CN103794638A - 一种igbt器件及其制作方法 - Google Patents

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张文亮
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Jiangsu IoT Research and Development Center
Jiangsu CAS IGBT Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种IGBT器件及其制作方法,所述IGBT器件包括:基底,所述基底包括漂移区;位于所述基底正面的栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;位于所述漂移区表面内的载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;位于所述基底背面的集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。所述IGBT器件具有较低的导通压降,进而其导通损耗少。

Description

一种IGBT器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制作工艺技术领域,更具体地说,涉及一种IGBT器件及其制作方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET器件的高输入阻抗和电力晶体管(即巨型晶体管,简称GTR)的高速开关特性的优点,因此,IGBT器件被广泛应用到交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
晶体管器件的导通压降决定了其导通损耗,当导通压降较小时,其导通损耗少。虽然,IGBT器件相对于传统的晶体管器件,如MOSFET器件、GTR器件等性能上有了较大提升,但是其导通压降仍须进一步降低,以降低其导通损耗。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种IGBT器件及其制作方法,通过在所述IGBT器件的栅极结构下方增加载流子存储层提高所述IGBT器件栅极结构附近的载流子浓度,降低了导通压降,进而降低了其导通损耗。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种IGBT器件,该器件包括:
基底,所述基底包括漂移区;
位于所述基底正面的栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;
位于所述漂移区表面内的载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;
位于所述基底背面的集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。
优选的,上述IGBT器件中,所述载流子存储层位于所述栅极结构的下方,且与所述栅极结构下表面平行。
优选的,上述IGBT器件中,所述漂移区为N型轻掺杂漂移区,所述载流子存储层为N型重掺杂载流子存储层。
优选的,上述IGBT器件中,所述阱区的深度为2μm-8μm,所述载流子存储层上表面与所述基底上表面的距离为10μm-15μm。
优选的,上述IGBT器件中,所述载流子存储层的厚度为0.5μm-1.5μm。
优选的,上述IGBT器件中,还包括:
位于所述漂移区下表面和所述载流子存储层下表面之间的缓冲层,该缓冲层下表面与所述漂移区下表面存在间隙,且其上表面与所述载流子存储层下表面存在间隙。
优选的,上述IGBT器件中,所述缓冲层下表面与所述基底下表面的距离为10μm-15μm。
优选的,上述IGBT器件中,所述缓冲层的厚度为0.5μm-1.5μm。
优选的,上述IGBT器件中,所述栅极结构为,位于所述基底表面上的平面栅极结构;
或者为,位于所述基底表面内的沟槽栅极结构。
优选的,上述IGBT器件中,所述集电区包括:
深入所述基底背面内的集电区,所述集电区的表面与所述基底背面平行,且所述集电区下表面与所述基底背面重合;
