具有高抗閂鎖能力的igbt器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其有源元胞包括第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)以及第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū);在第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)設(shè)置阻擋環(huán);在IGBT器件的截面上,阻擋環(huán)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層以及絕緣介質(zhì)柱,絕緣介質(zhì)柱的上端與源極金屬接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱相接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端與導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸,且第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層在第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的長(zhǎng)度不小于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)在第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)度,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與源極金屬相互絕緣。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊,能有效減少發(fā)生閂鎖的風(fēng)險(xiǎn),為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ),與現(xiàn)有工藝相兼容,安全可靠。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
具有高抗閂鎖能力的IGBT器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件,尤其是一種具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,屬于IGBT器件的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT器件內(nèi)存在寄生的晶閘管,即NPNP結(jié)構(gòu)。在器件正常工作的過(guò)程中,不希望開(kāi)通所述寄生的晶閘管。若所述寄生晶閘管處于開(kāi)通狀態(tài),那么IGBT器件的柵極將失去對(duì)電流的控制。然而,在IGBT工作過(guò)程中,如果流過(guò)源極下方的空穴電流太大,那么源極和基區(qū)的PN結(jié)就會(huì)正偏,即源極開(kāi)始向基區(qū)注入電子,基區(qū)開(kāi)始向源極注入空穴,此時(shí)寄生的晶閘管導(dǎo)通,S卩IGBT器件處于閂鎖狀態(tài)。
[0003]現(xiàn)在IGBT追求的電流密度越來(lái)越大,在器件大電流工作的情況下,器件會(huì)有發(fā)生閂鎖的風(fēng)險(xiǎn)。為了降低IGBT器件在工作過(guò)程中發(fā)生閂鎖的風(fēng)險(xiǎn),一方面是增加源極下方基區(qū)的摻雜濃度,降低這部分區(qū)域的電阻,但這很容易影響器件的閾值電壓,從而給器件的設(shè)計(jì)和制造增加難度;另一方面是降低器件背面集電極的摻雜濃度,從而降低導(dǎo)通電流中空穴電流的成分,但這會(huì)增加器件的導(dǎo)通壓降,尤其是對(duì)具有寬N型基區(qū)的高壓IGBT器件,導(dǎo)通壓降會(huì)非常大。而且當(dāng)器件背面摻雜過(guò)低時(shí),器件的短路堅(jiān)固性會(huì)降低。
[0004]如圖1所示,為現(xiàn)有溝槽型IGBT器件的結(jié)構(gòu),以N型IGBT器件為例,所述IGBT器件包括N型基區(qū)7,在N型基區(qū)7內(nèi)的上部設(shè)有P型基區(qū)6,在P型基區(qū)6內(nèi)設(shè)有元胞溝槽13,元胞溝槽13的槽底位于N型基區(qū)7內(nèi),在元胞溝槽13外壁側(cè)上方設(shè)有N+源極區(qū)4,在元胞溝槽13的側(cè)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層14,并在元胞溝槽13內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅3。在N型基區(qū)7的正面設(shè)有源極金屬I(mǎi),所述源極金屬I(mǎi)通過(guò)N型基區(qū)7上的絕緣介質(zhì)層2與導(dǎo)電多晶硅3絕緣隔離,源極金屬I(mǎi)與N+源極區(qū)4以及P型基區(qū)6內(nèi)的P型重?fù)诫s區(qū)5,所述P型重?fù)诫s區(qū)5在P型基區(qū)6內(nèi)還延伸至N+源極區(qū)4的下方,但P型重?fù)诫s區(qū)5不與元胞溝槽13的外壁相接觸。在N型基區(qū)7的背面設(shè)有集電極結(jié)構(gòu),所述集電極結(jié)構(gòu)包括P型集電區(qū)9以及與所述P型集電區(qū)9歐姆接觸的集電極金屬10。
[0005]具體工作時(shí),P型重?fù)诫s區(qū)5位于N+源極區(qū)4下方的區(qū)域部分能形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11,為了使器件具有高的抗閂鎖性能,形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11中的P型摻雜濃度必須非常高,同時(shí)高摻雜還必須盡可能的接近元胞溝槽13的側(cè)壁,而由于元胞溝槽13側(cè)壁的P型摻雜直接影響IGBT器件的閾值電壓,因此所述抗閂鎖結(jié)構(gòu)11給IGBT器件設(shè)計(jì)和工藝帶來(lái)很大的難度。
