本發(fā)明涉及一種溝槽IGBT器件及其制造方法，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

IGBT為絕緣柵型雙極晶體管的英文（Insulated Gate Bipolar Transistor）簡稱，是一種壓控型功率器件，作為高壓開關(guān)被普遍應用。

IGBT，絕緣柵雙極晶體管，是由BJT（雙極結(jié)型晶體管）和MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應管）組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，具有功率MOSFET的高速性能與雙極結(jié)型結(jié)構(gòu)的低電阻性能兩方面的優(yōu)點。IGBT的關(guān)斷損耗和導通壓降的是其最重要的參數(shù)，主要受N-漂移區(qū)中等離子體分布的影響。N-漂移區(qū)中等離子體分布的建立主要靠背面P+集電極的空穴注入和正面DMOS溝道的電子注入。IGBT的導通壓降和關(guān)斷損耗一般情況下存在此消彼長的關(guān)系，即為IGBT的折中關(guān)系。通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)（例如降低背面P+集電區(qū)離子注入能量和劑量，即形成透明集電區(qū)IGBT），使IGBT的關(guān)斷損耗降低，但會使器件的導通壓降升高。

透明集電區(qū)IGBT是指IGBT的背面P+集電區(qū)的摻雜濃度很低且很薄，對電子幾乎是透明的，N-漂移區(qū)在導通時存儲的載流子很容易通過擴散穿過集電區(qū)而從集電極流出，從而實現(xiàn)器件的快速關(guān)斷，可降低器件的關(guān)斷損耗。另一方面，透明集電區(qū)IGBT的導通損耗一般會較高。

由于此種IGBT的P+集電區(qū)的摻雜濃度很低，會降低空穴注入效率（使得注入到N-漂移區(qū)的空穴減少），使電導調(diào)制效應減弱，從而使器件的導通壓降升高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種溝槽IGBT器件及其制造方法，能夠達到降低器件導通壓降的作用，無需另外光刻和長時間的熱過程，節(jié)省了成本。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述溝槽IGBT器件，包括第一導電類型漂移區(qū)，在第一導電類型漂移區(qū)的正面設(shè)置第二導電類型基區(qū)，在第二導電類型基區(qū)的正面設(shè)置發(fā)射極金屬層，第一導電類型漂移區(qū)的背面設(shè)置第二導電類型集電區(qū)，在第二導電類型集電區(qū)的背面設(shè)置集電極金屬層，在第二導電類型基區(qū)中設(shè)置溝槽結(jié)構(gòu)；所述溝槽結(jié)構(gòu)的上端位于第二導電類型基區(qū)的正面，溝槽結(jié)構(gòu)的下端延伸至第一導電類型漂移區(qū)的上部；在所述發(fā)射極金屬層中設(shè)置介質(zhì)層以隔離溝槽結(jié)構(gòu)和發(fā)射極金屬層；所述溝槽結(jié)構(gòu)的上部兩側(cè)設(shè)置第一導電類型發(fā)射區(qū)；其特征是：在所述溝槽結(jié)構(gòu)的下端設(shè)置第一導電類型懸空區(qū)，第一導電類型懸空區(qū)位于第一導電類型漂移區(qū)中。

進一步的，所述溝槽結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于溝槽內(nèi)表面的柵極氧化層和填充溝槽內(nèi)部的柵極多晶硅。

所述溝槽IGBT器件的制造方法，其特征是，包括以下步驟：

（1）在第一導電類型硅襯底的正面進行第二導電類型離子注入，然后進行退火，得到第二導電類型基區(qū)；

（2）在第一導電類型硅襯底正面制作溝槽，并對溝槽進行第一導電類型離子注入；

（3）在溝槽的表面生長柵極氧化層，經(jīng)柵氧氧化的熱過程步驟（2）注入的N型離子護散至溝槽結(jié)構(gòu)的下端形成第一導電類型懸空區(qū)；然后在溝槽內(nèi)淀積柵極多晶硅；

（4）在溝槽結(jié)構(gòu)上部的兩側(cè)注入第一導電類型離子，經(jīng)退火得到第一導電類型發(fā)射區(qū)；

（5）在第二導致類型基區(qū)的表面淀積介質(zhì)層，并刻蝕形成發(fā)射極接觸孔，淀積金屬得到發(fā)射極金屬層；

（6）對第一導是類型硅襯底的背面減薄至所需厚度后，注入第二導電類型離子，進行背面退火得到第二導電類型集電區(qū)；最后進行背面金屬化，得到集電極金屬層。

進一步的，所述步驟（1）中第二導電類型離子注入能量50~100KeV，注入劑量2e13~4e13cm^-2，退火溫度1000~1200℃。

進一步的，所述步驟（2）中溝槽的深度為4um~8um，第一導電類型離子注入能量為60~100KeV，注入劑量為1e11~1e13cm^-2。

進一步的，所述步驟（3）中柵極氧化層的厚度為80~1500nm。

進一步的，所述步驟（4）中第一導電類型離子的注入能量60~120KeV，注入劑量5e15~6e15cm^-2，退火溫度900~1000℃，時間30~90分鐘。

進一步的，所述步驟（6）中背面離子注入能量15~60KeV，注入劑量5e12~1e14 cm^-2，背面退火溫度為400~500℃，時間為30~120分鐘。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1）本發(fā)明的溝槽IGBT器件采用N型懸空區(qū)，在器件導通時，N型懸空區(qū)能起到“載流子存儲區(qū)”的作用，可以優(yōu)化N-漂移區(qū)中等離子體分布，提高P型基區(qū)下方附近區(qū)域的載流子濃度，從而降低器件導通壓降；

