IGBT器件和制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种igbt器件和制作方法。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)，是由bjt(双极型三极管)和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，绝缘栅型场效应管也称金属氧化物半导体三极管(metaloxidesemiconductorfet，简称mosfet)，其兼有mosfet的高输入阻抗和gtr(电力晶体管)的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，成为现代电力电子技术不可或缺的核心器件。但是igbt器件的短路耐受时间的长短与短路电流的密度的大小密切相关，igbt的短路耐受能力成为设计和应用中的关键性能之一，短路电流的大小很大程度上影响着igbt器件的短路耐受能力。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种igbt器件和制作方法，以减小短路电流，提高igbt器件的最大短路承受能力。

第一方面，本发明实施例提供了一种igbt器件，其中，包括：依次生长的发射区金属层、栅区、n+源区、p+型区、p型体区、n-漂移区和p型集电区；栅区包括依次生长的栅氧化层、多晶硅栅和栅源隔离区；p型体区包括至少两个硼离子浓度不同的注入区。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，igbt器件还包括沟槽，沟槽从p型体区延伸至n-漂移区；沟槽的个数为至少一个，注入区形成于沟槽的两侧。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，沟槽为一个时，沟槽两侧各分别形成有至少一个注入区。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，沟槽为至少两个时，第一个沟槽的左侧形成有至少一个注入区，在第n个沟槽的右侧形成有至少一个注入区，第i个沟槽和第i+1个沟槽的中间形成有至少一个注入区；其中，1≤i≤n-1。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当沟槽为一个，注入区为三个时，沟槽的一侧形成有一个注入区，另一侧形成有两个注入区。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，当沟槽为两个，注入区为三个时，第一个沟槽的左侧形成有一个注入区，第一个沟槽和第二个沟槽的中间形成有一个注入区，第二个沟槽的右侧形成有一个注入区。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，当沟槽为两个，注入区为四个时，第一个沟槽的左侧形成有一个注入区，第一个沟槽和第二个沟槽的中间形成有两个注入区，第二个沟槽的右侧形成有一个注入区。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，igbt器件还包括n型终止层区和集电极金属区；n型终止层区形成于n-漂移区和p型集电区之间，分别与n-漂移区和p型集电区接触连接；集电极金属区与p型集电区接触连接。

第二方面，本发明实施例还提供一种igbt器件的制作方法，其中，包括：获取n型单晶硅；通过光刻和干法刻蚀在n型单晶硅第一表面形成沟槽；在沟槽表面进行扩散氧化，形成栅氧化层；在栅氧化层表面沉积多晶并进行多晶光刻，形成多晶硅栅；在沟槽两侧通过光刻、硼离子注入和扩散推结形成至少两个硼离子浓度不同的注入区；通过光刻和砷离子注入在n型单晶硅第一表面形成n+源区；通过光刻和硼离子注入在n型单晶硅第一表面形成p+型区；在n型单晶硅第一表面沉积硼磷硅玻璃，并对硼磷硅玻璃进行干法刻蚀，形成栅源隔离区；在n型单晶硅第一表面淀积金属形成发射极金属层；对n型单晶硅上与第一表面相对的第二表面进行减薄，并注入磷离子，形成n型终止层区；在第二表面注入硼离子，形成p型集电区；在p型集电区表面淀积金属形成金属集电极层。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，当沟槽包括两个，第一个沟槽左侧形成有一个注入区，第一个沟槽和第二个沟槽中间形成有两个注入区，第二个沟槽右侧形成有一个注入区时；在第一个沟槽和第二个沟槽的两侧分别注入相同浓度的硼离子；将第一个沟槽和第二个沟槽的中间区域划分为两部分，第二部分利用光刻胶作为掩膜，对第一部分进行光刻，并注入浓度为第一浓度的硼离子；第一部分利用光刻胶作为掩膜，对第二部分进行光刻，并注入浓度为第二浓度的硼离子；对第二个沟槽的右侧进行光刻，并注入浓度为第三浓度的硼离子，形成四个浓度不相同的注入区。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种igbt器件和制作方法，其中，该igbt器件包括：依次生长的发射区金属层、栅区、n+源区、p+型区、p型体区、n-漂移区和p型集电区；栅区包括依次接触连接的栅氧化层、多晶硅栅和栅源隔离区；p型体区包括至少两个硼离子浓度不同的注入区。本发明实施例通过在p型体区多次注入不同浓度的硼离子，形成多个硼离子浓度不同的注入区，从而在p型体区获得不同阈值电压的注入区，减小了短路电流，提高了igbt器件的最大短路承受能力。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种igbt器件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种igbt器件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种n型单晶硅的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种栅氧化层形成的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多晶硅栅形成的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种注入区形成的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种p+型区形成的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种栅源隔离区形成的结构示意图。