[0006]另一方面,為了使IGBT器件在使用過(guò)程中不發(fā)生閂鎖,P型集電區(qū)9的摻雜濃度一般比較低,其結(jié)深一般也比較淺,這使得N型基區(qū)7注入的空穴比較少,電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不顯著,會(huì)導(dǎo)致IGBT器件導(dǎo)通壓降比較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,提供一種具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其結(jié)構(gòu)緊湊,能有效減少發(fā)生閂鎖的風(fēng)險(xiǎn),為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ),與現(xiàn)有工藝相兼容,安全可靠。
[0008]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案,所述具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,包括具有兩個(gè)相對(duì)主面的半導(dǎo)體基板,半導(dǎo)體基板的兩個(gè)相對(duì)主面包括第一主面以及與第一主面相對(duì)應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū);在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞,所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū),所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)、第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸;
[0009]在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)設(shè)置位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)外圈的阻擋環(huán);在所述IGBT器件的截面上,所述阻擋環(huán)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層以及絕緣介質(zhì)柱,所述絕緣介質(zhì)柱位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的外側(cè),絕緣介質(zhì)柱的上端與源極金屬接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱相接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端與導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層在第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的長(zhǎng)度不小于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)在第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)度,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與源極金屬相互絕緣,且第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)間、以及第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)之間均通過(guò)第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)間隔。
[0010]在半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)有集電極結(jié)構(gòu),所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層,集電極層位于集電極金屬與半導(dǎo)體基板的第二主面間,所述集電極層包括第二導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū)。
[0011]所述集電極層與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有第一導(dǎo)電類(lèi)型緩沖層。
[0012]所述集電極層還包括位于第二導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū)內(nèi)的若干第一導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū),第一導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū)與集電極金屬歐姆接觸。
[0013]所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。
[0014]所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時(shí),在所述IGBT器件的截面上,所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū),相鄰的第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)通過(guò)第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)相間隔,在間隔相鄰第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)的第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)的正上方設(shè)有導(dǎo)電多晶硅以及絕緣介質(zhì)層,導(dǎo)電多晶硅通過(guò)絕緣介質(zhì)層與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離,且導(dǎo)電多晶硅的兩端與下方的第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)相交疊,在每個(gè)第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)均設(shè)置第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層以及絕緣介質(zhì)柱,位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱相接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端部與半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層相接觸,所述導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。
