專利名稱：一種具有介電質(zhì)阻止層的igbt器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體電子元器件制造領(lǐng)域，具體涉及一種具有介電質(zhì)阻止層的 IGBT器件。
背景技術(shù)：
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是國(guó)際上公認(rèn)的電力電子技術(shù)第三次革命的最具代 表性的產(chǎn)品，是目前電力電子技術(shù)領(lǐng)域中最具有優(yōu)勢(shì)的功率器件之一。IGBT是一種具有 MOS輸入、雙極輸出功能的M0S、雙極相結(jié)合的器件。結(jié)構(gòu)上，它是由成千上萬(wàn)個(gè)重復(fù)單元 (即元胞)組成，是一種采用大規(guī)模集成電路技術(shù)和功率器件技術(shù)制造的一種大功率集成 器件。IGBT廣泛應(yīng)用于電機(jī)節(jié)能、冶金、新能源、輸變電、汽車(chē)電子、軌道交通，家用電器等國(guó) 民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，是中國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。IGBT 在上世紀(jì)80年代初研制成功，其性能經(jīng)過(guò)二十幾年的不斷提高和改進(jìn)，已成熟地應(yīng)用于中 高頻大功率領(lǐng)域。它將MOSFET的電壓控制、控制功率小、易于并聯(lián)、開(kāi)關(guān)速度高的特點(diǎn)和雙 極晶體管的電流密度大、電流處理能力強(qiáng)、飽和壓降低的特點(diǎn)集中于一身，表現(xiàn)出易驅(qū)動(dòng)、 低通態(tài)壓降、較快開(kāi)關(guān)速度、高耐壓、大電流、高頻率等優(yōu)越的綜合性能。其通態(tài)電流密度是 VDMOS的幾十倍。IGBT器件目前的電壓范圍已經(jīng)擴(kuò)到300至6500伏，電流范圍已經(jīng)擴(kuò)到幾 安培至幾百安培，頻率范圍已經(jīng)擴(kuò)到幾百赫茲至幾十千赫。IGBT芯片根據(jù)電流應(yīng)用范圍采 用混合封裝技術(shù)為基礎(chǔ)的多芯片功率模塊或傳統(tǒng)的分立功率器件封裝形式。如何進(jìn)一步降低IGBT導(dǎo)通正向壓降提高器件性能成為一個(gè)重要的課題。問(wèn)題解 決的關(guān)鍵在于如何提高臨近P基區(qū)的過(guò)量載流子濃度。常規(guī)IGBT器件包括P+型摻雜體接 觸區(qū)、N+型摻雜源區(qū)、P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)、N型摻雜電場(chǎng)截止區(qū)以及P+型發(fā)射區(qū)， P+型摻雜體接觸區(qū)和部分N+型摻雜源區(qū)被金屬發(fā)射電極覆蓋，N+型摻雜源區(qū)另一部分、P 型基區(qū)及N型摻雜漂移區(qū)被柵氧化硅區(qū)覆蓋，柵氧化硅區(qū)上覆蓋多晶硅柵電極，P+型發(fā)射 區(qū)被金屬集電極覆蓋。由于IGBT正向?qū)〞r(shí)，P基區(qū)與N型摻雜漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)是 反向偏置，造成了該區(qū)域過(guò)量載流子濃度偏低及IGBT正向壓降過(guò)高。通過(guò)各種方法減小P 基區(qū)對(duì)過(guò)量載流子濃度的影響成為近期內(nèi)的研究熱門(mén)課題。Manabu Takei等于2010年6 月 7 0在第 22 屆 International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC^ s 上發(fā)表了題為“DB (Dielectric Barrier) IGBT with Extreme Injection Enhancement，，的 文章，提出用介電質(zhì)阻止埋層遮掩ρ基區(qū)達(dá)到提高該區(qū)的過(guò)量載流子濃度的效果。但是，該 技術(shù)采用橫向選擇性外延生長(zhǎng)技術(shù)(Lateral Selective epitaxial growth)，成本高，晶 格缺陷多，對(duì)該器件概念的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)較大難度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種優(yōu)化調(diào)制過(guò)量載流子的空間分布 的IGBT器件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下解決方案一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，包括P+型摻雜體接觸區(qū)、N+型摻雜源區(qū)、P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)、N型摻雜電場(chǎng)截止區(qū)以及P+型發(fā)射區(qū)，P+型摻雜體接觸區(qū)和部 分N+型摻雜源區(qū)被金屬發(fā)射電極覆蓋，N+型摻雜源區(qū)另一部分、P型基區(qū)及N型摻雜漂移 區(qū)被柵氧化硅區(qū)覆蓋，柵氧化硅區(qū)上覆蓋多晶硅柵電極，P+型發(fā)射區(qū)被金屬集電極覆蓋，所 述P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)之間埋設(shè)有介電質(zhì)阻止層(Dielectric Barrier或DB)，介電 質(zhì)阻止層超出P型基區(qū)邊緣部分的上方設(shè)有N型摻雜區(qū)。