【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率半导体器件，尤其涉及igbt器件的内置镇流电阻及其形成方法与igbt器件。
技术介绍
1、绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor，igbt）作为发展最为迅速的功率半导体器件，凭借栅极易驱动、电流密度大等特点，已广泛应用于轨道交通、智能电网等领域，被誉为功率变流装置的“cpu”。负载短路是 igbt在应用中偶发的电气故障，为避免短路故障对器件的破坏，要求igbt能承受保护电路响应时间内的短路应力冲击，器件的短路能力已成为衡量igbt应用可靠性的重要指标。高压igbt由于应用环境对短路承受成立有更严格的要求，为了给外部保护电路留有响应时间，在短路情况下将igbt器件关断，一般要求器件本身的短路承受时间不低于10us。igbt在短路情况下，器件两端承受大电压使得输出电流达到饱和，此时的电流称为短路饱和电流。饱和电流越大，短路时间越短。
2、目前沟槽栅igbt技术，为了追求更低的饱和压降，沟槽尺寸做得越来越小，沟道密度越来越大，这会增加器件的饱和电流，从而大大降低了器件的抗短路能力。为了提高器件的抗短路能力，现有技术在常规载流子存储沟槽栅igbt的沟槽之间周期性间隔注入n型杂质形成n+区域，使得沟道长度增加，沟道电阻rch增大，从而降低器件饱和电流。此方法虽可以提升器件抗短路能力，但也会导致导通压降vcesat增大。现有技术方案的轻掺杂的n型镇流电阻，该方案主要是针对平面栅igbt器件提出，并没有提供n型镇流电阻的版图单元、对应的纵向器件结构图及制造工艺。>
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供igbt器件的内置镇流电阻及其形成方法与igbt器件，以至少解决现有沟槽igbt器件存在的抗短路能力较弱，导通压降vcesat明显增大的问题。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：
3、第一方面，本专利技术实施例提供了一种igbt器件的内置镇流电阻，所述igbt器件的版图单元包括多个沟槽区，以及设置在每相邻两个所述沟槽区之间的n+型源区、多晶硅区和接触孔区，所述n+型源区、多晶硅区和接触孔区均至少设置有两个，多个所述n+型源区和多晶硅区沿着第一方向间隔交替设置，所述接触孔区位于n+型源区内部，所述第一方向为沿着沟槽区长度的方向；
4、沿着第二方向，所述内置镇流电阻包括n-衬底，以及设置在n-衬底上的第一掺杂区和第二掺杂区，所述n-衬底上对应沟槽区刻蚀形成有深槽，所述第二方向为沿着igbt器件厚度的方向；所述深槽相对两侧的n-衬底上均分布有交替间隔设置的第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区的位置与n+型源区相对应，所述第二掺杂区的位置与多晶硅区相对应；所述第一掺杂区的顶端具有n+阱区，所述第二掺杂区的顶端具有第二n-阱区。
5、结合第一方面，在一些实施方式中，所述第一掺杂区包括在n-衬底上依次形成的p-阱区、第一n-阱区和n+阱区，所述第一掺杂区的内部设置有p+阱区，所述p+阱区的上端位于n+阱区的内部，下端位于p-阱区的内部，且所述p+阱区的位置与接触孔区相对应。
6、结合第一方面，在一些实施方式中，所述n+阱区注入的砷离子浓度为1019～1020cm-3。
7、结合第一方面，在一些实施方式中，所述第二掺杂区包括在n-衬底上依次形成的p-阱区、第一n-阱区和第二n-阱区，所述第一n-阱区和第二n-阱区的成分和形成条件均相同，所述第一n-阱区和第二n-阱区同时推结形成。
8、结合第一方面，在一些实施方式中，所述第一掺杂区和第二掺杂区中的第一n-阱区完全相同，所述第一n-阱区和第二n-阱区注入的磷离子浓度为1017～1018cm-3。
9、结合第一方面，在一些实施方式中，所述深槽的深度尺寸为4～6微米。
10、结合第一方面，在一些实施方式中，所述深槽的内部沉淀多晶硅材料形成栅极多晶硅，所述第二掺杂区上也沉淀有多晶硅材料形成多晶硅层，所述多晶硅层覆盖深槽和第二掺杂区，所述多晶硅层和栅极多晶硅连接；
11、结合第一方面，在一些实施方式中，所述深槽的槽壁和槽底与栅极多晶硅之间形成有栅氧化层，所述多晶硅层和第二掺杂区之间也形成有栅氧化层，所述栅氧化层的厚度为800å~1200å。
12、第二方面，本专利技术实施例提供一种igbt器件的内置镇流电阻的制备方法，包括以下步骤：
13、提供n-衬底，在n-衬底上使用掩膜版进行光刻形成图形化的第一掩膜层，所述第一掩膜层光刻形成有沟槽区，对应沟槽区刻蚀n-衬底，在n-衬底上形成至少两个深槽，所述深槽的深度尺寸为4～6微米；
14、在所述深槽的槽壁和槽底以及n-衬底的顶面热生长形成栅氧化层，所述栅氧化层的厚度为800å~1200å；
15、在所述深槽相对两侧的n-衬底上进行硼离子注入并高温推结，形成p-阱区，所述p-阱区在n-衬底上的结深尺寸为2.5～3.5微米；
16、在栅氧化层上沉淀多晶硅材料，在深槽内形成栅极多晶硅，以及在深槽外部形成多晶硅层，在所述多晶硅层上使用掩膜版进行光刻形成图形化的第二掩膜层，沿着第一方向，所述第二掩膜层光刻形成有交替间隔分布的多个n+型源区和多晶硅区，刻蚀n+型源区对应的多晶硅层至栅氧化层，所述第一方向为沿着深槽长度的方向；
17、在所述p-阱区上进行磷离子注入，注入浓度为1017～1018cm-3，并于900～1000℃高温推结50～70min，形成n-阱区，结深为0.35～0.45微米；
18、在所述n+型源区对应的n-阱区上进行砷注入，注入浓度为1019～1020cm-3，并于900～1000℃高温退火20～40min，形成n+阱区，结深0.2~0.25um。
