IGBT器件及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT器件，在IGBT器件背面的过渡区及终端区的缓冲层与集电极之间增加一层二氧化硅层，二氧化硅层与硅接触面存在界面态，从而降低了空穴寿命，二氧化硅层还具有吸硼排磷的特性，进而降低了IGBT芯片过渡区和终端区背面集电极的掺杂浓度，进而降低了IGBT芯片过渡区和终端区背面P型集电极的发射效率，提高IGBT芯片的可靠性。本发明专利技术的二氧化硅层通过在背面进行氧离子注入，再借助正面工艺的高温过程，使氧离子注入层转换为二氧化硅层，工艺简单易于实施。工艺简单易于实施。工艺简单易于实施。

【技术实现步骤摘要】
IGBT器件及制造方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及半导体器件设计及制造领域，特别是指一种IGBT器件，本专利技术还涉及所述IGBT的制造方法。

技术介绍

[0003]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,其开关速度虽较功率MOS低，但远高于BJT，又因是电压控制器件，控制电路简单，稳定性好，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
[0004]IGBT是一种新型的电力半导体器件。现已成为电力电子领域的新一代主流产品。它是一种具有MOS输入、双极输出功能的MOS、双极型相结合的器件。
[0005]结构上，它是由成千上万个重复单元（元胞）组成，采用大规模集成电路和功率器件技术制造的一种大功率集成器件。IGBT 作为一种混合型功率器件，具有 MOS 结构输入和双极性结构输出的特点，因此既具有 MOSFET 输入阻抗高、驱动电路功率小、驱动简单、开关速度快、开关损耗小的优点，又具有双极性功率晶体管电流密度大、电流处理能力强、导通饱和压降低的优点。经过近四十年的发展，IGBT已成为电力电子系统中的主流功率器件，随着电力电子技术的不断发展，无疑对IGBT的性能及可靠性提出更高的要求。
[0006]IGBT芯片主要可以分为三个部分，分别是有源区、过渡区和终端区。IGBT芯片导通时，不仅在有源区背面存在背面集电极P+的空穴注入，在终端区背面同样存在集电极P+的空穴注入，在IGBT芯片关断期间，有源区的空穴会直接从有源区正面开孔处流出，但终端区的正面并没有电流通道，终端区的空穴只能从在过渡区开孔处流出，导致过渡区存在电流集中问题，局部电流的过渡集中降低了IGBT可靠性。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种IGBT器件，改善IGBT局部电流过渡集中的问题。
[0008]本专利技术还要解决的技术问题是提供所述IGBT器件的制造方法。
[0009]为解决上述问题，本专利技术所述的一种IGBT器件，形成于一具有第二导电类型的半导体衬底中，所述半导体衬底在横向上依次划分为有源区、过渡区以及终端区，其中终端区位于最外围将有源区与过渡区包围，有源区位于中心区域，过渡区位于有源区与终端区之间。
[0010]在半导体衬底的正面，所述有源区中，包含有多个第一导电类型的体区，所述体区中包含有第二导电类型的源区，体区之间的半导体衬底表面依次具有栅氧化层、多晶硅栅极，形成栅极结构，所述多晶硅栅极之上还覆盖有硼磷硅玻璃；栅极结构以外的半导体衬底
薄膜覆盖一层介质层。
[0011]所述终端区的半导体衬底中具有一第一导电类型的掺杂区，且所述掺杂区延伸到过渡区的半导体衬底中；在终端区的远离过渡区的另一侧半导体衬底中具有截止环掺杂区；所述终端区的半导体衬底表面覆盖有场氧化层，场氧化层上再依次覆盖栅氧化层及硼磷硅玻璃；在所述场氧化层的两侧区域，所述栅氧化层与硼磷硅玻璃之间还具有多晶硅层，所述靠近过渡区的一侧的栅氧化层、多晶硅层以及硼磷硅玻璃上还覆盖有有源区延伸过来的金属层；在靠近过渡区的多晶硅层上方的硼磷硅玻璃上还具有金属层，所述金属层通过硼磷硅玻璃上的打开的窗口与多晶硅层接触；所述截止环掺杂区的半导体衬底表面具有金属层，且该金属层向过渡区方向延伸覆盖到硼磷硅玻璃上。
[0012]所述第二导电类型的半导体衬底的背面依次具有背面金属层、第一导电类型的所述IGBT器件的集电极以及具有第二导电类型的缓冲层，其中，过渡区与终端区的集电极与缓冲层之间还具有一二氧化硅层。
[0013]进一步的改进是，所述的金属层为铝硅铜，所述的背面金属层为由Al/Ti/Ni/Ag中的几种或者全部而形成的复合层。
[0014]进一步的改进是，有源区的半导体衬底表面整体覆盖一层金属层，所述过渡区的半导体衬底表面覆盖与有源区表面相同的介质层及金属层。
[0015]进一步的改进是，所述的第一导电类型为P型,第二导电类型为N型；或者是，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
