IGBT器件制造技术

技术编号：44808990 阅读：8 留言：0更新日期：2025-03-28 19:55

本发明专利技术公开了一种IGBT器件，包括：多个平行排列的穿过阱区的栅极沟槽结构和发射极沟槽结构。栅极导电材料层连接到栅极。发射极导电材料层连接发射极。在阱区的底部形成有漂移区，在漂移区的底部形成有集电区。在阱区的选定区域的表面区域中形成有发射区。发射区位于各栅极沟槽结构的两侧并和栅极沟槽结构的侧面自对准；发射区不和发射极沟槽结构的侧面接触。发射区的顶部通过第一接触孔连接到发射极，第一接触孔的底部形成有接触注入区。发射极沟槽的宽度小于栅极沟槽的宽度，用于增加沟槽结构之间的台面区的宽度并从而增加第一接触孔到导电沟道的距离，从而减少接触注入区对器件的阈值电压的影响。本发明专利技术能提高器件的阈值电压的均一性。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体功率器件，特别是涉及一种igbt器件。

技术介绍

1、相比于平面栅结构，沟槽栅技术由于消除了结型场效应管(junction gatefield-effect transistor，jeft)区域，具有元胞紧凑和通态压降小的特点，可以实现更大的电流密度，因此被广泛用于电动汽车芯片领域，

2、传统igbt芯片的载流子浓度从背面集电极到正面发射极递减，正面发射极的低载流子浓度限制了通态压降的降低。因此实现igbt芯片电流密度的提升和功率损耗的下降还需要结合载流子存储技术，使igbt芯片中载流子分布更接近最优状态。

3、如图1所示，是现有igbt器件的结构示意图；以n型器件为例，现有igbt器件包括：

4、多个平行排列的沟槽栅，沟槽栅包括栅极沟槽、形成于栅极沟槽内侧表面的栅介质层110和填充于栅极沟槽中的栅极导电材料层111。

5、栅极导电材料层111连接到由正面金属层109组成的栅极。

6、各沟槽栅都穿过p型掺杂的阱区105。

7、在阱区105的底部形成有n型掺杂的漂移区103。

8、在漂移区103的底部形成有p型重掺杂的集电区101。集电区101的背面形成有背面金属层并由背面金属层组成集电极。

9、现有中，在漂移区103和集电区1011之间还包括n型重掺杂的缓冲层102。

10、在沟槽栅两侧的平台区的阱区105的表面区域中形成有n型重掺杂的发射区106，且发射区106和对应的沟槽栅的侧面自对准。

11、在漂移区103的顶部区域中还形成有n型重掺杂的载流子存储(carrier stored，cs)层104。

12、各栅极沟槽都穿过载流子存储层104。

13、图1所示的igbt器件在利用精细化沟槽技术提高igbt芯片电流密度的基础上，通过添加载流子存储层阻止空穴进入p基区即阱区105，以提高近发射极处的空穴浓度，实现通态电压减小至少20％。

14、igbt是双极性器件，在开通和关断时存在电子电流和空穴电流，通常会通过在接触孔(ct)刻蚀之后通过ct离子注入(imp)b或者bf2，使得ct底部与p型的阱区相连，用以收集空穴电流，同时也能够有效提高igbt的抗闩锁能力。但随着igbt的原胞节距即步进(pitch)越来越小，pitch为原胞和原胞之间的间隔区的宽度和，ct和沟道之间的间距越来越小，ct imp对沟道的影响越来越不能忽略，在pitch为1.6微米/1.2微米节点，ct imp会导致器件的阈值电压(vth)升高和分布离散，并且由于应力问题，晶圆中心部分和边缘部分的vth差异也会更明显，这显然不利于igbt的推广与应用。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种igbt器件，能提高器件的阈值电压的均一性。

2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的igbt器件包括：多个平行排列的沟槽结构；一部分所述沟槽结构作为栅极沟槽结构以及另一部分所述沟槽结构作为发射极沟槽结构。

