一种IGBT器件制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种IGBT器件，半导体基板中心区设有元胞区，半导体基板的第一主面设有包围环绕元胞区的终端保护区，半导体基板的第二主面上方设有第二导电类型集电极区，第二导电类型集电极区的上方设有第一导电类型场终止层，元胞区内的元胞设有沟槽结构，元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，栅极导电多晶硅与元胞沟槽内壁之间设有绝缘栅氧化层。本实用新型专利技术延长了沟道长度，降低了饱和电流，从而提高了Tsc，增加了短路电流安全工作区，此外，本实用新型专利技术沟槽下方采用超结结构，可以降低漂移区电阻率，从而降低Vce。同时在器件关断时，因超结结构可以加速载流子抽取速度，从而降低Eoff。

A IGBT device

The utility model discloses an IGBT device, in which a cell area is arranged in the center area of the semiconductor substrate, a terminal protection area surrounding the cell area is arranged on the first main surface of the semiconductor substrate, a second conductive type collector area is arranged above the second main surface of the semiconductor substrate, and a first conductive type is arranged above the second conductive type collector area. The cell in the cell area has a groove structure. The cell groove extends from the first main surface through the second conductive type well layer to the first conductive type epitaxial layer in the semiconductor substrate. The cell groove is filled with gate conductive polysilicon. An insulating gate oxide layer is arranged between the gate conductive polysilicon and the inner wall of the cell groove. . The utility model extends the channel length, reduces the saturated current, thereby improving Tsc and increasing the safe working area of short-circuit current. In addition, the overjunction structure is adopted under the groove of the utility model, which can reduce the resistivity of the drift area and thus reduce the Vce. At the same time, when the device is turned off, the super junction structure can accelerate the carrier extraction speed and reduce the Eoff.

