Igbt器件及工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種IGBT器件，在P型硅襯底中從上至下依次為重?fù)诫sP型層、P型阱、N型摻雜層、N型外延層、N型緩沖層及襯底，襯底作為IGBT器件的集電極；IGBT器件的溝槽型柵極貫穿重?fù)诫sP型層、P型阱、N型摻雜層，底部位于N型外延層中，柵極與硅之間間隔柵氧化層；所述重?fù)诫sP型層中，溝槽型柵極的外圍具有重?fù)诫sN型區(qū)形成IGBT的發(fā)射極。通過(guò)優(yōu)化正面MOS結(jié)構(gòu)，提高靠近發(fā)射區(qū)一端的電子注入效率，從而優(yōu)化導(dǎo)通壓降，還可減少在每一切換循環(huán)的關(guān)閉(Turn?off)能量損耗，具有載流子存儲(chǔ)層可在高擊穿電壓的前提下，進(jìn)一步縮減晶片面積。本發(fā)明還公開(kāi)了所述IGBT器件的工藝方法。
【專利說(shuō)明】
IGBT器件及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是指一種IGBT器件，本發(fā)明還涉及所述IGBT器件的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)絕緣棚.雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，其開(kāi)關(guān)速度雖較功率MOS低，但遠(yuǎn)高于BJT，又因是電壓控制器件，控制電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。具有MOS輸入、雙極輸出功能的M0S、雙極相結(jié)合的特點(diǎn)，現(xiàn)已成為電力電子領(lǐng)域的新一代主流產(chǎn)品。
[0003]IGBT作為一種雙極型器件，相比MOSFET單極型器件而言，雙極型器件在魯棒性方面設(shè)計(jì)優(yōu)化更為關(guān)鍵。一般而言，較高的IGBT阻斷電壓和較小的尺寸會(huì)使Vce(sat)(集-射極間電圧)增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種IGBT器件，具有較導(dǎo)通壓降及導(dǎo)通損耗。
[0005]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供所述的IGBT器件的工藝方法。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的IGBT器件，在P型硅襯底中從上至下依次為重?fù)诫sP型層、P型阱、N型摻雜層、N型外延層、N型緩沖層及襯底，襯底作為IGBT器件的集電極；
[0007]IGBT器件的溝槽型柵極貫穿重?fù)诫sP型層、P型阱、N型摻雜層，底部位于N型外延層中，柵極與硅之間間隔柵氧化層；
[0008]所述重?fù)诫sP型層中，溝槽型柵極的外圍具有重?fù)诫sN型區(qū)形成IGBT的發(fā)射極。
[0009]所述的P型阱作為IGBT的溝道區(qū)，N型外延層作為IGBT的N型漂移區(qū)。
[0010]為解決上述問(wèn)題，制造本發(fā)明所述的IGBT器件的工藝方法，包含如下的工藝步驟:
[0011]第I步，在P型襯底上形成N型外延層；
[0012]第2步，在N型外延層中刻蝕形成溝槽；
[0013]第3步，在外延層中注入形成N型摻雜層；
[0014]第4步，生長(zhǎng)柵氧化層；
[0015]第5步，溝槽內(nèi)形成多晶硅柵極；
[0016]第6步，形成P型阱；
[0017]第7步，形成重?fù)诫sN型區(qū)和重?fù)诫sP型層；
[0018]第8步，背面注入形成N型緩沖層。
[0019]進(jìn)一步地，所述第3步中，采用斜角注入的方式在外延層中注入形成N型摻雜層，注入的濃度為1E15?5E17/CM3。
[0020]進(jìn)一步地，所述第4步中，通過(guò)熱氧化法生成柵氧化層。
[0021]進(jìn)一步地，所述第5步中，溝槽內(nèi)淀積多晶硅，然后進(jìn)行刻蝕，形成溝槽型的多晶硅柵極。
[0022]本發(fā)明所述的IGBT器件，通過(guò)優(yōu)化正面MOS結(jié)構(gòu)，提高靠近發(fā)射區(qū)一端的電子注入效率，從而優(yōu)化導(dǎo)通壓降，還可減少在每一切換循環(huán)的關(guān)閉(Turn-off)能量損耗，具有載流子存儲(chǔ)層可在高擊穿電壓的前提下，進(jìn)一步縮減晶片面積。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1?8是本發(fā)明工藝方法各步驟示意圖。
[0024]圖9是本發(fā)明與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的Vce曲線示意圖。
[0025]圖10是本發(fā)明與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的正向壓降仿真曲線圖。
[0026]圖11是本發(fā)明工藝步驟流程圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0028]101是P型襯底，102是N型外延層，103是溝槽，104是N型摻雜層，105是柵氧化層，106是多晶硅柵極，107是P型阱，108是重?fù)诫sN型區(qū)，109是重?fù)诫sP型區(qū)，110是N型緩沖層。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明所述的IGBT器件如圖8所示，在P型硅襯底中從上至下依次為重?fù)诫sP型層109、P型阱107、N型摻雜層104、N型外延層102、N型緩沖層110及襯底101，襯底101作為IGBT器件的集電極。
