；所述栅电极固定设置在所述栅区沟槽中；所述栅区沟槽与所述栅电极之间存在栅氧化层；所述栅电极高出所述栅区沟槽的部分的外围设置有栅电极绝缘保护层。所述肖特基二极管的下端通过所述肖特基沟槽与所述沟槽MOSFET的上端配合；所述肖特基二极管与所述沟槽MOSFET的源极共用金属电极。优选的，作为一种可实施方案，所述肖特基二极管包括中央沟槽和外凸起部；所述肖特基沟槽与所述外凸起部配合，所述中央沟槽与所述栅电极绝缘保护层配合。优选的，作为一种可实施方式，所述耐压漂移区的顶面上还设置有N1浓掺杂外延层；所述N1浓掺杂外延层位于所述耐压漂移区与所述P型体区外延层之间。优选的，作为一种可实施方式，所述栅区沟槽的底面位于所述N1浓掺杂外延层中。优选的，作为一种可实施方式，所述P型体区外延层的厚度在0.1μm-1μm之间。优选的，作为一种可实施方式，所述栅氧化层的底面厚度大于所述栅氧化层的侧面厚度。优选的，作为一种可实施方式，所述肖特基沟槽为环形结构件。优选的，作为一种可实施方式，所述P+衬底的厚度在5μm-500μm之间。优选的，作为一种可实施方式，所述N+源区外延层的厚度小于1μm。优选的，作为一种可实施方式，所述N+源区外延层的厚度为0.5μm。与现有技术相比，本技术实施例的优点在于：本技术提供的一种IGBT器件，分析其主要结构可知：上述IGBT器件主要由P+衬底、肖特基二极管和沟槽MOSFET组成；肖特基二极管的下端与沟槽MOSFET的上端紧密贴合。在上述沟槽MOSFET的具体结构中，其在P+衬底上，由下而上依次延伸出耐压漂移区、P型体区外延层和N+源区外延层，且每相邻两层之间均紧密接触，以达到相互之间能够导电的目的；肖特基二极管对包围在其内部的耐压漂移区的部分区域形成一个屏蔽区。沟槽MOSFET的上端中间位置开设有栅区沟槽，在栅区沟槽的内壁上覆盖有栅氧化层，在栅氧化层的内侧又设置有栅电极，而因栅电极高出栅区沟槽的部分的表面又覆盖有栅电极绝缘保护层，故而栅电极被栅氧化层和栅电极绝缘保护层完全包围，达到绝缘的目的。沟槽MOSFET的上端边缘位置开设有肖特基沟槽，肖特基沟槽与肖特基二极管的下端紧密配合，形成肖特基结，肖特基沟槽的深度大于上述栅区沟槽的深度，并将上述栅区沟槽包围起来，进而，由肖特基结对栅区沟槽的底部形成电场屏蔽，降低了栅区沟槽的底部电场，改善了栅氧化层的可靠性；其中，栅区沟槽的底部位置要在耐压漂移区内，这样，才能保证沟道的结构质量以及电场屏蔽效果。另外，肖特基二极管与沟槽MOSFET的源极要共用金属电极。因此，本技术提供的IGBT器件，无需采用特殊的栅氧材料便克服了沟道栅氧化层可靠性不足的问题，使得宽禁带半导体IGBT器件的制造工艺更加便捷，节约了成本。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的IGBT器件经步骤一形成的剖视结构示意图；图2为本技术实施例提供的IGBT器件经步骤二形成的剖视结构示意图；图3为本技术实施例提供的IGBT器件经步骤三形成的剖视结构示意图；图4为本技术实施例提供的IGBT器件经步骤四形成的剖视结构示意图；图5为本技术实施例提供的IGBT器件经步骤四形成的剖视结构示意图；图6为本技术实施例提供的IGBT器件在增加N1浓掺杂外延层的情况下，经步骤一形成的剖视结构示意图；图7为本技术实施例提供的IGBT器件在增加N1浓掺杂外延层的情况下，经步骤二形成的剖视结构示意图；图8为本技术实施例提供的IGBT器件在增加N1浓掺杂外延层的情况下，经步骤三形成的剖视结构示意图；图9为本技术实施例提供的IGBT器件再增加N1浓掺杂外延层的情况下，经步骤四形成的剖视结构示意图；图10为本技术实施例提供的IGBT器件在增加N1浓掺杂外延层的情况下，经步骤五形成的剖视结构示意图；图11为本技术实施例提供的IGBT器件在增加栅氧化层的底部厚度的情况下，经步骤三形成的剖视结构示意图；图12为本技术实施例提供的IGBT器件再增加栅氧化层的底部厚度的情况下，经步骤四形成的剖视结构示意图；图13为本技术实施例提供的IGBT器件在增加栅氧化层的底部厚度的情况下，经步骤五形成的剖视结构示意图；图14为本使用新型实施例提供的IGBT器件在增加N1浓掺杂外延层及增加栅氧化层的底部厚度的情况下，经步骤三形成的剖视结构示意图；图15为本技术实施例提供的IGBT器件在增加N1浓掺杂外延层且增加栅氧化层的底部厚度的情况下，经步骤四形成的剖视结构示意图；图16为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT器件，其特征在于，包括P+衬底、肖特基二极管和沟槽MOSFET；其中，所述P+衬底与所述沟槽MOSFET的下底面固定连接；所述沟槽MOSFET由下到上依次包括耐压漂移区、P型体区外延层和N+源区外延层，且每相邻两层之间均紧密接触；所述沟槽MOSFET的上端中间位置开设有栅区沟槽；所述沟槽MOSFET的上端边缘位置开设有肖特基沟槽；所述栅区沟槽和所述肖特基沟槽的底面均位于所述耐压漂移区的内部；所述肖特基沟槽的深度大于所述栅区沟槽的深度；所述沟槽MOSFET还包括栅电极；所述栅电极固定设置在所述栅区沟槽中；所述栅区沟槽与所述栅电极之间存在栅氧化层；所述栅电极高出所述栅区沟槽的部分的外围设置有栅电极绝缘保护层；所述肖特基二极管的下端通过所述肖特基沟槽与所述沟槽MOSFET的上端配合；所述肖特基二极管与所述沟槽MOSFET的源极共用金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT器件，其特征在于，包括P+衬底、肖特基二极管和沟槽MOSFET；其中，所述P+衬底与所述沟槽MOSFET的下底面固定连接；所述沟槽MOSFET由下到上依次包括耐压漂移区、P型体区外延层和N+源区外延层，且每相邻两层之间均紧密接触；所述沟槽MOSFET的上端中间位置开设有栅区沟槽；所述沟槽MOSFET的上端边缘位置开设有肖特基沟槽；所述栅区沟槽和所述肖特基沟槽的底面均位于所述耐压漂移区的内部；所述肖特基沟槽的深度大于所述栅区沟槽的深度；所述沟槽MOSFET还包括栅电极；所述栅电极固定设置在所述栅区沟槽中；所述栅区沟槽与所述栅电极之间存在栅氧化层；所述栅电极高出所述栅区沟槽的部分的外围设置有栅电极绝缘保护层；所述肖特基二极管的下端通过所述肖特基沟槽与所述沟槽MOSFET的上端配合；所述肖特基二极管与所述沟槽MOSFET的源极共用金属电极。2.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述肖特基二极管包括中央沟槽和外凸起部；所述肖特基沟槽与所述外凸起部...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广海，叶武阳，宋宏德，邢文超，贾国，
申请(专利权)人：吉林华微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：吉林;22