CN115939199A - 一种igbt器件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种具有局部接触发射区的IGBT器件和IGBT器件制造方法，涉及半导体器件技术领域。IGBT器件包括：MOS器件；场终止层，位于MOS器件的下表面；P型发射区，位于场终止层下表面；绝缘层，位于P型发射区下表面；集电极金属，位于绝缘层下方；其中，在绝缘层的局部打开，形成集电极金属与P型发射区的接触窗口。由于发射区设置为局部发射区，或集电极设置为局部接触发射区，流过器件的电流会因窗口面积比降低，提高流过局部发射区的电流密度，使发射区工作在少子大注入状态，从而提高器件的电导调制强度，降低器件的导通压降。

Description

一种IGBT器件及制造方法

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，尤其涉及IGBT器件及制造方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是由双极型三极管(Bipolar Junction Transistor，BJT)和绝缘栅型场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

如图1所示，在MOS器件1的漏极一侧增加P-N结形成IGBT，因IGBT通常为N沟道增强型，所以相对于MOS器件IGBT只是增加了P型区204。P型区204的形成通常通过浅能级杂质如硼、铝、镓等离子注入，退火后形成替代位掺杂的P型区204。

当MOS器件1的沟道在栅偏压下打开，形成的电流流过P型区204，形成对P型区204的正向偏置，P型区204通过场终止层203向MOS器件1的N-漂移区105注入少数载流子空穴；因少数载流子空穴的注入，对MOS器件1的N-漂移区105形成电导调制，降低了N-漂移区105的电阻，使IGBT具备大电流低压降特点。电流的影响因素是电导调制强度，更高的电导调制强度和更低的导通压降意味着IGBT的性能更好。

如何提高器件的电导调制强度，降低器件的导通压降，是需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种IGBT器件和IGBT器件制造方法，以解决现有技术中如何提高器件的电导调制强度，降低器件的导通压降的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。

第一方面，本申请实施例提供一种IGBT器件，包括：

MOS器件；

场终止层，位于所述MOS器件的下表面；

P型发射区，位于所述场终止层下表面；

绝缘层，位于所述P型发射区下表面；

集电极金属，位于所述绝缘层下方；

其中，在所述绝缘层的局部打开，形成集电极金属与P型发射区的接触窗口。

可选地，所述IGBT器件还包括发射屏蔽区，位于正对着接触窗口的P型发射区上方。

可选地，所述P型发射区为小岛形、网状或条形，与所述场终止层局部下表面接触，局部接触面镶嵌在场终止层底部。进一步可选地，在所述绝缘层的局部打开，形成场终止层与集电极金属接触的第二窗口。

可选地，所述绝缘层的绝缘电压大于0.3V。

可选地，所述绝缘层为SiO₂或Si₃N₄。

第二方面，本申请实施例提供一种IGBT器件制造方法，包括：

制作MOS器件；

采用高能磷离子或氢离子背面注入，形成N+场终止层；

采用硼离子背面注入，形成P型发射区层；

采用CVD或溅射工艺在背面形成绝缘层；

采用光刻工艺在绝缘层上形成局部接触窗口；

溅射或蒸发背面金属，形成集电极金属。

可选地，采用硼离子背面注入，形成P型发射区层的步骤包括：

在所述N+场终止层下方形成发射屏蔽区，在所述发射屏蔽区下方形成P型发射区层。

可选地，所述IGBT器件的半导体材料为硅、SiC或GaN。

可选地，所述MOS器件的结构属于平面栅结构、沟槽栅结构、垂直结构或横向结构。

可选地，限定所述P型发射区层与所述集电极金属接触面的宽度小于30μm，或限定所述P型发射区层与所述集电极金属接触面积小于20％。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的IGBT器件，由于P-N结的少数载流子注入比γ主要与P-N结两侧的杂质浓度及浓度梯度以及流过的电流密度相关，采用局部发射区或集电极金属局部接触发射区形成窗口，因窗口面积比降低，流过局部发射区的电流密度提高，发射区工作在少子大注入状态，从而提高器件的电导调制强度，降低器件的导通压降。本申请提供的技术方案对NPT型和PT型IGBT器件性能都有改善。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有技术中的IGBT器件示意图；

图2为本申请实施例提供的一种局部发射区的IGBT器件示意图；

图3为本申请实施例提供的一种在正对着接触窗口的发射区上方形成发射屏蔽区的IGBT器件示意图；

图4为本申请实施例提供的一种小岛状、网格、条形等形状的局部发射区的IGBT器件示意图；

图5为本申请实施例提供的一种在局部发射区上方形成发射屏蔽区的IGBT器件示意图；

图6为本申请实施例提供的一种增加第二窗口实现逆导的IGBT器件示意图；

图7为本申请实施例提供的一种沟槽刻蚀，形成沟槽的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种氧化形成栅氧化层的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种利用干法刻蚀去除表面的多晶硅，形成栅多晶硅的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种砷和硼离子注入，淀积TEOS等氧化物绝缘层的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种刻蚀露出P+层和N+源区侧表面的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种淀积金属铝，形成发射极金属示意图；