所述P型基區(qū)和N型摻雜區(qū)之間及柵氧化硅層下面形成MOS溝道，介電質(zhì)阻止層 外側(cè)還設(shè)有用于連接MOS溝道和N型摻雜漂移區(qū)的N型填充區(qū)。所述P+型摻雜區(qū)、N+型摻雜源區(qū)、P型基區(qū)、N型摻雜區(qū)、N型摻雜漂移區(qū)、N型摻 雜電場(chǎng)截止區(qū)及P+型發(fā)射區(qū)均采用單晶硅材料，N型填充區(qū)采用多晶硅材料。作為優(yōu)選，所述介電質(zhì)阻止層采用二氧化硅材料。作為另一優(yōu)選方案，所述介電質(zhì)阻止層采用氮化硅材料。本實(shí)用新型與現(xiàn)有IGBT器件相比，有益效果在于通過(guò)設(shè)置介電質(zhì)阻止層及N型 摻雜區(qū)，起到積蓄過(guò)量載流子的作用，增強(qiáng)過(guò)量載流子的空間分布，優(yōu)化IGBT器件性能；晶 格缺陷少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，加工成本低。

圖1為現(xiàn)有IGBT器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的IGBT器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述現(xiàn)有的IGBT器件如圖1所示，由以下幾個(gè)區(qū)域形成P+型摻雜體接觸區(qū)1，N+型 摻雜源區(qū)2，P型基區(qū)3，N型摻雜漂移區(qū)4，N型摻雜電場(chǎng)截止區(qū)5，P+型發(fā)射區(qū)6，P+型摻 雜體接觸區(qū)1和部分N+型摻雜源區(qū)2被金屬發(fā)射電極8覆蓋，N+型摻雜源區(qū)2另一部分、 P型基區(qū)3及N型摻雜漂移區(qū)4被柵氧化硅區(qū)13覆蓋，柵氧化硅區(qū)13上覆蓋多晶硅柵電 極9，P+型發(fā)射區(qū)6被金屬集電極8覆蓋。由于IGBT正向?qū)〞r(shí)，P型基區(qū)3與N型摻雜 漂移區(qū)4之間形成的PN結(jié)是反向偏置，造成了該區(qū)域過(guò)量載流子濃度偏低及IGBT正向壓 降過(guò)高。本實(shí)用新型提供一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，結(jié)構(gòu)如圖2所示。由以下幾 個(gè)區(qū)域形成P+型摻雜體接觸區(qū)1，N+型摻雜源區(qū)2，P型基區(qū)3，N型摻雜漂移區(qū)4，N型摻 雜電場(chǎng)截止區(qū)5，P+型發(fā)射區(qū)6，P+型摻雜體接觸區(qū)1和部分N+型摻雜源區(qū)2被金屬發(fā)射 電極8覆蓋，N+型摻雜源區(qū)2另一部分、P型基區(qū)3及N型摻雜漂移區(qū)4被柵氧化硅區(qū)13 覆蓋，柵氧化硅區(qū)13上覆蓋多晶硅柵電極9，P+型發(fā)射區(qū)6被金屬集電極8覆蓋。與常規(guī)的IGBT器件不同之處在于，在P型基區(qū)3和N型摻雜漂移區(qū)4之間埋設(shè)有 介電質(zhì)阻止層12，阻止空穴載流子流向P型基區(qū)3，在以達(dá)到減小P型基區(qū)3對(duì)過(guò)量載流子 濃度影響的效果。該介電質(zhì)阻止層12可采用包括二氧化硅、氮化硅在內(nèi)的各種介電材料， 厚度在0. 5至5微米之間，寬度在1至20微米之間。介電質(zhì)阻止層12厚度及寬度，以及其 上方的N型摻雜區(qū)10，11的厚度，寬度，摻雜濃度對(duì)器件的擊穿電壓和載流子空間分布都有 影響，是器件設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要參數(shù)。該電介質(zhì)阻擋埋層12可采用各種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括
4使用SOI (絕緣襯底上的硅)起始晶圓。介電質(zhì)阻止層超出P型基區(qū)邊緣部分的上方設(shè)有 N型摻雜區(qū)10，厚度在0.5至5微米之間。介電質(zhì)阻止層12外側(cè)還設(shè)有N型填充區(qū)11，起 到連接MOS溝道與N型漂移區(qū)4的作用。當(dāng)多晶硅柵9置于低于閾值電壓和發(fā)射極8接地時(shí)，該IGBT處于關(guān)閉狀態(tài)，P型基 區(qū)3與N型摻雜區(qū)(10，11，及4)之間形成的PN結(jié)處于反向偏置，并支持加載集電極上的正 電壓。