3、所述栅极沟槽结构包括栅极沟槽、形成于所述栅极沟槽内侧表面的栅介质层和填充于所述栅极沟槽中的栅极导电材料层。

4、所述发射极沟槽结构包括发射极沟槽、形成于所述发射极沟槽内侧表面的发射极介质层和填充于所述发射极沟槽中的发射极导电材料层。

5、所述栅极导电材料层连接到由正面金属层组成的栅极。

6、所述发射极导电材料层连接到由正面金属层组成的发射极。

7、各所述栅极沟槽结构和各所述发射极沟槽结构都穿过第二导电类型掺杂的阱区；被所述栅极导电材料层侧面覆盖的所述阱区的表面用于形成第一导电类型的导电沟道。

8、在所述阱区的底部形成有第一导电类型掺杂的漂移区。

9、在所述漂移区的底部形成有第二导电类型重掺杂的集电区。

10、在所述阱区的选定区域的表面区域中形成有第一导电类型重掺杂的发射区。

11、所述发射区位于各所述栅极沟槽结构的两侧并和对应的所述栅极沟槽结构的侧面自对准；所述发射区不和所述发射极沟槽结构的侧面接触。

12、各所述栅极沟槽结构两侧的所述发射区的顶部通过第一接触孔连接到所述发射极，所述第一接触孔的底部形成有接触注入区，所述接触注入区实现所述第一接触孔和所述阱区的连接。

13、所述发射极沟槽的宽度小于所述栅极沟槽的宽度，用于增加所述沟槽结构之间的台面区的宽度并从而增加所述第一接触孔到所述导电沟道的距离，从而减少所述接触注入区对器件的阈值电压的影响。

14、进一步的改进是，在所述漂移区的顶部区域中还形成有第一导电类型重掺杂的载流子存储层。

15、进一步的改进是，所述栅极沟槽穿过所述载流子存储层。

16、进一步的改进是，所述发射极沟槽的深度小于所述栅极沟槽的深度，以减少面内的应力；所述发射极沟槽和所述栅极沟槽采用相同的刻蚀工艺同时形成，所述发射极沟槽的宽度越小，所述发射极沟槽的深度越浅。

17、进一步的改进是，所述载流子存储层的底部表面位于所述发射极沟槽的底部表面之下，以增加载流子注入效应。

18、进一步的改进是，在各所述发射极沟槽结构两侧的所述阱区的顶部通过第二接触孔连接到发射极；或者，在各所述发射极沟槽结构两侧的所述阱区的顶部未设置接触孔而成浮空(floating)结构。

19、进一步的改进是，所述栅极沟槽结构和所述发射极沟槽结构按m：n的个数比例进行周期排列，m为排列周期中的所述栅极沟槽结构的个数，n为排列周期中的所述发射极沟槽结构的个数，m大于等于1，n大于等于1。

20、进一步的改进是，m：n的值包括：

21、1：1，1：2，1：3，2：2，3：3。

22、进一步的改进是，在所述漂移区和所述集电区之间还包括第一导电类型重掺杂的缓冲层。

23、进一步的改进是，所述发射极沟槽的宽度比所述栅极沟槽的宽度小0.05μm～0.2μm。

24、进一步的改进是，所述栅介质层和所述发射极介质层的材料相同且同时形成。

25、所述栅极导电材料层和所述发射极导电材料层的材料相同且同时形成。

26、进一步的改进是，所述栅介质层的材料包括氧化层，所述栅极导电材料层的材料包括多晶硅。

27、进一步的改进是，平行排列的所述沟槽结构的步进为1.6微米或1.2微米以下。

28、进一步的改进是，igbt器件为n型器件，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型；或者，igbt器件为p型器件，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。