或者,位于所述基底背面下方的集电区。
本发明还提供了一种IGBT器件的制作方法,该方法包括:
提供基底,所述基底包括漂移区;
在所述基底正面形成栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;
在所述漂移区表面内形成载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;
在所述基底背面形成集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。
优选的,上述方法中,所述在所述漂移区表面内形成载流子存储层为:在所述栅极结构的下方形成所述载流子存储层,且所述载流子存储层与所述栅极结构下表面平行。
优选的,上述方法中,还包括:
在所述漂移区下表面和所述载流子存储层下表面之间形成缓冲层,该缓冲层下表面与所述漂移区下表面存在间隙,且其上表面与所述载流子存储层下表面存在间隙。
优选的,上述方法中,通过氢离子注入形成所述载流子存储层和所述缓冲层。
优选的,上述方法中,形成所述载流子存储层时,所述氢离子注入的注入剂量为1.0×108cm-2-1.0×1010cm-2,注入能量为1MeV-2 MeV。
优选的,上述方法中,形成所述缓冲层时,所述氢离子注入的注入剂量为1.0×1010cm-2-1.0×1012cm-2,注入能量为1MeV-2 MeV。
从上述技术方案可以看出,本发明所提供的IGBT器件包括:基底,所述基底包括漂移区;位于所述基底正面的栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;位于所述漂移区表面内的载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;位于所述基底背面的集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。
本申请提供的IGBT器件在阱区下方的漂移区增加了载流子存储层,所述载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区相同,与所述集电区掺杂类型相反。所述载流子存储层富集有与所述漂移区相同电性的第一类载流子,能够提高所述IGBT器件的栅极结构附近的第一类载流子的浓度,此时,所述IGBT器件工作时,将会有较多的与所述第一类载流子电性相反的第二类载流子汇聚在所述栅极结构附近与所述第一类载流子复合,增强了IGBT器件的电导调制作用,进而降低了其导通压降,从而降低了其导通损耗。其中,所述集电区内富集大量的所述第二类载流子,即所述集电区在IGBT器件工作时提供所述第二类载流子。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为非穿通型IGBT器件的结构示意图;
图2为穿通型IGBT器件的结构示意图;
图3为SPT+结构的IGBT器件的结构示意图;
图4为CSTBT结构的IGBT器件的结构示意图;
图5为本发明提供的一种N型平面栅结构的IGBT器件的结构示意图;
图6为本发明提供的一种N型沟槽栅结构的IGBT器件的结构示意图;
图7为本发明提供的IGBT器件与同类型的普通IGBT器件的载流子分布图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述,为了降低IGBT的导通损耗,需要进一步降低其导通压降。
以N型平面栅结构的IGBT器件为例,分为穿通型IGBT和非穿通型IGBT,如图1所示,图1为所述非穿通型IGBT器件的结构示意图,包括:
N型轻掺杂(N-)的基底,所述基底包括:N-漂移区101、位于所述漂移区101两肩的P型阱区102(一般为P型轻掺杂)以及位于所述P型阱区102内的N型重掺杂(N+)源区103;
位于所述基底表面上的栅极结构104;
位于所述阱区102和源区103表面上的源极105;
位于所述基底下方表面内的P型重掺杂(P+)集电区106;
位于所述集电区106下方的集电极107。