（2）N型懸空區(qū)直接利用溝槽刻蝕的掩蔽層進行自對準注入，無需另外一道光刻工藝，節(jié)省了成本；

（3）N型懸空區(qū)注入時直接利用具有一定深度的溝槽，加上柵極氧化的熱過程進行擴散，無需另加長時間的熱過程就能使N型懸空區(qū)達到理想的深度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述溝槽IGBT器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為得到P型基區(qū)的示意圖。

圖3為形成溝槽的示意圖。

圖4為得到N型懸空區(qū)的示意圖。

圖5為得到N+發(fā)射區(qū)的示意圖。

圖6為得到介質(zhì)層的示意圖。

圖7為完成背面工藝的示意圖。

附圖標記說明：N-漂移區(qū)1、P型基區(qū)2、N+發(fā)射區(qū)3、P+集電區(qū)4、柵極氧化層5、柵極多晶硅6、介質(zhì)層7、發(fā)射極金屬層8、集電極金屬層9、N型懸空區(qū)10。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明所述溝槽IGBT器件包括N-漂移區(qū)1，在N-漂移區(qū)1的正面設(shè)置P型基區(qū)2，在P型基區(qū)2的正面設(shè)置發(fā)射極金屬層8，N-漂移區(qū)1的背面設(shè)置P+集電區(qū)4，在P+集電區(qū)4的背面設(shè)置集電極金屬層9，在P型基區(qū)2中設(shè)置溝槽結(jié)構(gòu)；所述溝槽結(jié)構(gòu)的上端位于P型基區(qū)2的正面，溝槽結(jié)構(gòu)的下端延伸至N-漂移區(qū)1的上部，溝槽結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于溝槽內(nèi)表面的柵極氧化層5和填充溝槽內(nèi)部的柵極多晶硅6；在所述發(fā)射極金屬層8中設(shè)置介質(zhì)層7以隔離溝槽結(jié)構(gòu)和發(fā)射極金屬層8；在所述溝槽結(jié)構(gòu)的上部兩側(cè)設(shè)置N+發(fā)射區(qū)3，在溝槽結(jié)構(gòu)的下端設(shè)置N型懸空區(qū)10，N型懸空區(qū)10位于N-漂移區(qū)1中。

本發(fā)明所述溝槽IGBT器件的制造方法，包括以下步驟：

（1）在N-型單晶硅襯底上進行P型離子（例如硼）注入，注入能量50~100KeV，注入劑量2e13~4e13cm^-2，然后進行退火工藝，退火溫度1000~1200℃，得到P型基區(qū)2，形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)；

（2）在硅襯底上淀積一層二氧化硅，通過光刻和刻蝕，在所需區(qū)域刻蝕出溝槽，溝槽深度為4um~8um，然后進行溝槽自對準N型（例如磷）離子注入，注入能量為60~100KeV，注入劑量為1e11~1e13cm^-2，如圖3所示；

（3）進行柵極氧化，通過干氧在溝槽表面生長一層80~1500nm的柵極氧化層5，通過柵極氧化這一步的熱過程，步驟（2）注入的N型離子可以擴散到一定深度，在溝槽的底部形成N型懸空區(qū)，同時也使步驟（1）注入的P型基區(qū)進一步擴散達到所需深度；然后進行柵極多晶硅淀積和刻蝕，在溝槽中填充柵極多晶硅6，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)；

（4）在溝槽結(jié)構(gòu)上部的兩側(cè)通過光刻形成N+發(fā)射區(qū)的注入窗口，然后進行N+發(fā)射區(qū)離子注入，注入雜質(zhì)為磷或者砷，注入能量60~120KeV，注入劑量5e15~6e15cm^-2，去除光刻膠，進行N+發(fā)射區(qū)退火，溫度900~1000℃，時間30~90分鐘，得到N+發(fā)射區(qū)3，形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)；

（5）在P型基區(qū)2的表面淀積一層介質(zhì)層（硅化物）7，然后通過光刻暴露出發(fā)射極接觸孔區(qū)域，通過刻蝕形成發(fā)射極接觸孔（如圖6所示），然后進行正面金屬化，淀積一層金屬鋁，得到發(fā)射極金屬層8；

（6）正面工藝完成后，對硅襯底進行背面減薄，減薄到所需厚度后，進行背面離子注入，注入雜質(zhì)為硼，注入能量15~60KeV，注入劑量5e12~1e14 cm^-2，接下來進行背面退火，溫度為400~500℃，時間為30~120分鐘，得到P+集電區(qū)4；最后采用Al進行背面金屬化，得到集電極金屬層9，如圖7所示。

本發(fā)明利用溝槽刻蝕的掩蔽層和溝槽的深度以及柵極氧化的熱過程，形成N型懸空區(qū)，達到降低器件導通壓降的作用。無需另外光刻和長時間的熱過程，節(jié)省了成本。