[0016]本专利技术还提供所述的IGBT器件的制造方法，包含如下的工艺步骤：步骤一，提供一第二导电类型的半导体衬底，在所述半导体衬底的背面形成一层第二导电类型的缓冲层。
[0017]步骤二，在所述半导体衬底的背面进行一次氧离子注入，形成氧离子注入层。
[0018]步骤三，进行IGBT器件的正面工艺，包括形成第一导电类型的掺杂区，在半导体衬底表面形成场氧化层，形成栅氧化层，淀积多晶硅层，离子注入形成第一导电类型的体区、第二导电类型的源区、第二导电类型的截止环掺杂区，淀积硼磷硅玻璃，淀积金属层。
[0019]步骤四，在所述半导体衬底的背面制作第一导电类型的集电极，淀积背面金属。
[0020]进一步的改进是，所述步骤一中，所述第二导电类型的半导体衬底，其掺杂的浓度及半导体衬底厚度取决于IGBT器件的耐压要求。
[0021]进一步的改进是，所述步骤二中，半导体衬底横向上划分为有源区、过渡区以及终端区，所述氧离子注入层形成于过渡区及终端区；所述氧离子注入的注入能量为200～500KeV,注入剂量为1E10～1E15cm-2
。
[0022]进一步的改进是，所述步骤三中，IGBT器件的正面工艺的高温过程使半导体衬底背面的氧离子注入层氧化形成氧化硅层。
[0023]进一步的改进是，所述步骤二中，氧离子注入层位于所述IGBT器件的第一导电类型的集电极内部，或者是靠近IGBT的集电极。
[0024]进一步的改进是，所述的第一导电类型为P型,第二导电类型为N型；或者是，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
[0025]本专利技术在IGBT器件的背面的过渡区及终端区增加一氧化硅夹层，最终实现缓解过渡区存在的电流集中问题，提高IGBT芯片的可靠性。同时，本专利技术通过在背面进行氧离子注
入，通过IGBT正面的高温工艺实现氧离子注入区转换为氧化硅层，工艺简单易于实施。
附图说明
[0026]图1 是本专利技术提供的IGBT结构示意图。
[0027]图2～5是本专利技术IGBT的制造工艺步骤图。
[0028]图6 是本专利技术IGBT的制造工艺流程图。
[0029]附图标记说明1是半导体衬底，2是缓冲层，3是氧离子注入层，31是二氧化硅层，4是第一导电类型掺杂区，5是场氧化层，6是栅氧化层，7表示多晶硅（栅极）；8是第一导电类型体区，9是第二导电类型源区，10是第二导电类型截止环掺杂区，11表示BPSG层；12表示金属层，一般是AlSiCu；13表示P型掺杂集电极；14表面背面金属，一般是Al/Ti/Ni/Ag。
具体实施方式
[0030]一般IGBT 芯片背面集电极P+结构采用硼离子注入结合炉管退火或者激光退火方式实现，IGBT芯片有源区、过渡区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT器件，形成于一具有第二导电类型的半导体衬底中，其特征在于：所述半导体衬底在横向上依次划分为有源区、过渡区以及终端区，其中终端区位于最外围将有源区与过渡区包围，有源区位于中心区域，过渡区位于有源区与终端区之间；在半导体衬底的正面，所述有源区中，包含有多个第一导电类型的体区，所述体区中包含有第二导电类型的源区，体区之间的半导体衬底表面依次具有栅氧化层、多晶硅栅极，形成栅极结构，所述多晶硅栅极之上还覆盖有硼磷硅玻璃；栅极结构以外的半导体衬底薄膜覆盖一层介质层；所述终端区的半导体衬底中具有一第一导电类型的掺杂区，且所述掺杂区延伸到过渡区的半导体衬底中；在终端区的远离过渡区的另一侧半导体衬底中具有截止环掺杂区；所述终端区的半导体衬底表面覆盖有场氧化层，场氧化层上再依次覆盖栅氧化层及硼磷硅玻璃；在所述场氧化层的两侧区域，所述栅氧化层与硼磷硅玻璃之间还具有多晶硅层，所述靠近过渡区的一侧的栅氧化层、多晶硅层以及硼磷硅玻璃上还覆盖有有源区延伸过来的金属层；在靠近过渡区的多晶硅层上方的硼磷硅玻璃上还具有金属层，所述金属层通过硼磷硅玻璃上的打开的窗口与多晶硅层接触；所述截止环掺杂区的半导体衬底表面具有金属层，且该金属层向过渡区方向延伸覆盖到硼磷硅玻璃上；所述第二导电类型的半导体衬底的背面依次具有背面金属层、第一导电类型的所述IGBT器件的集电极以及具有第二导电类型的缓冲层，其中，过渡区与终端区的集电极与缓冲层之间还间隔有一二氧化硅层。2.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：所述的金属层为铝硅铜，所述的背面金属层为Al/Ti/Ni/Ag。3.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：有源区的半导体衬底表面整体覆盖一层金属层，所述过渡区的半导体衬底表面覆盖与有源区表面相同的介质层及金属层。4.如权利要求1～3任一项所述的IGBT器件的制造方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹功勋，仵嘉，张敏，
申请(专利权)人：芯合电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：