参考图2,图2为穿通型IGBT器件的结构示意图,在上述非穿通型IGBT的基础上增加了一层位于所述集电区106上方的N型缓冲层208。所述N型缓冲层208使穿通型IGBT器件在一定的击穿电压下,载流子在所述漂移区101内的漂移区厚度更薄,器件的关断拖尾电流较小,降低了器件的关断损耗。
虽然,上述两种IGBT器件相对于传统晶体管器件,如MOSFET器件、GTR器件等在性能上有了较大提升,但是,由于其靠近所述栅极结构104的漂移区101内载流子浓度较低,导致其电导调制作用较弱,相应的增加了器件的导通压降,增加了其导通损耗。
为了优化IGBT器件的性能,尽可能的降低其导通压降,需要提高栅极104附近漂移区101的载流子浓度。
参考图3,图3为SPT+结构的IGBT器件的结构示意图,该IGBT器件为平面栅极结构,包括:
N-基底,所述基底包括:N-漂移区301、P型阱区302以及位于所述P型阱区302内的N+源区303;
设置在所述P型阱区302以及漂移区301之间的载流子存储层309;
设置在所述源区303和阱区302上方的源极305;
设置在所述源极305两旁的栅极304。
所述SPT+结构的IGBT器件还包括位于所述基底表面内的SPT缓冲层308以及P+集电区306。
其中,所述SPT缓冲层308位于所述P+集电区306与所述漂移区301之间,所述P+集电区306下方设置有集电极307。
虽然,上述SPT+结构的IGBT器件在一定程度上能够降低器件的导通压降,但是,其形成所述载流子存储层时需要额外的掩膜板,增加了工艺成本;而且,其结构存在可靠性,容易导致失效了过高的问题;
参考图4,图4为CSTBT结构的IGBT器件的结构示意图,该IGBT器件为沟槽栅极结构,包括:
N-基底,所述基底包括:N-漂移区401、位于所述漂移区401上方表面内的P型阱区402以及位于所述阱区402内的N+源区403;
位于所述基底内的栅极404,所述栅极404位于所述阱区402中间;
位于所述阱区402和所述源区403上方的源极405;
位于所述基底下方表面内的N+缓冲层408以及P+集电区406,其中,所述缓冲层408位于所述漂移区409与所述集电区406之间;
位于所述集电区406下方的集电极407。
其中,所述阱区402与所述漂移区401之间设置有载流子存储层409。
上述CSTBT结构的IGBT器件虽然在一定程度上降低了导通压降,但是,与上述SPT+结构的IGBT器件一样存在可靠性问题,容易导致失效了过高的问题。同时,在注入载流子存储层的同时会引入载流子补偿效应,会影响器件的其他特性。
图3与图4中所示结构的IGBT器件使额外掩膜板进行离子注入后,需要进行高温推阱工艺使得注入离子横向扩散至一定宽度才能形成载流子存储层;且在器件制作时首先注入磷离子形成所述载流子存储层,然后再形成阱区和源区,由于注入离子原子量及半径较大,在注入时所有所述注入离子途径区域均会有所述注入离子,当后进行硼离子注入形成阱区以及砷离子注入形成源区时需要首先补偿形成载流子存储层时的注入离子,这样导致总掺杂浓度提高,电阻率降低,会增加闩锁的可能,影响器件的特性。图3与图4中所示的IGBT器件结构需要形成较厚的缓冲层,一般为10μm左右,且采用的是P等元素离子注入,退火温度受到正面工艺所限,注入到一定深度需要较长的时间。
发明人研究发现,在漂移区内设置载流子存储层,即载流子存储层与阱区之间具有部分漂移区充当的间隙结构,所述载流子存储层的掺杂类型与IGBT的漂移区的掺杂类型相同,且掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度。通过所述载流子存储层提供载流子,从而提高了靠近IGBT器件栅极的漂移区的载流子浓度,如对于N型基底的IGBT器件,提高了所述IGBT器件栅极的漂移区的电子的浓度,当所述IGBT器件处于工作时,将会有较多的空穴汇聚于所述IGBT器件栅极附近的漂移区与所述电子复合,从而提高了器件的电导调制作用,进而降低了器件的导通压降,降低了导通损耗。
同时,可采用离子注入的方式形成所述载流子存储层,制作成本低;由于所述载流子并不直接与IGBT器件的栅极或是阱区相邻,中间有部分漂移区为间隔,形成所述载流子存储层后,再形成IGBT器件背面结构时,避免了在高温下阱区掺杂离子与所述载流子存储层离子之间发生扩散,即避免了掺杂离子的再分布,结构稳定性好,从而避免了失效过高的问题。
