一种具有改进终端结构的超结IGBT器件及制作方法技术

本发明专利技术提供一种具有改进终端结构的超结IGBT器件及制作方法，涉及半导体器件制造技术领域，包括：衬底，衬底的背面设有集电结构，集电结构的上表面设有有源区和终端区，有源区和终端区之间通过隔离沟槽隔离；有源区中形成有超结结构和栅极；终端区中设有深沟槽终端结构；介质层，介质层形成于有源区和终端区的上表面；集电极，集电极覆盖于集电结构的下表面；发射极，发射极覆盖于有源区的上表面和部分终端区的上表面。有益效果是终端区中的深沟槽终端结构的设计尺寸小于传统超结IGBT器件的终端结构，同时深沟槽终端结构可以通过更小的宽度承受传统终端结构能承受的击穿电压，可以有效提高有源区面积利用率。效提高有源区面积利用率。效提高有源区面积利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有改进终端结构的超结IGBT器件及制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造
，尤其涉及一种具有改进终端结构的超结IGBT器件及制作方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展与进步，作为绿色能源的电能已经逐步替代火力发电等非清洁能源。有数据显示，在过去二十年中，以绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)器件为元件的新型电力电子技术节约了大约334亿吨的二氧化碳排放量，相当于390座1GW的大型发电厂二十年的发电量。随着全球电能需求的不断攀升，IGBT等功率半导体器件作为电能控制和转换的重要元器件也在不断追求更低的损耗。超结IGBT器件作为一种新型硅基半导体功率器件目前已经通过实验论证了其优异的电学性能，采用超结结构的IGBT器件可以实现更高的电流密度和更低的开关损耗。由于超结IGBT器件的衬底浓度高于普通型IGBT器件的衬底浓度，因此超结IGBT器件的终端结构需要重新进行设计。而高浓度的衬底需要更大的终端面积来实现目标电压等级，终端面积增大会降低硅片的利用率。因此超结IGBT器件需要一种新型小尺寸的终端设计。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有改进终端结构的超结IGBT器件，包括：
[0004]衬底，所述衬底的背面设有集电结构，所述集电结构的上表面设有有源区和终端区，所述有源区和所述终端区之间通过隔离沟槽隔离；
[0005]所述有源区中形成有超结结构和栅极；
>[0006]所述终端区中设有深沟槽终端结构；
[0007]介质层，所述介质层形成于所述有源区和所述终端区的上表面；
[0008]集电极，所述集电极覆盖于所述集电结构的下表面；
[0009]发射极，所述发射极覆盖于所述有源区的上表面和部分所述终端区的上表面。
[0010]优选的，所述超结结构包括若干各交替排列的N型柱和P型柱，各所述N型柱的上表面形成有P型基区，各所述P型基区和所述P型柱之间分别设有所述栅极和所述隔离沟槽。
[0011]优选的，各所述P型基区的顶部分别形成有P型有源结构。
[0012]优选的，靠近所述栅极的所述P型基区的顶部和所述深沟槽终端结构的一端的顶部还形成有N型有源结构。
[0013]优选的，所述介质层开设有多个分别对应各所述P型基区和所述隔离沟槽的接触孔；所述发射极通过各所述接触孔与各所述P型基区和所述隔离沟槽连接。
[0014]优选的，所述集电结构包括P型集电层和N型缓冲层；
[0015]所述N型缓冲层形成于所述有源区和所述终端区的下表面；
[0016]所述P型集电层形成与所述N型缓冲层的下表面。
[0017]优选的，所述栅极和所述隔离沟槽贯穿所述P型基区，并向所述超结结构延伸。
[0018]优选的，所述栅极为沟槽栅结构或平面栅结构。
[0019]本专利技术还提供一种具有改进终端结构的超结IGBT器件的制作方法，应用于上述的超结IGBT器件，所述制作方法包括：
[0020]步骤S1，提供衬底，在所述衬底的上表面形成深沟槽；
[0021]步骤S2，在所述深沟槽内填充绝缘材料形成深沟槽终端结构；
[0022]步骤S3，在所述衬底的上表面形成超结沟槽，并在所述超结沟槽中填充P型外延层形成P型柱，所述P型柱两侧的衬底形成N型柱；
[0023]步骤S4，在所述P型柱远离所述深沟槽终端结构的一侧形成栅极沟槽，在所述P型柱靠近所述深沟槽终端结构的一侧形成第一沟槽，在所述第一沟槽和所述栅极沟槽的底部形成氧化层，并在所述栅极沟槽中形成栅极,在第一沟槽中形成隔离沟槽；
[0024]步骤S5，在各所述N型柱的上表面形成P型基区，在所属P型基区的顶部和所述深沟槽终端结构的一端的顶部形成N型有源结构；
[0025]步骤S6，在所述衬底的上表面形成介质层，并在所述介质层中开设多个分别对应各所述P型基区和所述隔离沟槽的接触孔；
[0026]步骤S7，在各所述P型基区的顶部形成P型有源结构；