[0030]IGBT器件的溝槽型柵極貫穿重?fù)诫sP型層109、P型阱107、N型摻雜層104，底部位于N型外延層102中，柵極106與硅之間間隔柵氧化層105。
[0031]所述重?fù)诫sP型層109中，溝槽型柵極的外圍具有重?fù)诫sN型區(qū)108形成IGBT的發(fā)射極。
[0032]所述的P型阱107作為IGBT的溝道區(qū)，N型外延層102作為IGBT的N型漂移區(qū)。
[0033]本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化正面MOS結(jié)構(gòu)，增加作為載流子存儲(chǔ)層的N型摻雜層104，該摻雜層縮短了溝道長(zhǎng)度，并增加了空穴載流子流向IGBT發(fā)射極的勢(shì)皇，限制空穴向P阱方向的運(yùn)動(dòng)，空穴被存儲(chǔ)在N型摻雜區(qū)靠近N型外延層一側(cè)，提高靠近發(fā)射區(qū)一端的電子注入效率，從而優(yōu)化導(dǎo)通壓降。因此，較低的Vce(sat)是本發(fā)明具有載流子存儲(chǔ)層IGBT的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可減少在每一切換循環(huán)的關(guān)閉(Turn-off)能量損耗。具有載流子存儲(chǔ)層可在高擊穿電壓的前提下，進(jìn)一步縮減晶片面積。
[0034]如圖9所示，圖中顯示在Vce= OV的情況下近表面的電勢(shì)分布，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在P型阱內(nèi)電勢(shì)向發(fā)射極一側(cè)單邊下降，而本發(fā)明由于N型摻雜區(qū)104的存在，電勢(shì)先抬升后下降，增加了勢(shì)皇高度。
[0035]圖10所示的是本發(fā)明與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的正向壓降仿真曲線圖，N型摻雜區(qū)在P型阱下方形成了一個(gè)空穴的積累層，并增加了在導(dǎo)通狀態(tài)下電子從MOS溝道的注入效率，從而增強(qiáng)了該處的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，可以大大減小器件的導(dǎo)通損耗。
[0036]本發(fā)明所述的IGBT器件的工藝方法，包含如下的工藝步驟:
[0037]第I步，在P型襯底101上形成N型外延層102，如圖1所示。所述的襯底101為低阻襯底。
[0038]第2步，如圖2所示，在N型外延層102中刻蝕形成溝槽103，該溝槽用于形成柵極。
[0039]第3步，在外延層102中注入形成N型摻雜層104;采用斜角注入的方式在外延層中注入形成N型摻雜層，注入的濃度為1E15?5E17/CM3。如圖3所示。
[0040]第4步，通過(guò)熱氧化法生長(zhǎng)柵氧化層105。如圖4所示。
[0041]第5步，如圖5所示，溝槽內(nèi)淀積多晶硅，然后進(jìn)行刻蝕，形成溝槽型的多晶硅柵極106。
[0042]第6步，離子注入形成P型阱107，如圖6所示。
[0043]第7步，如圖7所示，形成重?fù)诫sN型區(qū)108和重?fù)诫sP型層109。
[0044]第8步，背面注入形成N型緩沖層110。器件制作完成。如圖8所示。
[0045]在工藝實(shí)現(xiàn)上，由于N型摻雜區(qū)位于P型阱底部，常規(guī)工藝流程需要高能量注入和長(zhǎng)時(shí)間熱推進(jìn)，本發(fā)明在溝槽刻蝕完成后采用斜角注入的方式形成N型摻雜區(qū)，節(jié)省了工藝成本，同時(shí)斜角注入的方式由于溝槽高深寬比的存在，不會(huì)影響到溝槽底部的摻雜濃度，從而保證了器件的耐壓。
[0046]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種IGBT器件，其特征在于:在P型硅襯底中從上至下依次為重?fù)诫sP型層、P型阱、N型摻雜層、N型外延層、N型緩沖層及襯底，襯底作為IGBT器件的集電極； IGBT器件的溝槽型柵極貫穿重?fù)诫sP型層、P型阱、N型摻雜層，底部位于N型外延層中，柵極與硅之間間隔柵氧化層； 所述重?fù)诫sP型層中，溝槽型柵極的外圍具有重?fù)诫sN型區(qū)形成IGBT的發(fā)射極。2.如權(quán)利要求1所述的IGBT器件，其特征在于:P型阱作為IGBT的溝道區(qū)，N型外延層作為IGBT的N型漂移區(qū)。3.制造如權(quán)利要求1所述的IGBT器件的工藝方法，其特征在于:包含如下的工藝步驟: 第I步，在P型襯底上形成N型外延層； 第2步，在N型外延層中刻蝕形成溝槽； 第3步，在外延層中注入形成N型摻雜層； 第4步，生長(zhǎng)柵氧化層； 第5步，溝槽內(nèi)形成多晶硅柵極； 第6步，形成P型阱； 第7步，形成重?fù)诫sN型區(qū)和重?fù)诫sP型層； 第8步，背面注入形成N型緩沖層。4.如權(quán)利要求3所述的IGBT器件的工藝方法，其特征在于:所述第3步中，采用斜角注入的方式在外延層中注入形成N型摻雜層，注入的濃度為1E15?5E17/CM3。5.如權(quán)利要求3所述的IGBT器件的工藝方法，其特征在于:所述第4步中，通過(guò)熱氧化法生成柵氧化層。6.如權(quán)利要求3所述的IGBT器件的工藝方法，其特征在于:所述第5步中，溝槽內(nèi)淀積多晶硅，然后進(jìn)行刻蝕，形成溝槽型的多晶硅柵極。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK106057878SQ201610620601
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日
【發(fā)明人】石晶
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司