基于上述研究,本发明提供了一种IGBT器件,包括:
基底,所述基底包括漂移区;
位于所述基底正面的栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;
位于所述漂移区表面内的载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;
位于所述基底背面的集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。
所述IGBT器件通过增加载流子存储层提供其栅极附近的漂移区的载流子浓度,从而使得其工作时有更多的电子空穴在其栅极附近的漂移区复合增加了其电导调制作用,进而降低了其导通压降,降低了其导通损耗。
以上是本申请的核心思想,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示装置件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。
基于上述思想,本实施例提供了一种IGBT器件,参考图5,图5为本发明实施例提供的一种N型平面栅结构的IGBT器件的结构示意图,包括:
N-基底,所述基底包括:N-漂移区1;
位于所述基底正面的栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区1表面内的P型阱区4;位于所述阱区表面内的N+源区6;位于所述源区6与所述阱区4上方的源极9;所述栅极结构包括:位于所述基底上表面上方的栅极氧化层以及位于所述栅极氧化层上的栅极5;
位于所述漂移区1表面内的N+载流子存储层3,该载流子存储层3位于所述阱区4下方,且与所述阱区4底部存在间隙,所述载流子存储层3的掺杂类型与所述漂移区1的掺杂类型相同,同为N型,且载流子存储层3的掺杂浓度大于所述漂移区1的掺杂浓度,为N型重掺杂;
位于所述基底背面的集电区7,所述集电区7与所述漂移区1掺杂类型相反,为P+集电区。
上述IGBT器件通过所述载流子存储层3可以提高栅极结构附件漂移区1的载流子浓度,即提高所述载流子存储层3与所述栅极5之间的漂移区1的电子的浓度,从而使得器件工作时,会有更多的空穴在所述载流子存储层3上方的漂移区1与电子复合,提高了器件的电导调制作用,进而降低了其导通压降,进而降低了导通损耗。
所谓的电导调制就是当PN结上流过的正向电流较大时,注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大,为了维持半导体中性条件,其多子浓度也相应大幅度增加,使得其电阻率明显下降,也就是电导率大大增加,这就是电导调制效应。当空穴浓度低时,电导调制作用就弱,空穴浓度高,电导调制作用就强。
本实施例所述IGBT器件的载流子存储层3位于所述栅极结构的下方,且与所述栅极结构的下表面平行。所述载流子存储层3采用离子注入形成于所述漂移区内的平面层状结构。
为了能够利用较薄的基底就可达到较高的击穿电压,本实施例所述IGBT器件还包括位于所述漂移区1下表面(集电区的上表面)和所述载流子存储层下表面之间的N+缓冲层2,该缓冲层2下表面与所述漂移区1下表面存在间隙,且其上表面与所述载流子存储层3下表面存在间隙。
通过调节所述缓冲层2与所述载流子存储层3的距离,可以有效的调节集电极的注入效率,进而调节器件的开关特性,进而可以得到最优化的导通与开关之间的折中关系,降低器件的开关损耗。
IGBT器件存在导通与开关两种工作状态,即持续导通工作以及进行开关操作时两种状态下的能量损耗存在着此消彼长的关系,即为折中关系。在IGBT器件中应综合考虑两种特性,选取最靠近原点的优点以优化器件整体性能。
需要说明是,本申请所述源区6、阱区4、载流子存储层3、缓冲层2以及集电区7均是在所述基底内通过离子掺杂形成,未掺杂的基底为漂移区1。
上述结构的IGBT器件由于所述载流子存储层3位于所述阱区4下方,在其上方有一层漂移区1,即所述载流子存储层3与掺杂类型相反的阱区4具有间隙,避免了在形成器件背面结构(如缓冲层2等)时高温条件下,所述载流子存储层3与阱区4内掺杂离子发生再次扩散,即避免了掺杂离子的再次分布变化,提高了器件的可靠性,避免了失效过高的问题。
