一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件制造技术

本发明专利技术涉及功率半导体技术，具体涉及一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件，包括：金属集电极；阳极辅助平面栅，由第二导电类型半导体多晶区、第一绝缘介质层、第一导电类型半导体集电区、第二导电类型源区、第二导电类型杂质缓冲层组成；超结柱区，由一导电类型体区、第二导电类型体区组成；载流子浓度存储区，由第二导电类型漂移区组成；阴极栅结构，由第一导电类型杂质区、金属发射极、第一导电类型半导体区、第二导电类型半导体区、第二导电类型多晶硅、第二绝缘介质层组成。器件特性是：可通过主栅和辅栅的时序协同，在不影响通态特性的同时提升超结IGBT的关断速度，减小关断损耗E

【技术实现步骤摘要】
一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件


[0001]本专利技术属于功率半导体技术，具体涉及一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件。

技术介绍

[0002]超结绝缘栅双极晶体管(Super
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junction Insulated Gate Bipolar Transistor,SJ
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IGBT)，因器件关断过程中可以借助柱区横向电场加速载流子抽取，因而比常规N型漂移区IGBT有更小的关断损耗和更优的V
on
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E
off
折中关系。如何进一步优化SJ
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IGBT的V
on
‑
E
off
折中关系等关键性能一直是学术界和工业界研究制造的方向。当前针对超结IGBT折中关系的优化主要集中在阴极侧，主要优化思路包括：1)通过提高阴极载流子浓度的方式减小V
on
，实现方式包括：采用N型载流子浓度存储层或肖特基P
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body结构将P柱浮空，通过阴极电位隔离的方式提高载流子浓度；或在浮空P柱结构的基础上设计微沟槽结构，即在电位隔离的基础上，提高阴极电子的注入密度，以进一步提高阴极载流子浓度。2)在提高阴极载流子浓度的同时优化阴极的载流子抽取以同时降低V
on
和E
off
，具体实现方式包括：采用自适应辅栅电位或阴极辅栅主动控制方式，使器件导通时阴极处于高电位和高浓度载流子状态，而器件关断时阴极处于低电位和低载流子浓度状态，从而加速载流子抽取以减小E
off
；阴极辅栅的介入，使器件可以通过控制栅时序和载流子分布状态的切换进一步优化V
on
‑
E
off
。阴极结构的改善可以有效优化超结IGBT折中关系，明显提升了超结IGBT的性能，但缺点之一是受限于IGBT的双极特性，其关断损耗E
off
仍高于单极器件。一种进一步减小超结IGBT关断损耗的方法是使具备单极器件的关断特性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的，在于利用主动阳极技术进一步优化超结IGBT的器件性能。通过在超结IGBT器件的阳极侧引入辅助栅结构，提出一种具有阳极辅助栅的超结IGBT器件，该器件可实现近似单极器件的关断特性，并具有更低的关断损耗。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0005]一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件，整个元胞关于元胞中线对称；其元胞结构包括金属集电极1，位于金属集电极1内部的重掺杂第二导电类型半导体多晶区2，将金属集电极1与第二导电类型半导体多晶区2电学隔离的第一绝缘介质层3，位于金属集电极1正面的两个第一导电类型半导体集电区4，位于两个第一导电类型半导体集电区4内部并与金属集电极1和第一绝缘介质层3相接的第二导电类型源区5，第二导电类型杂质缓冲层6位于两个第一导电类型半导体集电区4正面和两个第一导电类型半导体集电区4之间、并与第一介质绝缘层3相接，所述金属集电极1、第二导电类型半导体多晶区2、第一绝缘介质层3、第一导电类型半导体集电区4、第二导电类型源区5、第二导电类型杂质缓冲层6共同组成背面的阳极辅助平面栅结构；
[0006]器件还包括位于第二导电类型杂质缓冲层6正面的第一导电类型体区7和第二导电类型体区8，二者交替排列组成超结柱区；位于第一导电类型体区7和第二导电类型体区8
正面的第二导电类型漂移区9，形成载流子浓度存储区；位于第二导电类型漂移区9正面的第一导电类型杂质区10，位于第一导电类型杂质区10正面且与之相连的第一导电类型半导体区12和第二导电类型半导体区13，发射极金属11位于第一导电类型半导体区12、第二导电类型半导体区13正面并与第一导电类型半导体区12、第二导电类型半导体区13相连，位于第一导电类型杂质区10内部的第二导电类型多晶硅14，位于第一导电类型杂质区10内部的第二绝缘介质层15，位于第二绝缘介质层15正面的金属发射极11，第一导电类型半导体区12和第二类型半导体区13短接，第二绝缘介质层15将第二导电类型多晶硅14完全包围，且第二导电类型多晶硅14与第一导电类型杂质区10、金属发射极11、第一导电类型半导体区12、第二导电类型半导体区13之间都通过第二绝缘介质层15隔离；所述第二类型导电杂质漂移区9、第一导电类型杂质区10、金属发射极11、第一导电类型半导体区12、第二类型半导体区13、第二导电类型多晶硅14、第二绝缘介质层15区域共同组成正面的阴极栅结构。