[0015]所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時(shí),在所述IGBT器件的截面上,所述有源元胞包括位于第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的元胞溝槽,所述元胞溝槽的槽底位于第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)下方的第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi),元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層,并在覆蓋有絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅,元胞溝槽的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層覆蓋,元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅通過(guò)絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離;第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)位于元胞溝槽外壁側(cè)上方,第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)、第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端與元胞溝槽外壁相接觸,元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。
[0016]所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅,所述絕緣介質(zhì)柱包括二氧化硅柱,絕緣介質(zhì)柱的高度小于第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)的厚度。
[0017]所述有源元胞的形狀呈條形、方形或圓形。
[0018]所述第一導(dǎo)電類(lèi)型阻擋環(huán)內(nèi)設(shè)有用于形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū),所述第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū)位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的外側(cè)以及下方,第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū)與第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)接觸,且第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)下方的長(zhǎng)度小于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的長(zhǎng)度。
[0019]所述“第一導(dǎo)電類(lèi)型”和“第二導(dǎo)電類(lèi)型”兩者中,對(duì)于N型IGBT器件,第一導(dǎo)電類(lèi)型指N型,第二導(dǎo)電類(lèi)型為P型;對(duì)于P型IGBT器件,第一導(dǎo)電類(lèi)型與第二導(dǎo)電類(lèi)型所指的類(lèi)型與N型IGBT器件正好相反。
[0020]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、在第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)設(shè)置第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的區(qū)域長(zhǎng)度大于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的長(zhǎng)度,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的一端與絕緣介質(zhì)柱接觸,另一端與有源元胞導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸;通過(guò)第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層將第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的下方進(jìn)行包圍,以有效地將電子電流和空穴電流進(jìn)行分立開(kāi),顯著減小甚至防止空穴電流流經(jīng)第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的下方,只允許電子電流通過(guò)溝道流向第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū),可以提高IGBT器件的抗閂鎖能力,為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ),與現(xiàn)有工藝相兼容,安全可靠。
