一种绝缘栅双极型半导体器件制造技术

本实用新型专利技术属于半导体器件的制造技术领域，涉及一种绝缘栅双极型半导体器件，在第一导电类型高浓度区内，设置有规则分布的第二导电类型柱区，其从第一主面延伸至第一导电类型高浓度区与低浓度区交界处；在相邻第二导电类型柱区间设置有第二导电类型体区和沟槽栅电极，第二导电类型柱区和第二导电类型体区分别紧邻沟槽栅电极两侧，且在任何方向上互相电性不连通；第二导电类型柱区包裹沟槽栅电极底部靠近第二导电类型柱区一侧；在第一主面上设置有发射极金属，第二导电类型柱区与发射极金属之间被第二绝缘介质层隔离，且在任何方向上互相电性不连通；本实用新型专利技术器件可有效提高产品耐压，降低短路电流，并可大幅降低器件导通损耗。

An Insulated Gate Bipolar Semiconductor Device

The utility model belongs to the manufacturing technology field of semiconductor devices, and relates to an insulating gate bipolar semiconductor device. In the high concentration region of the first conductive type, a regularly distributed second conductive type column area is arranged, which extends from the first main surface to the junction of the high concentration region and the low concentration region of the first conductive type; and a second conductive type body is arranged in the adjacent second conductive type column area. Zone and groove gate electrodes, the second conductive type column area and the second conductive type body area are adjacent to both sides of groove gate electrodes respectively, and they are not connected in any direction; the bottom of groove gate electrodes in the second conductive type column area is close to one side of the second conductive type column area; the emitter metal is arranged on the first main surface, and the second conductive type column area and emitter metal are placed between the second conductive type column area and emitter metal. The insulating dielectric layer is isolated and is disconnected from each other in any direction. The device of the utility model can effectively improve product voltage resistance, reduce short circuit current, and substantially reduce device conduction loss.

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅双极型半导体器件
本技术涉及一种功率半导体器件，尤其是一种具有超结结构的沟槽栅IGBT器件，属于半导体器件的制造