本发明又一实施例还提供了另一种IGBT器件,参考图6,图6为本发明实施例提供的一种N型沟槽栅结构的IGBT的结构示意图,本实施例所述IGBT器件包括:
基底为N-基底,所述基底包括:N-漂移区1;
设置在所述基底内的栅极结构,所述栅极结构包括:栅极5以及设置在所述栅极5周边的栅氧化层;
设置在所述基底内的P型阱区4,所述阱区4设置在所述栅极结构的两边,且所述阱区4内设置有源区6;
位于所述阱区4下方的N+载流子存储层3,所述载流子存储层3与所述阱区4之间具有漂移区1,即所述载流子存储层3与所述阱区4底部存在间隙,所述载流子存储层3的掺杂类型与所述漂移区1的掺杂类型相同,同为N型,且载流子存储层3的掺杂浓度大于所述漂移区1的掺杂浓度,为N型重掺杂;
位于所述基底背面的集电区7,所述集电区7与所述漂移区1掺杂类型相反,为P+集电区。
所述IGBT器件还包括:位于所述集电区7背面的金属集电极;位于所述漂移区1下表面(集电区的上表面)和所述载流子存储层下表面之间的N+缓冲层2,该缓冲层2下表面与所述漂移区1下表面存在间隙,且其上表面与所述载流子存储层3下表面存在间隙。
本实施例与上述实施例不同之处在于采用的沟槽栅结构,进而使得阱区4与源区6以及阱区4下方相邻的漂移区1的形状不同,其他结构与上述实施例基本相同。
与上述实施例相同,本实施例所述IGBT器件具有较低的导通压降;可靠性好;可通过调节载流子存储层与缓冲层的距离调剂折中关系,优化器件的性能,降低开关损耗。
且上述两种IGBT器件的载流子存储层以及缓冲层是一整层结构,无需掩膜板控制形状,工艺简单,成本低。
本申请所述两种IGBT器件,阱区的深度为2μm-8μm,离子浓度为1.0×1016cm-3-1.0×1018cm-3;源区的深度为0.5μm-1.5μm,离子浓度为1.0×1017cm-3-1.0×1019cm-3;载流子存储层上表面与所述基底上表面的距离为10μm-15μm,厚度为0.5μm-1.5μm,离子浓度为1.0×1013cm-3-1.0×1015cm-3;缓冲层下表面距所述基底背面的距离为10μm-15μm,厚度为0.5μm-1.5μm,离子浓度为1.0×1015cm-3-1.0×1017cm-3
当本申请所述IGBT器件的各结构的尺寸对应在上述参数范围时,器件具有较低的导通压降和开关损耗,并且具有较好的可靠性。
下面通过实验说明本申请所述IGBT器件能够有效降低器件的导通压降。
将本申请所述IGBT器件与同类型的普通IGBT器件在相同实验条件下进行性能测试,参考图7,图7为本申请所述沟槽栅结构IGBT器件与同类型的普通IGBT器件的载流子分布图,其中,曲线A及其所包围区域为本发明实施例所述IGBT器件的载流子分布图,曲线B为普通IGBT器件的载流子分布图。
由图7可知,本申请所述沟槽栅结构IGBT器件载流子浓度有了显著的提升,即其导通压降较低,导通损耗较少。
上述两种结构的IGBT器件的集电区均为深入所述基底背面内的集电区,所述集电区的表面与所述基底背面平行,且所述集电区下表面与所述基底背面重合,可采用离子注入工艺形成。需要说明的是,所述集电区还可以为位于所述基底背面下方的集电区,可采用沉积工艺形成。
本发明又一实施例提供了一种IGBT器件的制作方法,包括:
提供基底,所述基底包括漂移区;
在所述基底正面形成栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;
在所述漂移区表面内形成载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;
在所述基底背面形成集电极结构。
采用本实施例所述方法制备的IGBT器件可通过所述载流子存储层降低导通压降,降低其导通损耗。
本发明又一实施例还提供了一种平面栅结构IGBT器件的制作方法,首先提供N-基底,此时整个基底为N-漂移区。所述N-基底可由单晶硅制备而成。
然后,在所述基底正面形成栅极结构和源极结构。在形成所述栅极结构时,首先对所述基底上表面进行氧化,形成栅氧化层;在所述栅氧化层上沉积多晶硅层;采用刻蚀工艺对所述栅氧化层和多晶硅层进行刻蚀,形成需要的栅极结构。