[0022]2、當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類(lèi)型埋層通過(guò)雙熱擴(kuò)散來(lái)形成時(shí),通過(guò)絕緣介質(zhì)柱可以限制第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的橫向擴(kuò)散,從而縮小IGBT器件元胞的尺寸;當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類(lèi)型埋層通過(guò)其他工藝形成時(shí),可以防止第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層邊緣電場(chǎng)的集中,提高可靠性,而且可以提高第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的摻雜濃度,進(jìn)一步提高器件的抗閂鎖能力。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有溝槽型IGBT器件的剖視圖。
[0024]圖2為本實(shí)用新型溝槽PT型IGBT器件的剖視圖。
[0025]圖3為本實(shí)用新型平面PT型IGBT器件的剖視圖。
[0026]圖4為本實(shí)用新型溝槽NPT型IGBT器件的剖視圖。
[0027]圖5為本實(shí)用新型溝槽PT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0028]圖6為本實(shí)用新型溝槽NPT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0029]圖7為本實(shí)用新型平面NTP型IGBT器件的剖視圖。
[0030]圖8為本實(shí)用新型平面PT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0031]圖9為本實(shí)用新型平面NPT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0032]圖10為本實(shí)用新型有源元胞呈長(zhǎng)條形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖11為本實(shí)用新型有源元胞呈方形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖12為本實(shí)用新型有源元胞呈圓形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1_源極金屬、2_絕緣介質(zhì)層、3_導(dǎo)電多晶娃、4_N+源極區(qū)、5_P型重?fù)诫s區(qū)、6-P型基區(qū)、7-N型基區(qū)、8-N型緩沖層、9-P型集電區(qū)、10-集電極金屬、11-抗閂鎖結(jié)構(gòu)、12-N型埋層、13-元胞溝槽、14-絕緣柵氧化層、15-N型集電區(qū)以及16-有源元胞與17-絕緣介質(zhì)柱。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037]為了能有效減少發(fā)生閂鎖的風(fēng)險(xiǎn),為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ),以N型IGBT器件為例,本實(shí)用新型包括具有兩個(gè)相對(duì)主面的半導(dǎo)體基板,半導(dǎo)體基板的兩個(gè)相對(duì)主面包括第一主面以及與第一主面相對(duì)應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括N型基區(qū)7;在半導(dǎo)體基板的N型基區(qū)7內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞16,所述有源元胞16包括位于N型基區(qū)7內(nèi)上部的P型基區(qū)6以及位于所述P型基區(qū)6內(nèi)的N+源極區(qū)4,所述P型基區(qū)4、N+源極區(qū)4與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬I(mǎi)歐姆接觸;
[0038]在所述P型基區(qū)6內(nèi)設(shè)置位于N+源極區(qū)4外圈的阻擋環(huán);在所述IGBT器件的截面上,所述阻擋環(huán)包括N型埋層12以及絕緣介質(zhì)柱17,所述絕緣介質(zhì)柱17位于N+源極區(qū)4的外側(cè),絕緣介質(zhì)柱17的上端與源極金屬I(mǎi)接觸,N型埋層12位于N+源極區(qū)4正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱17相接觸,N型埋層12的另一端與有源元胞16導(dǎo)電溝道的側(cè)壁相接觸,且N型埋層12在N+源極區(qū)4正下方的長(zhǎng)度不小于N+源極區(qū)4在P型基區(qū)6內(nèi)的長(zhǎng)度,N型埋層12與源極金屬I(mǎi)相互絕緣,且N型埋層12與對(duì)原極區(qū)4間、以及N型埋層12與N型基區(qū)7間均通過(guò)P型基區(qū)6間隔。
[0039]具體地,半導(dǎo)體基板的材料包括硅,當(dāng)然,半導(dǎo)體基板也可以采用其他常用的半導(dǎo)體材料,對(duì)于N型IGBT器件,半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電類(lèi)型為N型,一般地,半導(dǎo)體基板的正面形成第一主面,半導(dǎo)體基板的背面形成第二主面,第一主面與第二主面相對(duì)應(yīng)。P型基區(qū)6位于N型基區(qū)7內(nèi)的上部,N+源極區(qū)4位于P型基區(qū)6內(nèi),P型基區(qū)6與源極金屬I(mǎi)歐姆接觸。所述有源元胞16的形狀呈條形、方形或圓形,分別如圖10、圖11和圖12所示。
[0040]阻擋環(huán)位于P型基區(qū)6內(nèi),阻擋環(huán)在N+源極區(qū)4的外圈,即N+源極區(qū)4位于阻擋環(huán)形成的包圍環(huán)內(nèi),N+源極區(qū)4位于P型基區(qū)6內(nèi)的上部,N+源極區(qū)4的上部與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬I(mǎi)直接歐姆接觸。通過(guò)阻擋環(huán)形成包圍N+源極區(qū)4下方包圍環(huán),阻擋環(huán)的一端與源極金屬I(mǎi)絕緣隔離,另一端與有源元胞16導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸。在P型基區(qū)6內(nèi)的阻擋環(huán)相當(dāng)于一個(gè)空穴勢(shì)皇,因此,可以有效的將電子電流和空穴電流分立開(kāi),可以顯著的減小甚至防止空穴電流經(jīng)N+源極區(qū)4的下方,而只允許電子電流通過(guò)溝道流向N+源極區(qū)4,從而可以提高IGBT器件的抗閂鎖能力。