29、进一步的改进是，所述igbt器件为n型器件时，所述接触注入区的注入杂质包括硼或氟化硼。

30、本专利技术设置了和栅极沟槽结构平行排列的发射极沟槽结构，通过减少发射极沟槽的宽度即关键尺寸(cd)，能在保持整个平行排列的沟槽结构的平均步进本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种IGBT器件，其特征在于，包括：多个平行排列的沟槽结构；一部分所述沟槽结构作为栅极沟槽结构以及另一部分所述沟槽结构作为发射极沟槽结构；

2.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：在所述漂移区的顶部区域中还形成有第一导电类型重掺杂的载流子存储层。

3.如权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于：所述栅极沟槽穿过所述载流子存储层。

4.如权利要求3所述的IGBT器件，其特征在于：所述发射极沟槽的深度小于所述栅极沟槽的深度，以减少面内的应力；所述发射极沟槽和所述栅极沟槽采用相同的刻蚀工艺同时形成，所述发射极沟槽的宽度越小，所述发射极沟槽的深度越浅。

5.如权利要求4所述的IGBT器件，其特征在于：所述载流子存储层的底部表面位于所述发射极沟槽的底部表面之下，以增加载流子注入效应。

6.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：在各所述发射极沟槽结构两侧的所述阱区的顶部通过第二接触孔连接到发射极；或者，在各所述发射极沟槽结构两侧的所述阱区的顶部未设置接触孔而成浮空结构。

7.如权利要求5所述的IGBT器

8.如权利要求7所述的IGBT器件，其特征在于：m：n的值包括：

9.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：在所述漂移区和所述集电区之间还包括第一导电类型重掺杂的缓冲层。

10.如权利要求4所述的IGBT器件，其特征在于：所述发射极沟槽的宽度比所述栅极沟槽的宽度小0.05μm～0.2μm。

11.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：所述栅介质层和所述发射极介质层的材料相同且同时形成；

12.如权利要求11所述的IGBT器件，其特征在于：所述栅介质层的材料包括氧化层，所述栅极导电材料层的材料包括多晶硅。

13.如权利要求13所述的IGBT器件，其特征在于：平行排列的所述沟槽结构的步进为1.6微米或1.2微米以下。

14.如权利要求1至13中任一权项所述的IGBT器件，其特征在于：IGBT器件为N型器件，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；

15.如权利要求14所述的IGBT器件，其特征在于：所述IGBT器件为N型器件时，所述接触注入区的注入杂质包括硼或氟化硼。

...

【技术特征摘要】

1.一种igbt器件，其特征在于，包括：多个平行排列的沟槽结构；一部分所述沟槽结构作为栅极沟槽结构以及另一部分所述沟槽结构作为发射极沟槽结构；

2.如权利要求1所述的igbt器件，其特征在于：在所述漂移区的顶部区域中还形成有第一导电类型重掺杂的载流子存储层。

3.如权利要求2所述的igbt器件，其特征在于：所述栅极沟槽穿过所述载流子存储层。

4.如权利要求3所述的igbt器件，其特征在于：所述发射极沟槽的深度小于所述栅极沟槽的深度，以减少面内的应力；所述发射极沟槽和所述栅极沟槽采用相同的刻蚀工艺同时形成，所述发射极沟槽的宽度越小，所述发射极沟槽的深度越浅。

5.如权利要求4所述的igbt器件，其特征在于：所述载流子存储层的底部表面位于所述发射极沟槽的底部表面之下，以增加载流子注入效应。

6.如权利要求1所述的igbt器件，其特征在于：在各所述发射极沟槽结构两侧的所述阱区的顶部通过第二接触孔连接到发射极；或者，在各所述发射极沟槽结构两侧的所述阱区的顶部未设置接触孔而成浮空结构。

7.如权利要求5所述的igbt器件，其特征在于：所述栅极沟槽结构和所述发射极沟槽结构按m：n的个数比例进行周期排列，m为排列周...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宗朋，曾大杰，
申请(专利权)人：上海鼎阳通半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人