图13为本申请实施例提供的一种背面进行离子注入形成场终止层示意图；

图14为本申请实施例提供的一种背面注入形成发射区层的示意图；

图15为本申请实施例提供的一种淀积绝缘层后采用光刻工艺在绝缘层上形成局部接触窗口的示意图。

附图标记说明：

1-MOS器件

101-发射极金属

102-P+层

103-P阱区

104-空穴存储层

105-N-漂移区

106-N+源区

107-栅绝缘层

108-沟槽

108a-栅氧化层

108b-栅多晶硅

201-绝缘层

202-集电极金属

203-场终止层

204-P型发射区

205-接触窗口

206-发射屏蔽区

207-第二窗口

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

可参阅图2，本申请实施例提供了一种IGBT器件，包括：

MOS器件1；

场终止层203，位于所述MOS器件1的下表面；

P型发射区204，位于所述场终止层203下表面；

绝缘层201，位于所述P型发射区204下表面；

集电极金属202，位于所述绝缘层201下方；

其中，在所述绝缘层201的局部打开，形成集电极金属202与P型发射区204的接触窗口205。

由于P-N结的少数载流子注入比γ主要与P-N结两侧的杂质浓度及浓度梯度以及流过的电流密度相关，本申请实施例采用局部发射区或集电极金属局部接触发射区形成窗口，因窗口面积比降低，流过局部发射区的电流密度提高，发射区工作在少子大注入状态，从而提高器件的电导调制强度，降低器件的导通压降。本申请提供的技术方案对NPT型和PT型IGBT器件性能都能有所改善。

对于MOS器件1，可以设置MOS器件1中具有N-漂移区105，所述N-漂移区105上面具有空穴存储层104，在所述空穴存储层104中形成沟槽108，在所述沟槽108中具有栅氧化层108a及栅多晶硅108b，所述沟槽108两侧具有P阱区103，所述P阱区103中具有P+层102和N+源区106，所述N+源区106下表面与部分P+层102表面和部分P阱区103上表面接触。

在所述MOS器件1的上表面具有发射极金属101，所述发射极金属101下表面与P阱区103中的P+层102上表面与N+源区106侧表面欧姆接触。

在所述发射极金属101中，栅多晶硅108b通过栅绝缘层107和栅氧化层108a与发射极金属101隔离。

在所述N-漂移区105下表面为场终止层203。在所述场终止层203下表面为P型发射区204。在所述P型发射区204下方为绝缘层201，所述绝缘层201，可以是SiO₂、Si₃N₄等电绝缘物，其绝缘电压大于0.3V以上。

在所述绝缘层201打开部分与集电极金属202接触窗口205，所述接触窗口205不超出P型发射区204。

如图3所示，可以场终止层203中，正对部发射区接触窗口205层，在P型发射区204上方采用离子注入方式形成较高浓度发射屏蔽区206，这样可以调整发射区少子注入效率，从而调整IGBT的输出特性。发射屏蔽区的掺杂类型与发射区相反，即发射屏蔽区的掺杂类型为N型，其掺杂浓度越高，则屏蔽作用越强，可以抑制少子大注入过强的情况。

如图4所示，所述P型发射区204，也可以是局部接触场终止层203层，局部接触面镶嵌在场终止层203底部，其制造工艺可以通过光刻工艺，用光刻胶做掩蔽进行硼离子注入，形成局部的P型发射区204，P型发射区204的形状可以是小岛形、网状或条形等形状。

如图5所示，也可以在所述部分发射区的局部接触形成小岛形、网状或条形等形状的P型发射区204上方添加较高浓度发射屏蔽区206，进行少子注入效率的调整。

如图6所示，可以所述P型发射区204下方的绝缘层201中，增加与场终止层203接触的第二窗口207，通过调整场终止层203接触的第二窗口207与局部发射区204或其接触窗口205之间的距离以及各的窗口宽度，实现逆导型IGBT器件。