19、第三方面，本专利技术的实施例提供了一种igbt器件，所述igbt器件包括上述第一方面所述的内置镇流电阻，以及还包括集电极金属层、p+衬底、发射极金属层和ild介质层，所述p+衬底的一面与n-衬底连接，相对的另一面与集电极金属层连接；所述ild介质层的一面面向发射极金属层，相对的另一面面向第一掺杂区和第二掺杂区。
20、含有本专利技术的内置镇流电阻的igbt器件，其沿着深槽的长度方向，形成n+阱区和第二n-阱区的交替分布区域，第二n-阱区为轻掺杂，掺杂浓度越低镇流电阻rn-随温度变化率越大，为正温度系数，高温下能起到镇流的效果，提升igbt器件抗短路能力。由于n-衬底位于多晶硅栅极的下方，在igbt器件正向导通时，多晶硅栅极为高电位，n-衬底区域表面会实现电子积累，降低了导通电阻，因此和传统igbt器件的结构相比，导通压降vcesat不会增加太多。
21、含有本专利技术的内置镇流电阻的igbt器件，能够获得更大的正温度系数，且常温下对igbt器件的导通压降vcesat影响不大。相较于传统的igbt器件工艺或结构，具有工艺简单、成本低、抗短路能力强、使用寿命长等优点，适用于大批量产业化生产。
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1.IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述IGBT器件的版图单元包括多个沟槽区，以及设置在每相邻两个所述沟槽区之间的N+型源区、多晶硅区和接触孔区，所述N+型源区、多晶硅区和接触孔区均至少设置有两个，多个所述N+型源区和多晶硅区沿着第一方向间隔交替设置，所述接触孔区位于N+型源区内部，所述第一方向为沿着沟槽区长度的方向；
2.根据权利要求1所述的IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述第一掺杂区包括在N-衬底上依次形成的P-阱区、第一N-阱区和N+阱区，所述第一掺杂区的内部设置有P+阱区，所述P+阱区的上端位于N+阱区的内部，下端位于P-阱区的内部，且所述P+阱区的位置与接触孔区相对应。
3.根据权利要求2所述的IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述N+阱区注入的砷离子浓度为1019～1020cm-3。
4.根据权利要求3所述的IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述第二掺杂区包括在N-衬底上依次形成的P-阱区、第一N-阱区和第二N-阱区，所述第一N-阱区和第二N-阱区的成分和形成条件均相同。
5.根据权利要求4
6.根据权利要求1所述的IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述深槽的深度尺寸为4～6微米。
7.根据权利要求6所述的IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述深槽的内部沉淀多晶硅材料形成栅极多晶硅，所述第二掺杂区上也沉淀有多晶硅材料形成多晶硅层，所述多晶硅层覆盖深槽和第二掺杂区，所述多晶硅层和栅极多晶硅连接。
8.根据权利要求7所述的IGBT器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述深槽的槽壁和槽底与栅极多晶硅之间形成有栅氧化层，所述多晶硅层和第二掺杂区之间也形成有栅氧化层，所述栅氧化层的厚度为800Å~1200Å。
9.IGBT器件的内置镇流电阻的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件包括如权利要求1-8任一项所述的内置镇流电阻，以及还包括集电极金属层、P+衬底、发射极金属层和ILD介质层，所述P+衬底的一面与N-衬底连接，相对的另一面与集电极金属层连接；
...【技术特征摘要】
1.igbt器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述igbt器件的版图单元包括多个沟槽区，以及设置在每相邻两个所述沟槽区之间的n+型源区、多晶硅区和接触孔区，所述n+型源区、多晶硅区和接触孔区均至少设置有两个，多个所述n+型源区和多晶硅区沿着第一方向间隔交替设置，所述接触孔区位于n+型源区内部，所述第一方向为沿着沟槽区长度的方向；
2.根据权利要求1所述的igbt器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述第一掺杂区包括在n-衬底上依次形成的p-阱区、第一n-阱区和n+阱区，所述第一掺杂区的内部设置有p+阱区，所述p+阱区的上端位于n+阱区的内部，下端位于p-阱区的内部，且所述p+阱区的位置与接触孔区相对应。
3.根据权利要求2所述的igbt器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述n+阱区注入的砷离子浓度为1019～1020cm-3。
4.根据权利要求3所述的igbt器件的内置镇流电阻，其特征在于，所述第二掺杂区包括在n-衬底上依次形成的p-阱区、第一n-阱区和第二n-阱区，所述第一n-阱区和第二n-阱区的成分和形成条件均相同。
5.根据权利要求4所述的igbt器件的内置镇流电阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：田甜，张伟，廖光朝，
申请(专利权)人：深圳云潼微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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