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT器件
本技术属于半导体器件的
，涉及一种功率IGBT器件及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,简称IGBT)，因其大电流导通压降低，广泛应用于各种大电流开关转换中，例如新能源车电控系统逆变器采用的主流功率器件就是IGBT。该应用对于IGBT的开关损耗特别高，对应的IGBT关键参数为导通压降Vce及Eoff，同时该应用对短路安全工作有很高的要求，对应IGBT的关键参数为短路承受时间Tsc。实际应用中，我们的目标是获得尽可能低的Vce和Eoff，以及更长的Tsc。其中为了获取更低的Vce可以通过增加沟道密度，降低漂移区电阻率，设置载流子存储层来实现；降低Eoff可以通过降低背面集电极注入效率，加快载流子抽取速度等措施来实现；Tsc与饱和电流成反方向关系，饱和电流越大，能够承受的Tsc越短。例如，专利US9299819B2提出通过降低沟道密度来降低饱和电流，提高Tsc；通过设置分裂栅降低沟槽间漂移区电阻率，同时设置载流子存储层，从而降低Vce。随着应用的要求越来越高，对Vce及Eoff降低幅度要求越来越高，同时对短路安全工作区要求也越来越高，专利US9299819B2所提供的方法面临越来越多的挑战，因此如何进一步降低功率IGBT器件导通损耗和开关损耗，同时进一步提高短路安全工作区成为本
技术人员的重要研究方向。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是实现一种降低Vce和Eoff，同时进一步提高Tsc的IGBT器件。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种IGBT器件，在所述IGBT器件的发射极的俯视平面上，包括位于半导体基板的元胞区和终端保护区，所述终端保护区位于元胞区的外圈，且终端保护区环绕包围元胞区，所述元胞区内包括若干规则排布且相互平行并联设置的元胞，在所述IGBT器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述第二主面上方设有一层第二导电类型集电极区，所述第二导电类型集电极区上方设有第一导电类型场终止层，所述元胞区内的元胞设有沟槽结构，所述元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，所述元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅覆盖至元胞沟槽槽口附近的第一主面上方，形成T型槽栅导电多晶硅，所述T型槽栅导电多晶硅与第一主面以及元胞沟槽内壁之间均设有绝缘栅氧化层。相邻元胞沟槽的侧壁上方设有第一导电类型发射极区，第一导电类型发射极区位于第二导电类型阱层的上部，P+层位于第二导电类型阱层下方，所述第二导电类型阱层、P+层与第一导电类型外延层之间均设有载流子存储层，所述元胞沟槽与第二主面之间的第一导电类型外延层内设有P柱，所述P柱位于元胞沟槽底部正下方，P柱深度最深可以深入第一导电类型场终止层，但不能穿过第一导电类型场终止层与第二导电类型集电极区电接触。所述T型槽栅导电多晶硅上覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层上方设有金属连线，所述金属连线穿过绝缘介质层上的接触孔与P+层和第一导电类型发射极区接触，所述T型槽栅导电多晶硅与金属连线之间通过引线孔及位于引线孔内的填充金属连接，所述金属连线上方设有设置有钝化层，所述钝化层上设有裸露金属连线的金属线窗口。所述第一导电类型场终止层的掺杂浓度大于或等于第一导电类型外延层的掺杂浓度。所述第一导电类型外延层至少包括一层外延层结构。本技术采用多晶硅栅，延长了沟道长度，降低了饱和电流，从而提高了Tsc，增加了短路电流安全工作区，此外，本技术沟槽下方采用超结结构，可以降低漂移区电阻率，从而降低Vce。同时在器件关断时，因超结结构可以加速载流子抽取速度，从而降低Eoff。附图说明下面对本技术说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：图1-15为实施例1的IGBT器件生产示意图；图16-23为实施例2的IGBT器件生产示意图上述图中的标记均为：1、第二导电类型集电极区；2、第一导电类型场终止层；3、第一导电类型外延层；4、P柱；5、元胞沟槽；6、绝缘栅氧化层；7、T型槽栅导电多晶硅；8、载流子存储层；9、第一导电类型发射极区；10、第二导电类型阱层；11、P+层；12、绝缘介质层；13、接触孔；14、金属连线；15、第一主面；16、第二主面；17、第一氧化层；18、第二氧化层；19、第二导电类型深结；20、硬掩膜层；21、硬掩膜窗口；22、第三氧化层；23、第一金属层；24、第二金属层；25、钝化层；26、金属线窗口；27、第一外延层；28、第二外延层；29、第三外延层；30、第四外延层；31、第五外延层。具体实施方式实施例1：在功率IGBT器件的俯视平面上，包括位于半导体基板中心区的元胞区及位于元胞区外圈的终端保护区，其中终端保护区包围环绕元胞区，元胞区内包括若干规则排布且相互并联连接的元胞。如图15，只表示了功率IGBT器件的元胞区结构，功率IGBT器件可以采用现有常规的终端保护区结构。在功率IGBT器件的截面上，半导体基板包括第二导电类型集电极极区及位于所述第二导电类型集电极区1上方的第一导电类型场终止层2与第一导电类型外延层3，第一导电类型外延层3邻接第二导电类型集电极区1，第一导电类型场终止延层的掺杂浓度大于第一导电类型外延层3的掺杂浓度。半导体基板具有两个相对应的主面，两个主面分别为第一主面15与第二主面16；第一导电类型外延层3的表面形成第一主面15，第二导电类型集电极区1的表面形成第二主面16，第一主面15与第二主面16相对应分布，第一导电类型外延层3内的上部设有第二导电类型阱层10和P+层11。在功率IGBT器件的截面上，元胞区内的元胞采用沟槽结构，元胞沟槽5位于第一外延层上方，且元胞沟槽5在第二导电类型阱层10内从第一主面15向第二主面16的方向延伸，且元胞沟槽5的槽底延伸到第二导电类型阱层10下方的第一导电类型外延层3内。元胞沟槽5内设有栅极导电多晶硅，导电多晶硅体覆盖原胞沟槽槽口，导电多晶硅向槽口顶部两侧或一侧伸出适当距离，形成T型槽栅导电多晶硅7。T型槽栅导电多晶硅7位于元胞沟槽5内的上部，且T型槽栅导电多晶硅7与元胞沟槽5侧壁间及第一主面15间设有绝缘栅氧化层6，所述绝缘栅氧化层6生长于相应的元胞沟槽5的侧壁上及第一主面15上。T型槽栅导电多晶硅7上部的外侧设有第一导电类型发射极区9，所述第一导电类型发射极区9位于第二导电类型阱层10的上部。在功率IGBT器件的截面上，T型槽栅导电多晶硅7上方由绝缘介质层12覆盖，所述T型槽栅导电多晶硅7的两侧设有接触孔13，所述接触孔13从绝缘介质层12的表面延伸到P+层11内，且接触孔13穿过相应的第一导电类型发射极区9。绝缘介质层12上淀积有金属连线14，所述金属连线14覆盖于绝缘介质层12上，并填充于接触孔13内。金属连线14与第一导电类型发射极区9及P+层11欧姆。T型槽栅导电多晶硅7与金属连线14间的连接可以通过引线孔及位于引线孔内的填充金属连接。在金属连线14上还可以设置钝化层25，所述钝化层25是由二氧化硅层及氮化硅层的叠加。上述结构的功率IGBT器件，可以通过下述工艺步骤实现：a、提供具有两个相对主面的半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT器件，在所述IGBT器件的发射极的俯视平面上，包括位于半导体基板的元胞区和终端保护区，所述终端保护区位于元胞区的外圈，且终端保护区环绕包围元胞区，所述元胞区内包括若干规则排布且相互平行并联设置的元胞，在所述IGBT器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述第二主面上方设有一层第二导电类型集电极区，所述第二导电类型集电极区上方设有第一导电类型场终止层，其特征在于：所述元胞区内的元胞设有沟槽结构，第一导电类型外延层内的上部设有第二导电类型阱层，元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，所述元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅覆盖至元胞沟槽槽口附近的第一主面上方，形成T型槽栅导电多晶硅，所述T型槽栅导电多晶硅与第一主面以及元胞沟槽内壁之间均设有绝缘栅氧化层。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT器件，在所述IGBT器件的发射极的俯视平面上，包括位于半导体基板的元胞区和终端保护区，所述终端保护区位于元胞区的外圈，且终端保护区环绕包围元胞区，所述元胞区内包括若干规则排布且相互平行并联设置的元胞，在所述IGBT器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述第二主面上方设有一层第二导电类型集电极区，所述第二导电类型集电极区上方设有第一导电类型场终止层，其特征在于：所述元胞区内的元胞设有沟槽结构，第一导电类型外延层内的上部设有第二导电类型阱层，元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，所述元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅覆盖至元胞沟槽槽口附近的第一主面上方，形成T型槽栅导电多晶硅，所述T型槽栅导电多晶硅与第一主面以及元胞沟槽内壁之间均设有绝缘栅氧化层。2.根据权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：相邻元胞沟槽的侧壁上方设有第一导电类型发射极区，第一导电类型发射极区位于第二导电类型阱层的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦旭光，黄继颇，陆均尧，
申请(专利权)人：安徽赛腾微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34