當(dāng)多晶硅柵9上所加電壓高于閾值電壓和發(fā)射極8接地時(shí)，該IGBT處于開(kāi)啟狀態(tài)， 被柵氧化硅區(qū)13覆蓋的P型基區(qū)3區(qū)域內(nèi)形成的MOS溝道開(kāi)始提供電子電流，并通過(guò)N型 摻雜單晶硅區(qū)10及采用多晶硅材料的N型填充區(qū)11注入到N型摻雜漂移區(qū)4，與P+型發(fā) 射區(qū)6注入的空穴一起實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制。新型IGBT結(jié)構(gòu)引入SOI硅片的介電質(zhì)阻止層阻擋 流向P型基區(qū)的空穴電流，過(guò)量載流子在介電質(zhì)阻止層附近積蓄，以達(dá)到增強(qiáng)導(dǎo)電調(diào)制過(guò) 量載流子的空間分布，整體器件性能優(yōu)于槽溝柵IGBT結(jié)構(gòu)。雖然本實(shí)用新型已通過(guò)參考優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了圖示和描述，但是，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，可以不限于上述實(shí)施例的描述，在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，可作形式和細(xì) 節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，包括P+型摻雜體接觸區(qū)、N+型摻雜源區(qū)、P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)、N型摻雜電場(chǎng)截止區(qū)以及P+型發(fā)射區(qū)，P+型摻雜體接觸區(qū)和部分N+型摻雜源區(qū)被金屬發(fā)射電極覆蓋，N+型摻雜源區(qū)另一部分、P型基區(qū)及N型摻雜漂移區(qū)被柵氧化硅區(qū)覆蓋，柵氧化硅區(qū)上覆蓋多晶硅柵電極，P+型發(fā)射區(qū)被金屬集電極覆蓋，其特征在于所述P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)之間埋設(shè)有介電質(zhì)阻止層，介電質(zhì)阻止層超出P型基區(qū)邊緣部分的上方設(shè)有N型摻雜區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，其特征在于所述P型 基區(qū)和N型摻雜區(qū)之間及柵氧化硅層下面形成MOS溝道，介電質(zhì)阻止層外側(cè)還設(shè)有用于連 接MOS溝道和N型摻雜漂移區(qū)的N型填充區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，其特征在于所述P+型 摻雜區(qū)、N+型摻雜源區(qū)、P型基區(qū)、N型摻雜區(qū)、N型摻雜漂移區(qū)、N型摻雜電場(chǎng)截止區(qū)及P+ 型發(fā)射區(qū)均采用單晶硅材料，N型填充區(qū)采用多晶硅材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，其特征在于所述介電 質(zhì)阻止層采用二氧化硅材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，其特征在于所述介電 質(zhì)阻止層采用氮化硅材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，其特征在 于介電質(zhì)阻止層厚度在0. 5至5微米之間，寬度在1至20微米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，其特征在 于介電質(zhì)阻止層通過(guò)SOI起始晶圓制得。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種具有介電質(zhì)阻止層的IGBT器件，包括P+型摻雜體接觸區(qū)、N+型摻雜源區(qū)、P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)、N型摻雜電場(chǎng)截止區(qū)以及P+型發(fā)射區(qū)，P+型摻雜體接觸區(qū)和部分N+型摻雜源區(qū)被金屬發(fā)射電極覆蓋，N+型摻雜源區(qū)另一部分、P型基區(qū)及N型摻雜漂移區(qū)被柵氧化硅區(qū)覆蓋，柵氧化硅區(qū)上覆蓋多晶硅柵電極，P+型發(fā)射區(qū)被金屬集電極覆蓋，P型基區(qū)和N型摻雜漂移區(qū)之間埋設(shè)有介電質(zhì)阻止層，介電質(zhì)阻止層超出P型基區(qū)邊緣部分的上方設(shè)有N型摻雜區(qū)。本實(shí)用新型有益效果在于設(shè)置介電質(zhì)阻止層及N型摻雜區(qū)，起到積蓄過(guò)量載流子的作用，增強(qiáng)過(guò)量載流子的空間分布，優(yōu)化IGBT器件性能；晶格缺陷少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，加工成本低。
文檔編號(hào)H01L29/06GK201725798SQ20102023675
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者何文牧, 李偉, 沈征 申請(qǐng)人:浙江華芯科技有限公司