本申请实施例还提供一种IGBT器件制造方法，包括：

制作MOS器件；

采用高能磷离子或氢离子背面注入，形成N+场终止层203；

采用硼离子背面注入，形成P型发射区204；P型发射区204可以是层状，也可以是小岛形、网状或条形等其他局部形状；

采用CVD或溅射工艺在背面形成绝缘层201；

采用光刻工艺在绝缘层201上形成局部接触窗口205；

溅射或蒸发背面金属，形成集电极金属202。

一种实施方式如下：

步骤1：采用N型外延片，利用氧化物或光刻胶等做为掩蔽膜进行沟槽刻蚀，形成沟槽108，如图7；

步骤2：进行牺牲氧化工艺去除沟槽108刻蚀损伤后进行氧化形成栅氧化层108a，如图8；

步骤3：进行栅多晶硅108b的淀积并进行磷杂质掺杂，退火后利用干法刻蚀去除表面的多晶硅，如图9；

步骤4：进行硼注入，通过高温扩散，形成P阱区103；进行砷离子注入再进行光刻工艺进行硼离子注入，淀积TEOS等氧化物形成绝缘层107，如图10；

步骤5：退火后，采用光刻工艺，光刻和刻蚀绝缘层107和部分N+源区106，露出P+层102和N+源区106侧表面，如图11；

步骤6：淀积含1％硅的金属铝，形成发射极金属101，如图12；

步骤7：硅片背面减薄，用湿法腐蚀去除背面减薄过程中产生的损伤层和畸变层。

步骤8：采用高能磷离子或氢离子硅片背面注入，形成N+场终止层203，如图13；

步骤9：采用硼离子硅片背面注入，形成P型发射区204，如图14；

步骤10：采用低温CVD或溅射工艺在硅片背面形成绝缘层201，如图15；

步骤11：采用光刻工艺在绝缘层201上形成局部接触窗口205，如图15；同理，还可以开设第二窗口207；

步骤12：溅射或蒸发背面金属，形成集电极金属202。

上述MOS器件1的半导体材料可以是硅材料，也可以是SiC、GaN等其他半导体材料，MOS器件1可以是平面栅结构或是沟槽栅结构，可以是垂直结构或是横向结构。

为了提高P型发射区的少子载流子的注入比γ，可以将接触窗口205的横向宽度设置在30μm以下，或将窗口面积比设置为小于20％，窗口面积比即P型发射区与集电极金属接触的窗口面积所占整个场终止层下表面的面积。

总体来说，本申请提出了一种具有局部接触发射区的IGBT器件和IGBT器件制造方法，由于发射区设置为局部发射区，或集电极设置为局部接触发射区，流过器件的电流会因窗口面积比降低，提高流过局部发射区的电流密度，使发射区工作在少子大注入状态，从而提高器件的电导调制强度，降低器件的导通压降。对NPT型和PT型IGBT器件性能都有改善。

以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

上述仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种IGBT器件，其特征在于，包括：

MOS器件(1)；

场终止层(203)，位于所述MOS器件(1)的下表面；

P型发射区(204)，位于所述场终止层(203)下表面；

绝缘层(201)，位于所述P型发射区(204)下表面；

集电极金属(202)，位于所述绝缘层(201)下方；

其中，在所述绝缘层(201)的局部打开，形成集电极金属(202)与P型发射区(204)的接触窗口(205)。

2.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件还包括发射屏蔽区(206)，位于正对着接触窗口(205)的P型发射区(204)上方。

3.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述P型发射区(204)为小岛形、网状或条形，与所述场终止层(203)局部下表面接触，局部接触面镶嵌在场终止层(203)底部。

4.如权利要求3所述的IGBT器件，其特征在于，在所述绝缘层(201)的局部打开，形成场终止层(203)与集电极金属(202)接触的第二窗口(207)。

5.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述绝缘层(201)为SiO₂或Si₃N₄，所述绝缘层(201)的绝缘电压大于0.3V。

6.一种IGBT器件制造方法，其特征在于，包括：

制作MOS器件；

采用高能磷离子或氢离子背面注入，形成N+场终止层(203)；

采用硼离子背面注入，形成P型发射区(204)；

采用CVD或溅射工艺在背面形成绝缘层(201)；

采用光刻工艺在绝缘层(201)上形成局部的接触窗口(205)；

溅射或蒸发背面金属，形成集电极金属(202)。

7.如权利要求6所述的IGBT器件制造方法，其特征在于，采用硼离子背面注入，形成P型发射区层(204)的步骤包括：

在所述N+场终止层(203)下方形成发射屏蔽区(206)，在所述发射屏蔽区(206)下方形成P型发射区层(204)。

8.如权利要求6所述的IGBT器件制造方法，其特征在于，所述IGBT器件的半导体材料为硅、SiC或GaN。

9.如权利要求6所述的IGBT器件制造方法，其特征在于，所述MOS器件(1)的结构属于平面栅结构、沟槽栅结构、垂直结构或横向结构。

10.如权利要求6所述的IGBT器件制造方法，其特征在于，限定所述P型发射区层(204)与所述集电极金属(202)接触面的宽度小于30μm，或限定所述P型发射区层(204)与所述集电极金属(202)接触面积小于20％。

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