CN103839988A - Empt-ti-igbt器件的结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种EMPT-TI-IGBT器件的结构，包括漂移区、栅极、栅氧、发射区、包围在发射区下部将发射区与漂移区隔开的基区、重掺杂区、位于漂移区下方的微穿通区、相间分布引出集电极的集电区和短路区、及位于基区与漂移区之间的载流子减速层，所述发射区和重掺杂区分别与发射极连接，所述发射区和载流子减速层分别与栅极连接，所述栅极通过栅氧与半导体区域绝缘。本发明提供的EMPT-TI-IGBT器件，有效增加了EMPT-TI-IGBT导通时漂移区的载流子浓度，从而减低了EMPT-TI-IGBT器件的导通压降。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，特别涉及一种EMPT-TI-IGBT器件的结构及其制备方法。
背景技术
VDMOS器件的背面是N型半导体，属于单极器件，开关速度快，但是随着耐压的增加，器件的导通压降迅速增大。IGBT器件的背面是P型半导体，在导通时P型集电极会注入大量的空穴，从而发生电导调制效应，降低了导通压降。但另一方面由于注入了大量少子，器件关断时需要将过剩的少子复合掉，这导致器件关断较慢。且由于集电极短路，导致空穴注入效率相比传统IGBT结构要低，所以需要增加漂移区的载流子浓度，增加电导调制作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够降低器件导通压降的EMPT-TI-IGBT器件的结构及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种EMPT-TI-IGBT器件的结构，包括漂移区、平面型栅极、栅氧、发射区、包围在发射区下部将发射区与漂移区隔开的基区、重掺杂区、位于漂移区下方的微穿通区、相间分布引出集电极的集电区和短路区、及位于基区与漂移区之间的载流子减速层，所述发射区和重掺杂区分别与发射极连接，所述发射区和载流子减速层分别与栅极连接，所述栅极通过栅氧与半导体区域绝缘。
进一步地，所述栅极为平面栅，位于半导体表面，栅氧与半导体中间有通过热氧化生长形成的二氧化硅薄层一起将栅极与半导体区域绝缘。
进一步地，所述栅极为平面栅，也可位于沟槽内部，通过热氧化生长在沟槽侧壁的栅氧与底部的二氧化硅薄层一起将栅极与半导体区域绝缘。
一种EMPT-TI-IGBT器件的制备方法，包括：制备载流子减速层和制备微穿通区。
所述制备载流子减速层包括：
增加光刻工艺，通过掩膜定义N型区域；
通过离子注入第一导电类型杂质或第二导电类型的杂质后，扩散形成载流子减速层；
制作栅结构，并在形成的载流子减速层内制作基区与发射区。
所述制备载流子减速层包括：
制作栅结构后进行基区注入；
注入第一导电类型杂质或第二导电类型的杂质后扩散形成载流子减速层；
在形成的载流子减速层内形成基区与发射区。
所述制备微穿通区包括：在P型衬底上外延一层微穿通区。
所述制备微穿通区包括：先用N型衬底半导体作为漂移区，然后减薄后从背面注入第一导电类型杂质并扩散形成微穿通区。
所述制备微穿通区包括：先完成器件的正面工艺，将硅片从背面减薄后，从背面注入第一导电类型杂质并扩散形成微穿通区。
本发明提供的EMPT-TI-IGBT器件，有效增加了EMPT-TI-IGBT导通时漂移区的载流子浓度，从而减低了EMPT-TI-IGBT器件的导通压降。
附图说明
图1为本发明实施例提供的EMPT-TI-IGBT器件的平面型结构示意图。
图2为本发明实施例提供的EMPT-TI-IGBT器件的沟槽型结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种EMPT-TI-IGBT器件的结构，包括漂移区106、栅极101、栅氧102、发射区104、包围发射区104下部将发射区104与漂移区106隔开的基区103、重掺杂区105、位于漂移区106下方的微穿通区107、相间分布引出集电极的集电区108和短路区109、及位于基区103与漂移区106之间的载流子减速层110，发射区104和重掺杂区105与发射极连接，发射区104和载流子减速层110与栅极101连接，栅极101为平面栅，位于半导体表面，栅极101通过栅氧102与半导体区域绝缘。
参见图2，栅极101也可位于沟槽内部，通过热氧化生长在沟槽侧壁的栅氧102与底部的二氧化硅薄层一起将栅极101与半导体区域绝缘。
本发明还提供了EMPT-TI-IGBT器件的制备方法，与传统IGBT的制备方法基本相似，只是增加了载流子减速层和微穿通区的制作工艺：
其中，载流子减速层110的制备，有两种方案：