[0041]具體實(shí)施時(shí),在所述IGBT器件的截面上,阻擋環(huán)包括絕緣介質(zhì)柱17以及N型埋層12,絕緣介質(zhì)柱17在P型基區(qū)6內(nèi)呈垂直分布,N型埋層12與N+源極區(qū)4均位于絕緣介質(zhì)柱17的同一側(cè),絕緣介質(zhì)柱17可以采用二氧化硅柱等形式,絕緣介質(zhì)柱17的上端與源極金屬I(mǎi)直接接觸,絕緣介質(zhì)柱17在P型基區(qū)6的高度小于P型基區(qū)6的深度。N型埋層12包括位于N+源極區(qū)4正下方的區(qū)域,且在N+源極區(qū)4正下方的N型埋層12的一端與絕緣介質(zhì)柱17相接觸,所述N型埋層12的另一端與有源元胞16的導(dǎo)電溝道的側(cè)壁相接觸,S卩N型埋層12的另一端可以位于N+源極區(qū)4的正下方或位于N+源極區(qū)4的外側(cè),N型埋層12另一端的位置與有源元胞16的具體形式有關(guān),具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知,此處不再詳述。絕緣介質(zhì)柱17與N+源極區(qū)4非接觸。N型埋層12通過(guò)絕緣介質(zhì)柱17能與源極金屬I(mǎi)絕緣隔離。
[0042]本實(shí)用新型實(shí)施例中,當(dāng)N型埋層12通過(guò)雙熱擴(kuò)散來(lái)形成時(shí),通過(guò)絕緣介質(zhì)柱17可以限制N型埋層12的橫向擴(kuò)散,從而能縮小IGBT器件元胞的尺寸;當(dāng)N型埋層12通過(guò)其他工藝(如外延+離子注入)形成時(shí),通過(guò)刻蝕一個(gè)溝槽以及填充絕緣介質(zhì)的方法,可以防止N型埋層12邊緣電場(chǎng)的集中,提高可靠性,而且可以提高N型埋層12的摻雜濃度,從而提高器件的抗閂鎖能力。
[0043]在具體實(shí)施時(shí),所述有源元胞16呈平面狀或溝槽狀,具體可以根據(jù)需要進(jìn)行確定,下面對(duì)有源元胞16采用平面狀以及溝槽狀的形式進(jìn)行說(shuō)明。
[0044]所述有源元胞16采用平面狀結(jié)構(gòu)時(shí),在所述IGBT器件的截面上,所述平面有源元胞包括兩相鄰的P型基區(qū)6以及位于所述P型基區(qū)6內(nèi)的N+源極區(qū)4,相鄰的P型基區(qū)6通過(guò)N型基區(qū)7相間隔,在間隔相鄰P型基區(qū)6的N型基區(qū)7的正上方設(shè)有導(dǎo)電多晶硅3以及絕緣介質(zhì)層2,導(dǎo)電多晶硅3通過(guò)絕緣介質(zhì)層2與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬I(mǎi)絕緣隔離,且導(dǎo)電多晶硅3的兩端與下方的N+源極區(qū)4相交疊,在每個(gè)P型基區(qū)6內(nèi)均設(shè)置N型埋層12以及絕緣介質(zhì)柱17,N型埋層12位于N+源極區(qū)4正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱17相接觸,N型埋層12的另一端部與半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層2相接觸,所述導(dǎo)電多晶硅3與柵極金屬歐姆接觸。
[0045]本實(shí)用新型實(shí)施例中,當(dāng)有源元胞16采用平面狀時(shí),在IGBT器件的截面上,P型基區(qū)6在N型基區(qū)7內(nèi)呈非連續(xù)分布,相鄰的P型基區(qū)6間通過(guò)N型基區(qū)7相互間隔;對(duì)于一個(gè)有源元胞16,其兩個(gè)相鄰的P型基區(qū)6內(nèi)均有N+源極區(qū)4,N+源極區(qū)4的摻雜濃度大于N型基區(qū)7的摻雜濃度。每個(gè)P型基區(qū)6內(nèi)均設(shè)置N型埋層12以及絕緣介質(zhì)柱17,N型埋層12位于N+源極區(qū)4正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱17相接觸,N型埋層12的另一端部與半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層2相接觸,S卩N型埋層12除存在N+源極區(qū)4正下方的區(qū)域外,還存在與絕緣介質(zhì)柱17相平行的部分,所述與絕緣介質(zhì)柱17相平行部分的上端與絕緣介質(zhì)層2相接觸,從而通過(guò)絕緣介質(zhì)柱17以及N型埋層12能將每個(gè)P型基區(qū)6內(nèi)的N+源極區(qū)4的下方以及外側(cè)區(qū)域進(jìn)行有效包圍。
[0046]導(dǎo)電多晶硅3被元胞絕緣介質(zhì)層2所包圍,導(dǎo)電多晶硅3的兩端與N+源極區(qū)4部分交疊,導(dǎo)電多晶硅3與N+源極區(qū)4相交疊的部分由元胞絕緣介質(zhì)層2所間隔,N+源極區(qū)4其余的部分與源極金屬I(mǎi)歐姆接觸。為了能形成IGBT器件的柵極,將所有的導(dǎo)電多晶硅3引出后與柵極金屬歐姆接觸,將導(dǎo)電多晶硅3引出與柵極金屬歐姆接觸的具體形式可以采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的形式,具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知,此處不再贅述。
[0047]在有源元胞16為平面有源元胞時(shí),平面有源元胞背面的集電極結(jié)構(gòu)不同可以得到PT型IGBT或NPT型IGBT,圖3為平面PT型IGBT器件,圖7為平面NPT型IGBT器件。對(duì)于平面NPT型IGBT器件,所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬10以及與所述集電極金屬10歐姆接觸的P型集電區(qū)9,P型集電區(qū)9位于集電極金屬10與半導(dǎo)體基板的第二主面間。對(duì)于平面PT型IGBT器件,所述P型集電區(qū)9與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有N型緩沖層8,所述N型緩沖層8鄰接N型基區(qū)7以及P型集電區(qū)9。