[0027]步骤S8，在部分所述介质层的上表面覆盖金属材料形成发射极；
[0028]步骤S9，将所述衬底的背面减薄，在减薄后的所述衬底的背面形成集电结构；
[0029]步骤S10,在所述集电结构的底部覆盖金属材料形成集电极。
[0030]优选的，所述集电结构包括P型集电层和N型缓冲层，则所述步骤S9包括：
[0031]步骤S91，对所述衬底的背面进行减薄，在减薄后的所述衬底的背面形成所述N型缓冲层；
[0032]步骤S92，在所述N型缓冲层的底部形成所述P型集电层。
[0033]上述技术方案具有如下优点或有益效果：终端区中的深沟槽终端结构的设计尺寸小于传统超结IGBT器件的终端结构，同时深沟槽终端结构可以通过更小的宽度承受传统终端结构能承受的击穿电压，可以有效提高有源区面积利用率。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的较佳的实施例中，具有改进终端结构的超结IGBT器件的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术的较佳的实施例中，具有改进终端结构的超结IGBT器件的制作方法的流程示意图；
[0036]图3为本专利技术的较佳的实施例中，具有改进终端结构的超结IGBT器件的步骤S8的子流程示意图；
[0037]图4为本专利技术的较佳的实施例中，终端结构在正向击穿时的电势分布图；
[0038]图5至图13为本专利技术的较佳的实施例中，具有改进终端结构的超结IGBT器件的制作方法流程图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术并不限定于该实施方式，只要符合本专利技术的主旨，则其他实施方式也可以属于本专利技术的范畴。
[0040]本专利技术的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种具有改进终端结构的超结IGBT器件，如图1所示，包括：
[0041]衬底1，衬底1的背面设有集电结构，集电结构的上表面设有有源区2和终端区3，有源区2和终端区3之间通过隔离沟槽4隔离；
[0042]有源区2中形成有超结结构5和栅极6；
[0043]终端区3中设有深沟槽终端结构7；
[0044]介质层8，介质层8形成于有源区2和终端区3的上表面；
[0045]集电极9，集电极9覆盖于集电结构的下表面；
[0046]发射极10，发射极10覆盖于有源区2的上表面和部分终端区3的上表面。
[0047]具体的，本实施例中，如图4所示，是本专利技术的终端区在正向击穿时的电势分布图，从图中可以看出，终端区3的深沟槽终端结构7的宽度为50μm时，击穿电压可以达到800V。而传统采用场限环或场限环和场板相结合的终端结构通常需要200μm至400μm才能实现800V击穿电压的要求，因此本专利技术的深沟槽终端结构可以显著减小终端区面积，从而提高有源区面积利用率。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有改进终端结构的超结IGBT器件，其特征在于，包括：衬底，所述衬底的背面设有集电结构，所述集电结构的上表面设有有源区和终端区，所述有源区和所述终端区之间通过隔离沟槽隔离；所述有源区中形成有超结结构和栅极；所述终端区中设有深沟槽终端结构；介质层，所述介质层形成于所述有源区和所述终端区的上表面；集电极，所述集电极覆盖于所述集电结构的下表面；发射极，所述发射极覆盖于所述有源区的上表面和部分所述终端区的上表面。2.根据权利要求1所述的超结IGBT器件，其特征在于，所述超结结构包括若干各交替排列的N型柱和P型柱，各所述N型柱的上表面形成有P型基区，各所述P型基区和所述P型柱之间分别设有所述栅极和所述隔离沟槽。3.根据权利要求2所述的超结IGBT器件，其特征在于，各所述P型基区的顶部分别形成有P型有源结构。4.根据权利要求3所述的超结IGBT器件，其特征在于，靠近所述栅极的所述P型基区的顶部和所述深沟槽终端结构的一端的顶部还形成有N型有源结构。5.根据权利要求2所述的超结IGBT器件，其特征在于，所述介质层开设有多个分别对应各所述P型基区和所述隔离沟槽的接触孔；所述发射极通过各所述接触孔与各所述P型基区和所述隔离沟槽连接。6.根据权利要求1所述的超结IGBT器件，其特征在于，所述集电结构包括P型集电层和N型缓冲层；所述N型缓冲层形成于所述有源区和所述终端区的下表面；所述P型集电层形成与所述N型缓冲层的下表面。7.根据权利要求2所述的超结IGBT器件，其特征在于，所述栅极和所述隔离沟槽贯穿所述P型基区，并向所述超结结构延伸。8.根据权利要求1所述的超结IGBT器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗鹏，永福，汤艺，
申请(专利权)人：嘉兴斯达微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：