技术介绍
绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是在金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和双极晶体管(Bipolar)基础上发展起来的一种新型复合功率器件，于二十世纪八十年代被提出和迅速推广。IGBT具有MOS输入、双极输出的功能。IGBT集Bipolar器件通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。IGBT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。自IGBT商业化应用以来，作为新型功率半导体器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的频率应用范围内占据重要地位，广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。IGBT器件经历了几个阶段的发展，IGBT的体结构设计技术的发展主要经历了从穿通型(PunchThrough，PT)IGBT到非穿通型(NonPunchThrough，NPT)IGBT，再到场截止型（FieldStop）IGBT的过程。IGBT的正面MOS结构包括栅极与发射极区。栅极结构有平面栅与沟槽栅两种，沟槽栅结构将沟道从横向变为纵向，消除了器件的JFET的影响，还可以提高元胞密度，从而有利于降低功耗。沟槽栅IGBT目前已经成为3000V以下IGBT技术的主流方向，典型的沟槽栅IGBT器件结构如附图1所示。IGBT的饱和压降（Vcesat）和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，由于耗尽层弯曲的原因，沟槽栅IGBT一般都是在沟槽栅底部位置击穿。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。
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，提出了一种具有超结结构的沟槽栅IGBT器件及其制造方法，可以有效的提高产品耐压，降低短路电流，并且可以大幅度降低器件的导通损耗。为实现以上技术目的，本技术的技术方案是：一种绝缘栅双极型半导体器件，包括有源区，所述有源区包括若干个相互并联的器件元胞单元，在所述器件元胞单元截面方向上，包括半导体基板，所述半导体基板具有两个相对的主面，所述主面包括第一主面和第二主面，在所述半导体基板第二主面上依次设置有第二导电类型集电区和集电极金属，且所述第二导电类型集电区与集电极金属欧姆接触；其特征在于，所述半导体基板包括靠近第一主面的第一导电类型高浓度区及与其紧邻的第一导电类型低浓度区；在所述第一导电类型高浓度区内，设置有规则分布的第二导电类型柱区，第二导电类型柱区从半导体基板第一主面沿半导体基板厚度方向延伸至第一导电类型高浓度区与第一导电类型低浓度区交界处附近；所述第二导电类型柱区具有相同的宽度、相同间距和相同的杂质浓度；在相邻的两个第二导电类型柱区之间的半导体基板第一主面，设置有第二导电类型体区和被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极，第二导电类型柱区和第二导电类型体区分别紧邻被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极两侧，且所述第二导电类型柱区和第二导电类型体区在任何方向上互相电性不连通；第二导电类型柱区紧邻被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极，且包裹被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极底部靠近第二导电类型柱区一侧；在所述半导体基板第一主面上设置有与所述第二导电类型体区、第一导电类型发射极欧姆接触的发射极金属，所述第二导电类型柱区与发射极金属之间被第二绝缘介质层隔离，且第二导电类型柱区与发射极金属在任何方向上互相电性不连通。进一步地，所述第一导电类型高浓度区的杂质浓度大于第一导电类型低浓度区的杂质浓度。进一步地，所述第二导电类型集电区可设置为连续或不连续。进一步地，在所述第一导电类型低浓度区和第二导电类型集电区之间设置有第一导电类型缓冲层。进一步地，所述半导体基板的材料包括硅。为实现以上技术目的，本技术还提出一种绝缘栅双极型半导体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1）提供具有两个相对主面的半导体基板，所述两个主面包括第一主面和第二主面；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，所述第一导电类型漂移区包括靠近第一主面的第一导电类型高浓度区及与其紧邻的第一导电类型低浓度区；2）在所述半导体基板的第一主面上淀积第一硬掩膜层，选择性地掩蔽和刻蚀第一硬掩膜层，以形成多个第一硬掩膜开口；3）通过所述第一硬掩膜开口，并利用各向异性刻蚀方法在第一导电类型高浓度区内形成多个第一沟槽，所述第一沟槽从第一主面向下延伸至第一导电类型高浓度区与第一导电类型低浓度区交界处附近；4）在所述半导体基板的第一主面上淀积第二导电类型半导体材料，所述第二导电类型材料填充在所述第一沟槽内，对第一主面进行平坦化，并去除所述第一硬掩膜层，形成第二导电类型柱区；5）在所述半导体基板的第一主面上淀积第二硬掩膜层，选择性地掩蔽和刻蚀第二硬掩膜层，以形成多个用于沟槽栅刻蚀的第二硬掩膜开口；6）通过所述第二硬掩膜层的开口，并利用各向异性刻蚀方法在半导体基板第一主面上形成多个第二沟槽，并去除第二硬掩模层；7）在所述半导体基板第一主面形成第一绝缘介质层及沟槽栅电极；8）在所述半导体基板第一主面上进行选择性杂质注入，并进行高温推结，形成第二导电类型体区；9）通过常规半导体工艺，在所述半导体基板第一主面上得到IGBT器件的其他正面结构，在所述半导体基板第二主面上得到第二导电类型集电区、集电极金属。进一步地，所述第一硬掩模开口均具有相同的宽度和间距，所述第二硬掩模开口具有相同的宽度，且横跨于第二导电类型柱区与第一导电类型高浓度区交界处。进一步地，所述第二导电类型柱区和第二导电类型体区在任何方向上互相电性不连通，所述第二导电类型柱区与发射极金属在任何方向上互相电性不连通。进一步地，对于N型IGBT器件，所述第一导电类型为N型导电，所述第二导电类型为P型导电；对于P型IGBT器件，所述第一导电类型为P型导电，所述第二导电类型为N型导电。与传统沟槽栅IGBT器件相比，本技术具有以下优点：1）本技术在漂移区的第一导电类型高浓度区内设置第二导电类型柱区，使得第二导电类型柱区与相邻的第一导电类型高浓度区构成超结结构，当器件反向截止时，超结结构可以横向耗尽，产生横向电场，结合第一导电类型高浓度区和第二导电类型体区纵向耗尽所产生的纵向电场，形成二维电场耗尽区，可有效提高器件耐压能力；2）由于漂移区的第一导电类型高浓度区内第二导电类型柱区的存在，当器件导通时，从器件集电极流向器件发射极的第二导电类型少数载流子会在进入第一导电类型高浓度区后沿第二导电类型柱区流通至半导体基板第一主面附近，减少了第二导电类型少数载流子在漂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘栅双极型半导体器件，包括有源区，所述有源区包括若干个相互并联的器件元胞单元，在所述器件元胞单元截面方向上，包括半导体基板，所述半导体基板具有两个相对的主面，所述主面包括第一主面和第二主面，在所述半导体基板第二主面上依次设置有第二导电类型集电区和集电极金属，且所述第二导电类型集电区与集电极金属欧姆接触；其特征在于，所述半导体基板包括靠近第一主面的第一导电类型高浓度区及与其紧邻的第一导电类型低浓度区；在所述第一导电类型高浓度区内，设置有规则分布的第二导电类型柱区，第二导电类型柱区从半导体基板第一主面沿半导体基板厚度方向延伸至第一导电类型高浓度区与第一导电类型低浓度区交界处附近；所述第二导电类型柱区具有相同的宽度、相同间距和相同的杂质浓度；在相邻的两个第二导电类型柱区之间的半导体基板第一主面，设置有第二导电类型体区和被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极，第二导电类型柱区和第二导电类型体区分别紧邻被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极两侧，且所述第二导电类型柱区和第二导电类型体区在任何方向上互相电性不连通；第二导电类型柱区紧邻被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极，且包裹被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极底部靠近第二导电类型柱区一侧；在所述半导体基板第一主面上设置有与所述第二导电类型体区、第一导电类型发射极欧姆接触的发射极金属，所述第二导电类型柱区与发射极金属之间被第二绝缘介质层隔离，且第二导电类型柱区与发射极金属在任何方向上互相电性不连通。...

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极型半导体器件，包括有源区，所述有源区包括若干个相互并联的器件元胞单元，在所述器件元胞单元截面方向上，包括半导体基板，所述半导体基板具有两个相对的主面，所述主面包括第一主面和第二主面，在所述半导体基板第二主面上依次设置有第二导电类型集电区和集电极金属，且所述第二导电类型集电区与集电极金属欧姆接触；其特征在于，所述半导体基板包括靠近第一主面的第一导电类型高浓度区及与其紧邻的第一导电类型低浓度区；在所述第一导电类型高浓度区内，设置有规则分布的第二导电类型柱区，第二导电类型柱区从半导体基板第一主面沿半导体基板厚度方向延伸至第一导电类型高浓度区与第一导电类型低浓度区交界处附近；所述第二导电类型柱区具有相同的宽度、相同间距和相同的杂质浓度；在相邻的两个第二导电类型柱区之间的半导体基板第一主面，设置有第二导电类型体区和被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极，第二导电类型柱区和第二导电类型体区分别紧邻被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极两侧，且所述第二导电类型柱区和第二导电类型体区在任何方向上互相电性不连通；第二导电类型柱区紧邻被第一绝缘介质层包围的沟槽栅电极，且...

【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：新型
国别省市：江苏,32