[0048]此外,根據(jù)集電極層的不同,還能形成RC IGBTCReverse conducting insulatedgate bipolar transistor)器件,圖8為平面PT型RC IGBT器件,在P型集電區(qū)9內(nèi)還設(shè)有若干N型集電區(qū)15,通過(guò)P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15形成集電極層,以得到平面PT型RC IGBT器件。圖9中,在P型集電區(qū)9內(nèi)也設(shè)有若干N型集電區(qū)15,通過(guò)P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15的配合,從而得到平面NPT型RC IGBT器件。通過(guò)集電極結(jié)構(gòu)的不同形成的IGBT器件時(shí),其工作過(guò)程均為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知,此處不再贅述。
[0049]所述有源元胞16采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時(shí),所述溝槽有源元胞包括位于P型基區(qū)6內(nèi)的元胞溝槽13,所述元胞溝槽13的槽底位于P型基區(qū)6下方的N型基區(qū)7內(nèi),元胞溝槽13的內(nèi)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層14,并在覆蓋有絕緣柵氧化層14的元胞溝槽13內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅3,元胞溝槽的13槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層2覆蓋,元胞溝槽13內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅3通過(guò)絕緣介質(zhì)層2與源極金屬I(mǎi)絕緣隔離;N+源極區(qū)4位于元胞溝槽13外壁側(cè)上方,N+源極區(qū)4、N型阻擋環(huán)12與元胞溝槽13外壁相接觸,元胞溝槽13內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅3與柵極金屬歐姆接觸。
[0050]具體實(shí)施時(shí),元胞溝槽13的槽口位于半導(dǎo)體基板的第一主面上,并由半導(dǎo)體基板的第一主面垂直向下延伸,元胞溝槽13穿過(guò)P型基區(qū)6,元胞溝槽13的槽底位于P型基區(qū)6下方的N型基區(qū)7內(nèi)。通過(guò)熱氧化等工藝,在元胞溝槽13的側(cè)壁及底壁生長(zhǎng)有絕緣柵氧化層14,絕緣柵氧化層14可以為二氧化硅層,在生長(zhǎng)有絕緣柵氧化層14的元胞溝槽13內(nèi)填充導(dǎo)電多晶娃3,導(dǎo)電多晶娃3填滿元胞溝槽13,元胞溝槽13槽口的絕緣介質(zhì)層2遮擋元胞導(dǎo)電多晶娃3,以使得導(dǎo)電多晶硅3與源極金屬I(mǎi)絕緣隔離。N+源極區(qū)4的摻雜濃度大于N型基區(qū)7的摻雜濃度,N+源極區(qū)4的深度小于P型基區(qū)5的深度,N+源極區(qū)4與元胞溝槽13的外側(cè)壁相接觸,且與源極金屬I(mǎi)歐姆接觸,從而能夠形成所需的IGBT器件的源極端。
[0051 ]在IGBT器件的截面上,絕緣介質(zhì)柱17與元胞溝槽13相互平行,絕緣介質(zhì)柱17的高度小于元胞溝槽13的深度,絕緣介質(zhì)柱17以及N型埋層12對(duì)稱分布在元胞溝槽13的兩側(cè),此時(shí),N型埋層12僅存在于N+源極區(qū)4正下方,N型埋層12的兩端分別與絕緣介質(zhì)柱17以及元胞溝槽13的外壁相接觸,從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)N+源極區(qū)4的有效包圍,實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電流與空穴電流的有效分立開(kāi),顯著減小甚至防止空穴電流流經(jīng)N+源極區(qū)4的下方。元胞溝槽13內(nèi)導(dǎo)電多晶硅3與柵極金屬間的連接配合為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知,此處不再贅述。
[0052]在有源元胞16為溝槽有源元胞時(shí),溝槽有源元胞背面的集電極結(jié)構(gòu)不同可以得到PT型IGBT或NPT型IGBT,圖2為溝槽PT型IGBT器件,圖4為溝槽NPT型IGBT器件。對(duì)于溝槽NPT型IGBT器件,所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬10以及與所述集電極金屬10歐姆接觸的P型集電區(qū)9,P型集電區(qū)9位于集電極金屬10與半導(dǎo)體基板的第二主面間。對(duì)于溝槽PT型IGBT器件,所述P型集電區(qū)9與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有N型緩沖層8,所述N型緩沖層8鄰接N型基區(qū)7以及P型集電區(qū)9。
[0053]此外,根據(jù)集電極層的不同,還能形成RC IGBTCReverse conducting insulatedgate bipolar transistor)器件,圖5為溝槽PT型RC IGBT器件,在P型集電區(qū)9內(nèi)還設(shè)有若干N型集電區(qū)15,通過(guò)P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15形成集電極層,以得到溝槽PT型RC IGBT器件。圖6中,在P型集電區(qū)9內(nèi)也設(shè)有若干N型集電區(qū)15,通過(guò)P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15的配合,從而得到溝槽NPT型RC IGBT器件。通過(guò)集電極結(jié)構(gòu)的不同形成的IGBT器件時(shí),其工作過(guò)程均為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知,此處不再贅述。