在经过上述处理后的基底的预设位置进行硼离子注入,再进行高温推阱工艺,温度为1000℃-1200℃,使得注入的离子纵向扩散达到所需的深度并在横向上扩散到所述栅极结构下方,形成P型阱区;然后,在所述阱区的设定位置进行砷离子注入,氧化形成钝化保护层后,进行高温推阱工艺,温度为800℃-1000℃,形成N+源区,在所述源区以及阱区上方形成源极。
其中,所述阱区的深度为2μm-8μm,离子浓度为1.0×1016cm-3-1.0×1018cm-3;源区的深度为0.5μm-1.5μm,离子浓度为1.0×1017cm-3-1.0×1019cm-3
对上述基底正反面分别进行氢离子注入,被对注入氢离子后的基底进行激光退火,在所述基底内形成具有一定深度即厚度的N+载流子存储层以及N+缓冲层。
可首先对所述基底上表面进行氢离子注入,离子注入剂量为1.0×108cm-2-1.0×1010cm-2,注入能量为1MeV-2 MeV。然后通过激光退火形成厚度为0.5μm-1.5μm的所述载流子存储层,可通过控制注入能量以及激光退火温度及退火时间控制所述载流子存储层的深度及厚度,本实施例所述载流子存储层的上表面距所述基底的上表面的距(载流子存储层的注入深度)离为10μm-15μm。所述载流子存储层为平面层状结构,其上下表面与所述阱区底面平行且与所述阱区底面具有间隙。
采用相同工艺对所述基底下表面进行氢离子注入形成所述缓冲层,此时,离子注入剂量为1.0×1010cm-2-1.0×1012cm-2,注入能量为1MeV-2 MeV。所述缓冲层的厚度为0.5μm-1.5μm,其下表面距所述基底下表面的距离(缓冲层的注入深度)为10μm-15μm,其上表面与所述载流子存储层存在间隙。
再通过刻蚀、沉积工艺在所述源区以及阱区上方形成源极,所述源极包括:铝电极、银电极或是银铝电极等金属电极。
再对所述基底进行正面钝化,形成一层钝化保护层。
最后,对上述基底背面进行硼离子注入并在400℃-500℃温度下退火形成一定厚度的集电区,在所述集电区背面沉积金属集电极,如沉积铝、银等金属层。
经过上述方法制备的IGBT器件其结构可参见图5。
采用本实施例所述方法采用氢离子注入形成所述载流子存储层及缓冲层,且所述缓冲层与所述载流子存储层与最近邻的掺杂类型相反的其他结构以漂移区为间隔,避免了后续工艺退火时高温条件下掺杂离子的扩散再分布,器件可靠性好;且采用离子注入形式形成平面层状的载流子存储层,无需采用掩膜板设定载流子存储层形状,工艺简单,成本低;采用氢离子注入,氢离子采用较小的能量即可获得较大的动能,能耗小,可以容易的注入较大的深度。
同时,采用本实施例所述方法制备的IGBT器件通过所述载流子存储层能够有效降低器件导通压降;并通过控制所述载流子存储层以及缓冲层的注入深度来控制二者之间的距离,可有效调节集电极的注入效率,进而调节器件的开关特性,得到最优化的器件折中关系,降低器件的开关损耗。
上述实施例介绍了制备N型平面栅结构IGBT器件的制作方法,本实施例提供了一种沟槽栅结构的IGBT器件的制作方法。
首先,提供N-基底,所述基底包括N-漂移区。
在所述基底上表面形成离子注入保护氧化层,通过所述氧化保护层设定阱区离子注入的预设位置。
在预设位置注入硼离子,然后高温退火,退火温度为1000℃-1200℃,仅使硼离子高温下进行纵向扩散以到达设定的深度,进而形成阱区。所述阱区深度与上一实施例相同。
去除所述氧化保护层并对基底上表面的非阱区部分进行刻蚀形成一定深度的栅极沟槽,所述沟槽的深度略大于所述阱区深度;对所述沟槽表面进行氧化,形成栅氧化层;在所述沟槽内沉积多晶硅,形成沟槽栅极。然后在所述栅极上表面形成钝化保护层。
在所述阱区内注入砷离子,高温退火,退火温度为800℃-1000℃,仅使砷离子在纵向扩散到设定的深度即可,进而形成N+源区。源区深度与上述实施例相同。
后续工序与上述实施例形成源区后的工序相同。
通过本实施例所述方法形成的N型沟槽栅结构的IGBT器件的结构参见图6。
与上述实施例相同,本实施例所述方法工艺简单、成本低;且采用氢离子注入能耗小;制备的IGBT器件可靠性好、具有较低的导通压降;并可通过控制所述载流子存储层与缓冲层的距离调节器件的开关特性。
