CN103137679A - 绝缘栅双极型晶体管器件结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘栅双极型晶体管器件结构，包括；N型耐压体区，位于该N型耐压体区上端的P体区，形成于所述P体区两侧的沟道区，位于该沟道区上端和P体区上端的N+发射区，在该N+发射区和沟道区侧端形成的沟槽，位于该沟槽和N+发射区上端的隔离介质层；位于所述隔离介质层上端，由所述P体区引出的发射极；其中，在所述N型耐压体区的下端依次形成有超级结结构区、N型区、P+集电区和集电极。本发明还公开了一种绝缘栅双极型晶体管器件结构的制作方法。本发明能够有效减少器件关断损耗。

Description

绝缘栅双极型晶体管器件结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及领域半导体集成电路领域，特别是涉及一种绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件结构。本发明还涉及一种制作所述晶体管器件结构的方法。
背景技术
IGBT是一种大功率的分立器件，具有很高的耐压以及导电能力，其缺点是当器件关断时会有较大的拖尾电流，该拖尾电流逐步减小导致器件的关断时间较长，并产生较大的关断损耗。拖尾电流与背面集电极端形成的PN结有很大的关系。超级结结构的大功率分立器件与IGBT相比，尽管其耐压和导电能力略低，但其拖尾电流很小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种绝缘栅双极型晶体管器件结构，能够有效减少器件关断损耗；为此，本发明还要提供一种绝缘栅双极型晶体管器件结构的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明的绝缘栅双极型晶体管器件结构，包括；N型耐压体区，位于该N型耐压体区上端的P体区，形成于所述P体区两侧的沟道区，位于该沟道区上端和P体区上端的N+发射区，在该N+发射区和沟道区侧端形成的沟槽，位于该沟槽和N+发射区上端的隔离介质层；位于所述隔离介质层上端，由所述P体区引出的发射极；其中：在所述N型耐压体区的下端依次形成有超级结结构区、N型区、P+集电区和集电极。
所述绝缘栅双极型晶体管器件结构的制作方法采用的第一种技术方案是：
步骤一、形成N型耐压体区、在该N型耐压体区的上端分别形成P体区、沟道区、沟槽和N+发射区；其中，还包括：
步骤二、在所述N型耐压体区的下端形成超级结结构区；
步骤三、在所述超级结结构区的下端外延生长N型区；
步骤四、通过离子注入在所述N型区的下端形成P+集电区；在器件的正面和背面分别进行金属化处理，分别形成集电极和发射极。
所述绝缘栅双极型晶体管器件结构的制作方法采用的第二种技术方案是：
步骤1、在N型衬底的上端形成超级结结构区；
步骤2、在所述超级结结构区上端外延生长N型耐压体区；
步骤3、在N型耐压体区的上端分别形成P体区、沟道区、沟槽、N+发射区、隔离介质层和发射极；
步骤4、将N型衬底的下端面减薄后形成N型区，并通过离子注入在所述N型区的下端依次形成P+集电区和集电极。
本发明的绝缘栅双极型晶体管器件结构，与现有IGBT器件结构中与P+集电区相邻的N型耐压体区形成的单纯PN结不同，在器件背面与P+集电区相邻的N耐压体区形成一定深度的超级结结构。这种器件结构结合了IGBT与超级结的特点，使得器件在厚度与反向耐压保持不变的情况下，可以提高超级结区域的N型载流子浓度，正向导通时注入的P型少数载流子在器件关断后更易于复合，减少IGBT器件在关断过程中的拖尾电流，从而达到减少器件关断损耗的目的。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的IGBT器件结构示意图；
图2是背面具有超级结IGBT器件结构示意图；
图3-5是制作图2所示IGBT器件结构实施例一流程示意图；
图6-8是制作图2所示IGBT器件结构实施例二流程示意图。
具体实施方式
图1现有的普通沟槽IGBT器件结构示意图。在N型耐压体区(基区)3的上端具有P体区6、沟道区4、沟槽8、N+发射区5、隔离介质层14和发射极7，构成器件的正面结构。在N型耐压体区(基区)3的下端(背面)依次具有P+集电区2和集电极1。
图2是背面具有超级结IGBT器件结构示意图。它与图1所示现有的IGBT器件结构相比区别在于，在器件的背面与P+集电区相邻的N型耐压体区1中形成一定深度的超级结结构区9，在该超级结结构区9的下端形成N型区10。采用这种结构，在器件耐压水平不变的情况下，耐压基区内具有更多的高载流子浓度区域，提高了注入的P型少数载流子的复合几率，在器件关断后拖尾电流迅速降低，减小了关断时间，从而减少关断损耗。
图2所示的器件结构包括但不限于下面所述的两种实现方案。
实施例一，参见图3-5所示。
步骤一、结合图3所示，形成N型耐压体区3，在该N型耐压体区3的上端分别形成P体区6、沟道区4、沟槽8和N+发射区5。即完成器件正面主要结构的制作工艺流程，可采用现有的各种制作工艺方法实施完成制作。