方案一、工艺开始增加一次光刻工艺，通过掩膜定义N型区域，然后通过离子注入第一导电类型杂质或第二导电类型的杂质后，扩散形成载流子减速层110，最后再进行传统IGBT工艺，制作栅极101和栅氧102，并在形成的载流子减速层110中制作基区103与发射区104。
方案二、工艺不用增加掩膜层数，在制作完栅极101和栅氧102后，注入基区103，然后注入第一导电类型杂质或第二导电类型的杂质后扩散形成载流子减速层110，最后在形成的载流子减速层110中形成基区103与发射区104。
其中，微穿通区的制备，有三种方案：
方案一、外延
在P型衬底上先外延一层微穿通区107，然后再进行其它的工艺。
方案二、正面工艺前通过背面注入形成
先取N型衬底半导体做为漂移区106，然后减薄后从背面注入第一导电类型杂质并扩散形成微穿通区107。
方案三、正面工艺完成后通过背面注入形成
先完成器件的正面工艺，将硅片从背面减薄后，从背面注入第一导电类型杂质并扩散形成微穿通区107。
本发明提供的一种EMPT-TI-IGBT器件，一方面是在集电区108与漂移区106之间加入微穿通区107，它是通过高能离子注入形成的，其掺杂浓度比漂移区106的浓度高，使得电场在其中的分布呈斜角梯形分布，衬底的电场强度在这微穿通区107中基本降到零，从而使IGBT的电压阻断能力与衬底厚度不再有关系，基区103可以明显减薄，这就使得IGBT具有更低的导通电阻、饱和压降、以及更低的通态损耗；并且又能降低该发射极的注入系数，以抑制“晶闸管效应”；同时，在硬开关应用时，微穿通区107还具有另一个优越性，即它能比传统IGBT关断更快，基本没有电流拖尾，这就减少了功率损耗，因为电流拖尾造成的功耗在总开关损耗中占有不少比例。另一方面是在P-基区103与漂移区106之间加入载流子减速层110，它是通过高能离子注入后扩散形成的，其掺杂浓度比漂移区106的浓度高，由于载流子减速层110和漂移区106所形成的N+N-结起到一个势垒的作用，可以在一定程度上抑制空穴进入P-基区103中，从而使P-基区103下方形成了载流子积累的区域，加入短路区109后漂移区106的载流子分布也如同PIN二极管的分布一般，是两面大，中间小，由于载流子浓度增加，从而使器件的导通压降更低，降低了器件的导通损耗。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种EMPT-TI-IGBT器件的结构，其特征在于：包括漂移区、栅极、栅氧、发射区、包围在发射区下部将发射区与漂移区隔开的基区、重掺杂区、位于漂移区下方的微穿通区、相间分布引出集电极的集电区和短路区、及位于基区与漂移区之间的载流子减速层，所述发射区和重掺杂区分别与发射极连接，所述发射区和载流子减速层分别与栅极连接，所述栅极通过栅氧与半导体区域绝缘。
2.根据权利要求1所述的EMPT-TI-IGBT器件的结构，其特征在于：所述栅极为平面栅，位于半导体表面，栅氧与半导体中间有通过热氧化生长形成的二氧化硅薄层一起将栅极与半导体区域绝缘。
3.根据权利要求1所述的EMPT-TI-IGBT器件的结构，其特征在于：所述栅极为平面栅，位于沟槽内部，通过热氧化生长在沟槽侧壁的栅氧与底部的二氧化硅薄层一起将栅极与半导体区域绝缘。
4.一种权利要求1所述EMPT-TI-IGBT器件的制备方法，其特征在于，包括：
制备载流子减速层；
制备微穿通区。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备载流子减速层包括：
增加光刻工艺，通过掩膜定义N型区域；
通过离子注入第一导电类型杂质或第二导电类型的杂质后，扩散形成载流子减速层；
制作栅结构，并在形成的载流子减速层内制作基区与发射区。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备载流子减速层包括：
制作栅结构后进行基区注入；
注入第一导电类型杂质或第二导电类型的杂质后扩散形成载流子减速层；
在载流子减速层内形成基区与发射区。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备微穿通区包括：
在P型衬底上外延一层微穿通区。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备微穿通区包括：
先取N型衬底半导体作为漂移区，然后减薄后从背面注入第一导电类型杂质，并扩散形成微穿通区。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备微穿通区包括：
先完成器件的正面工艺，将硅片从背面减薄后，从背面注入第一导电类型杂质，并扩散形成微穿通区。
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