需要说明的是,本申请各实施例可相互补充说明;所述方法实施例中,将退火温度较高的工序放置在退火温度较低的工序之前,避免前者位于后者之前时使得后者掺杂离子发生再分布。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种IGBT器件,其特征在于,包括:
基底,所述基底包括漂移区;
位于所述基底正面的栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;
位于所述漂移区表面内的载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;
位于所述基底背面的集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。
2.根据权利要求1所述的IGBT器件,其特征在于,所述载流子存储层位于所述栅极结构的下方,且与所述栅极结构下表面平行。
3.根据权利要求2所述的IGBT器件,其特征在于,所述漂移区为N型轻掺杂漂移区,所述载流子存储层为N型重掺杂载流子存储层。
4.根据权利要求2所述的IGBT器件,其特征在于,所述阱区的深度为2μm-8μm,所述载流子存储层上表面与所述基底上表面的距离为10μm-15μm。
5.根据权利要求4所述的IGBT器件,其特征在于,所述载流子存储层的厚度为0.5μm-1.5μm。
6.根据权利要求2所述的IGBT器件,其特征在于,还包括:
位于所述漂移区下表面和所述载流子存储层下表面之间的缓冲层,该缓冲层下表面与所述漂移区下表面存在间隙,且其上表面与所述载流子存储层下表面存在间隙。
7.根据权利要求6所述的IGBT器件,其特征在于,所述缓冲层下表面与所述基底下表面的距离为10μm-15μm。
8.根据权利要求7所述的IGBT器件,其特征在于,所述缓冲层的厚度为0.5μm-1.5μm。
9.根据权利要求2所述的IGBT器件,其特征在于,所述栅极结构为,位于所述基底表面上的平面栅极结构;
或者为,位于所述基底表面内的沟槽栅极结构。
10.根据权利要求1-9任一项所述的IGBT器件,其特征在于,所述集电区包括:
深入所述基底背面内的集电区,所述集电区的表面与所述基底背面平行,且所述集电区下表面与所述基底背面重合;
或者,位于所述基底背面下方的集电区。
11.一种IGBT器件制作方法,其特征在于,包括:
提供基底,所述基底包括漂移区;
在所述基底正面形成栅极结构和源极结构,所述源极结构包括位于所述漂移区表面内的阱区,以及位于所述阱区表面内的源区;
在所述漂移区表面内形成载流子存储层,该载流子存储层位于所述阱区下方,且与所述阱区底部存在间隙,该载流子存储层的掺杂类型与所述漂移区的掺杂类型相同,且载流子存储层的掺杂浓度大于漂移区的掺杂浓度;
在所述基底背面形成集电区,所述集电区与所述漂移区掺杂类型相反。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述在所述漂移区表面内形成载流子存储层为:在所述栅极结构的下方形成所述载流子存储层,且所述载流子存储层与所述栅极结构下表面平行。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括:
在所述漂移区下表面和所述载流子存储层下表面之间形成缓冲层,该缓冲层下表面与所述漂移区下表面存在间隙,且其上表面与所述载流子存储层下表面存在间隙。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,通过氢离子注入形成所述载流子存储层和所述缓冲层。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,形成所述载流子存储层时,所述氢离子注入的注入剂量为1.0×108cm-2-1.0×1010cm-2,注入能量为1MeV-2 MeV。
16.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,形成所述缓冲层时,所述氢离子注入的注入剂量为1.0×1010cm-2-1.0×1012cm-2,注入能量为1MeV-2MeV。
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