[0007]作为优选方式，背面平面栅MOS结构中，所述第二导电类型半导体多晶区2完全被第一绝缘介质层3包围，且第二导电类型半导体多晶区2与金属集电极1、第一导电类型半导体集电区4、第二导电类型源区5、第二导电类型杂质缓冲层6都通过第一绝缘介质层3保持电学隔离；所述第一绝缘介质层3被金属集电极1包围，且第一绝缘介质层3都与金属集电极1、第一导电类型半导体集电区4、第二导电类型源区5相接；两个第一导电类型半导体集电区4之间有一定间距，且第二导电类型半导体多晶区2和第一绝缘介质层3的宽度大于两个第二导电类型源区5之间的间距。
[0008]作为优选方式，第二导电类型多晶硅14、第二绝缘介质层15的结深超过第一导电类型杂质区10的结深，且延伸至第二导电类型漂移区9中；第二绝缘介质层15的宽度小于相邻第二导电类型半导体区13之间的间隙宽度，以保证金属发射极11能同时与第一导电类型半导体区12和第二导电类型半导体区13相接。
[0009]作为优选方式，第二导电类型漂移区9、第一导电类型杂质区10、金属发射极11、第一导电类型半导体区12、第二导电类型半导体区13、第二导电类型多晶硅14、第二绝缘介质层15组成的MOS结构对应的周期宽度与第一导电类型体区7、第二导电类型体区8组成的杂质区的节距相互独立。
[0010]作为优选方式，制备时先形成背面的第二导电类型杂质缓冲层6，然后形成第一导电类型体区7和第二导电类型体区8，再形成第二类型导电杂质漂移区9、第一导电类型杂质区10、金属发射极11、第一导电类型半导体区12、第二类型半导体区13、第二导电类型多晶硅14、第二绝缘介质层15区域组成的正面槽栅结构，最后形成金属集电极1、第二导电类型半导体多晶区2、第一绝缘介质层3、第一导电类型半导体集电区4、第二导电类型源区5、第二导电类型杂质缓冲层6组成的背面平面栅MOS结构。
[0011]作为优选方式，第一导电类型体区7和第二导电类型体区8采用多次外延结合离子注入或深槽刻蚀结合回填的方法实现。
[0012]作为优选方式，形成金属集电极1、第二导电类型半导体多晶区2、第一绝缘介质层3、第一导电类型半导体集电区4、第二导电类型源区5、第二导电类型杂质缓冲层6组成的背面平面栅MOS结构采取的工艺顺序为：先形成第一绝缘介质层3、然后形成第二导电类型半导体多晶区2、然后形成第一导电类型半导体集电区4、然后形成第一绝缘介质层3、再去除部分第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件，其特征在于：整个元胞关于元胞中线对称；其元胞结构包括金属集电极(1)，位于金属集电极(1)内部的重掺杂第二导电类型半导体多晶区(2)，将金属集电极(1)与第二导电类型半导体多晶区(2)电学隔离的第一绝缘介质层(3)，位于金属(1)正面的两个第一导电类型半导体集电区(4)，位于两个第一导电类型半导体集电区(4)内部并与金属集电极(1)和第一绝缘介质层(3)相接的第二导电类型源区(5)，第二导电类型杂质缓冲层(6)位于两个第一导电类型半导体集电区(4)正面和两个第一导电类型半导体集电区(4)之间、并与第一介质绝缘层(3)相接，所述金属集电极(1)、第二导电类型半导体多晶区(2)、第一绝缘介质层(3)、第一导电类型半导体集电区(4)、第二导电类型源区(5)、第二导电类型杂质缓冲层(6)共同组成背面的阳极辅助平面栅结构；器件还包括位于第二导电类型杂质缓冲层(6)正面的第一导电类型体区(7)和第二导电类型体区(8)，二者交替排列组成超结柱区；位于第一导电类型体区(7)和第二导电类型体区(8)正面的第二导电类型(9)，形成载流子浓度存储区；位于第二导电类型漂移区(9)正面的第一导电类型杂质区(10)，位于第一导电类型杂质区(10)正面且与之相连的第一导电类型半导体区(12)和第二导电类型半导体区(13)，发射极金属(11)位于第一导电类型半导体区(12)、第二导电类型半导体区(13)正面并与第一导电类型半导体区(12)、第二导电类型半导体区(13)相连，位于第一导电类型杂质区(10)内部的第二导电类型多晶硅(14)，位于第一导电类型杂质区(10)内部的第二绝缘介质层(15)，位于第二绝缘介质层(15)正面的金属发射极(11)，第一导电类型半导体区(12)和第二类型半导体区(13)短接，第二绝缘介质层(15)将第二导电类型多晶(14)完全包围，且第二导电类型多晶硅(14)与第一导电类型杂质区(10)、金属发射极(11)、第一导电类型半导体区(12)、第二导电类型半导体区(13)之间都通过第二绝缘介质层(15)隔离；所述第二类型导电杂质漂移区(9)、第一导电类型杂质区(10)、金属发射极(11)、第一导电类型半导体区(12)、第二类型半导体区(13)第二导电类型多晶硅(14))、第二绝缘介质层(15区域共同组成正面的阴极栅结构。2.根据权利要求1所述的一种具有阳极辅栅的超结IGBT器件，其特征在于：背面平面栅MOS结构中，所述第二导电类型半导体多晶区(2)完全被第一绝缘介质层(3)包围，且第二导电类型半导体多晶区(2)与金属集电极(1)、第一导电类型半导体集电区(4)、第二导电类型源区(5)、第二导电类型杂质缓冲层(6)都通过第一绝缘介质层(3)保持电学隔离；所述第一绝缘介质层(3)被金属集电极(1)包围，且第一绝缘介质层(3)都与金属集电极(1)、第一导电类型半导体集电区(4)、第二导电类型源区(5)相接；两个第一导电类型半导体集电区(4)之间有一定间距，且第二导电类型半导体多晶区(2)和第一绝缘介质层(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽宏，李陆坪，陈鹏，杨远振，饶乾生，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：