[0054]進(jìn)一步地,所述N型阻擋環(huán)12內(nèi)設(shè)有用于形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11的P型重?fù)诫s區(qū)5,所述P型重?fù)诫s區(qū)5位于N+源極區(qū)4的外側(cè)以及下方,P型重?fù)诫s區(qū)5與N+源極區(qū)4接觸,且P型重?fù)诫s區(qū)5在N+源極區(qū)4下方的長(zhǎng)度小于N+源極區(qū)的長(zhǎng)度。
[0055]本實(shí)用新型實(shí)施例中,有源元胞16無(wú)論采用平面有源元胞還是溝槽有源元胞,在有源元胞16內(nèi)均可以設(shè)置現(xiàn)有的抗閂鎖結(jié)構(gòu)11;所述抗閂鎖結(jié)構(gòu)11包括與N+源極區(qū)4配合的P型重?fù)诫s區(qū)5,所述P型重?fù)诫s區(qū)5的摻雜濃度大于P型基區(qū)6的摻雜濃度。P型重?fù)诫s區(qū)5位于P型基區(qū)6內(nèi),P型重?fù)诫s區(qū)5位于N+源極區(qū)4下方的長(zhǎng)度小于N+源極區(qū)4的長(zhǎng)度,即當(dāng)有源元胞16為溝槽有源元胞時(shí),P型重?fù)诫s區(qū)5不與元胞溝槽13的外壁相接觸。P型重?fù)诫s區(qū)5與N+源極區(qū)4配合形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11的具體形式等均與現(xiàn)有相同,此處不再贅述。
[0056]本實(shí)用新型在P型基區(qū)6內(nèi)設(shè)置N型埋層12,N型埋層12位于N+源極區(qū)4正下方的區(qū)域長(zhǎng)度大于N+源極區(qū)4的長(zhǎng)度,S卩N型埋層12與N+源極區(qū)4之間以及N型埋層12與N型基區(qū)7之間是P型基區(qū)6,N型埋層12的一端與絕緣介質(zhì)柱17接觸,N型埋層12的另一端與有源元胞16的導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸;通過(guò)N型埋層12將N+源極區(qū)4的下方進(jìn)行包圍,以有效地將電子電流和空穴電流進(jìn)行分立開(kāi),顯著減小甚至防止空穴電流流經(jīng)N+源極區(qū)4的下方,只允許電子電流通過(guò)溝道流向N+源極區(qū)4,可以提高IGBT器件的抗閂鎖能力,為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ),與現(xiàn)有工藝相兼容,安全可靠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,包括具有兩個(gè)相對(duì)主面的半導(dǎo)體基板,半導(dǎo)體基板的兩個(gè)相對(duì)主面包括第一主面以及與第一主面相對(duì)應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū);在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞,所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū),所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)、第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸;其特征是: 在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)設(shè)置位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)外圈的阻擋環(huán);在所述IGBT器件的截面上,所述阻擋環(huán)包括第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層以及絕緣介質(zhì)柱,所述絕緣介質(zhì)柱位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的外側(cè),絕緣介質(zhì)柱的上端與源極金屬接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱相接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端與導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸,且第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層在第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的長(zhǎng)度不小于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)在第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)度,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與源極金屬相互絕緣,且第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)間、以及第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層與第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)之間均通過(guò)第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)間隔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:在半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)有集電極結(jié)構(gòu),所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層,集電極層位于集電極金屬與半導(dǎo)體基板的第二主面間,所述集電極層包括