步骤二、结合图4所示，在所述N型耐压体区的下端，刻蚀多个深沟槽，利用现有的超级结结构制作方法形成超级结结构区9。例如，采用在沟槽内进行外延生长填充沟槽的方式，形成由交替排列的N型半导体和P型半导体构成的超级结结构区9。
步骤三、结合图5所示，在所述超级结结构区9的下端外延生长N型区10。
步骤四、结合图2所示，通过离子注入在所述N型区10的下端形成P+集电区2；在器件的正面和背面分别进行金属化处理，分别形成集电极1和发射极7；最终形成的器件结构如图2所示。
本实施例适用于高压IGBT器件结构。
实施例二，结合图6-8所示。
步骤1、结合图6所示，在较高浓度的N型衬底11的上端形成超级结结构区9。
步骤2、结合图7所示，在所述超级结结构区9上端外延生长较低浓度具有一定厚度的N型耐压体区3。该N型耐压体区3的厚度由器件的耐压水平决定。
步骤3、结合图8所示，在N型耐压体区的上端(器件的正面)形成器件的正面结构，即分别形成P体区6、沟道区4、沟槽8、N+发射区8和隔离介质层14；再经过金属化处理，形成发射极7。
步骤4、结合图2、8所示，将N型衬底11的下端面(背面)减薄形成N型区10，通过离子注入在所述N型区10的下端形成P+集电区2，再经过金属化处理，形成集电极1。
本实施例更适用于中低压IGBT器件结构。
所述超级结结构区9的厚度范围为5～50μm之间；该超级结结构区9的掺杂浓度是N型耐压体区3的掺杂浓度1～10倍；所述超级结结构区9的P区与N区的掺杂浓度之比为0.2～5之间。
所述超级结结构区9与背面P+集电区2之间的N型区10的厚度范围为1～10μm之间。N型区10的掺杂浓度是N型耐压体区3浓度的1～1000倍。N型区10的掺杂浓度分布可以是均匀分布，也可以是从P+集电区2到超级结结构区9逐步降低的浓度分布。
超级结结构区9与背面P+集电区2之间的N型区10的厚度低于超级结结构区9的厚度。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种绝缘栅双极型晶体管器件结构，包括；N型耐压体区，位于该N型耐压体区上端的P体区，形成于所述P体区两侧的沟道区，位于该沟道区上端和P体区上端的N+发射区，在该N+发射区和沟道区侧端形成的沟槽，位于该沟槽和N+发射区上端的隔离介质层；位于所述隔离介质层上端，由所述P体区引出的发射极；
其特征在于，还包括：在所述N型耐压体区的下端依次形成有超级结结构区、N型区、P+集电区和集电极。
2.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述超级结结构区的厚度范围为5～50μm。
3.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述超级结结构区的浓度是N型耐压体区的浓度1～10倍。
4.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述超级结结构区的P区与N区的掺杂浓度之比为0.2～5。
5.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述N型区的厚度范围为1～10μm。
6.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述N型区的掺杂浓度是N型耐压体区浓度的1～1000倍。
7.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述N型区的掺杂浓度分布可以是均匀分布，也可以是从P+集电区到超级结结构区逐步降低的浓度分布。
8.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于：所述N型区的厚度低于超级结结构区的厚度。
9.一种制作权利要求1-8任一所述的绝缘栅双极型晶体管器件结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤一、形成N型耐压体区、在该N型耐压体区的上端分别形成P体区、沟道区、沟槽和N+发射区；其特征在于，还包括：
步骤二、在所述N型耐压体区的下端形成超级结结构区；
步骤三、在所述超级结结构区的下端外延生长N型区；
步骤四、通过离子注入在所述N型区的下端形成P+集电区；在器件的正面和背面分别进行金属化处理，分别形成集电极和发射极。
10.一种制作权利要求1-8任一所述的绝缘栅双极型晶体管器件结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在N型衬底的上端形成超级结结构区；
步骤2、在所述超级结结构区上端外延生长N型耐压体区；
步骤3、在N型耐压体区的上端分别形成P体区、沟道区、沟槽、N+发射区、隔离介质层和发射极；
步骤4、将N型衬底的下端面减薄后形成N型区，并通过离子注入在所述N型区的下端依次形成P+集电区和集电极。
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