第二導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述集電極層與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有第一導(dǎo)電類(lèi)型緩沖層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述集電極層還包括位于第二導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū)內(nèi)的若干第一導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū),第一導(dǎo)電類(lèi)型集電區(qū)與集電極金屬歐姆接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時(shí),在所述IGBT器件的截面上,所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū),相鄰的第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)通過(guò)第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)相間隔,在間隔相鄰第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)的第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)的正上方設(shè)有導(dǎo)電多晶硅以及絕緣介質(zhì)層,導(dǎo)電多晶硅通過(guò)絕緣介質(zhì)層與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離,且導(dǎo)電多晶硅的兩端與下方的第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)相交疊,在每個(gè)第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)均設(shè)置第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層以及絕緣介質(zhì)柱,位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)正下方的一端與絕緣介質(zhì)柱相接觸,第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端部與半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層相接觸,所述導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時(shí),在所述IGBT器件的截面上,所述有源元胞包括位于第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi)的元胞溝槽,所述元胞溝槽的槽底位于第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)下方的第一導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)內(nèi),元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層,并在覆蓋有絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅,元胞溝槽的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層覆蓋,元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅通過(guò)絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離;第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)位于元胞溝槽外壁側(cè)上方,第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)、第一導(dǎo)電類(lèi)型埋層的另一端與元胞溝槽外壁相接觸,元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅,所述絕緣介質(zhì)柱包括二氧化硅柱,絕緣介質(zhì)柱的高度小于第二導(dǎo)電類(lèi)型基區(qū)的厚度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述有源元胞的形狀呈條形、方形或圓形。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高抗閂鎖能力的IGBT器件,其特征是:所述第一導(dǎo)電類(lèi)型阻擋環(huán)內(nèi)設(shè)有用于形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū),所述第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū)位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的外側(cè)以及下方,第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū)與第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)接觸,且第二導(dǎo)電類(lèi)型重?fù)诫s區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)下方的長(zhǎng)度小于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK205621739SQ201620408433
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】楊飛, 沈千行, 朱陽(yáng)軍, 盧爍今, 田曉麗
【申請(qǐng)人】江蘇中科君芯科技有限公司, 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所