图标：

101-发射区金属层；103-n+源区；104-p+型区；105-p型体区；106-n-漂移区；107-p型集电区；108-n型终止层区；109-集电极金属区；1021-栅氧化层；1022-多晶硅栅；1023-栅源隔离区；1051-第一注入区；1052-第二注入区；1053-第三注入区；1054-第四注入区。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

现有的igbt器件的短路耐受时间的长短与短路电流的密度的大小密切相关，目前已知的控制igbt短路电流大小的方法是降低沟道的宽长比，但是随着沟道宽长比的减小，igbt器件的另一重要参数饱和压降会增加，相同芯片面积下，会降低igbt器件的电流能力。基于此，本发明实施例提供的一种igbt器件和制作方法，可以应用于制造igbt器件的场景中。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种igbt器件进行详细介绍。

参见图1所示的一种igbt器件的结构示意图，其中，包括：

依次生长的发射区金属层101、栅区102、n+源区103、p+型区104、p型体区105、n-漂移区106和p型集电区107；

栅区102包括依次生长的栅氧化层1021、多晶硅栅1022和栅源隔离区1023；

所述p型体区105包括至少两个硼离子浓度不同的注入区。

上述igbt器件还包括沟槽，沟槽从p型体区延伸至n-漂移区；沟槽的个数为至少一个，注入区形成于沟槽的两侧。

上述沟槽为一个时，沟槽两侧各分别形成有至少一个注入区。

以沟槽为一个，注入区为三个为例，则沟槽的一侧形成有一个注入区，另一侧形成有两个注入区。

上述沟槽为至少两个时，第一个沟槽的左侧形成有至少一个注入区，在第n个沟槽的右侧形成有至少一个注入区，第i个沟槽和第i+1个沟槽的中间形成有至少一个注入区；其中，1≤i≤n-1。

以沟槽为两个，注入区为三个为例，则第一个沟槽的左侧形成有一个注入区，第一个沟槽和第二个沟槽的中间形成有一个注入区，第二个沟槽的右侧形成有一个注入区。

以沟槽为两个，注入区为四个为例，则第一个沟槽的左侧形成有一个注入区，第一个沟槽和第二个沟槽的中间形成有两个注入区，第二个沟槽的右侧形成有一个注入区。

沟槽的个数、注入区的个数以及注入区的位置划分均根据实际所需要的阈值电压来进行确定。

本发明实施例提供了一种igbt器件，包括：依次生长的发射区金属层、栅区、n+源区、p+型区、p型体区、n-漂移区和p型集电区；栅区包括依次生长的栅氧化层、多晶硅栅和栅源隔离区；p型体区包括至少两个硼离子浓度不同的注入区。本发明实施例通过在p型体区多次注入不同浓度的硼离子，形成多个硼离子浓度不同的注入区，从而在p型体区可以获得不同阈值电压的注入区，减小了短路电流，提高了igbt器件的最大短路承受能力。

对应于上述发明实施例，本发明实施例还提供了另一种igbt器件的结构示意图，如图2所示，本发明实施例在上述实施例的基础上实现，其中，本发明实施例还包括：

上述igbt器件还包括n型终止层区108和集电极金属区109；

上述n型终止层区108形成于n-漂移区和p型集电区之间，分别与n-漂移区106和p型集电区107接触连接；集电极金属区109与p型集电区107接触连接。

本发明实施例通过在p型体区多次注入不同浓度的硼离子，形成多个硼离子浓度不同的注入区，从而在p型体区获得不同阈值电压的注入区，减小了短路电流，提高了igbt器件的最大短路承受能力。

对应于上述发明实施例，本发明实施例还提供了一种igbt器件的制作方法，以igbt器件包括两个沟槽，采用n型单晶硅为衬底进行igbt器件的制作为例进行详细说明，在制作igbt器件时，也可以采用n型外延片来实现igbt器件的制作，其中，利用n型单晶硅来制作igbt器件的方法包括：

步骤s102，获取n型单晶硅；n型单晶硅的部分作为n-漂移区，电阻率范围在10～300ω·cm，如图3所示。

步骤s104，通过光刻和干法刻蚀在n型单晶硅第一表面形成沟槽；沟槽槽深可以是3～10微米。

步骤s106，在沟槽表面进行扩散氧化，形成栅氧化层；栅氧化层厚度为500埃米～1800埃米，如图4所示。

步骤s108，在栅氧化层表面沉积多晶并进行多晶光刻，形成多晶硅栅；如图5所示。

步骤s110，在沟槽两侧通过光刻、硼离子注入和扩散推结形成至少两个硼离子浓度不同的注入区；

如图6所示，以注入区包括四个，第一个沟槽的左侧形成有一个注入区1051，第一个沟槽和第二个沟槽中间形成有两个注入区，分别是1052和1053，第二个沟槽右侧形成有一个注入区1054为例进行详细说明：

在第一个沟槽和第二个沟槽的两侧分别注入相同浓度的硼离子；

将第一个沟槽和第二个沟槽的中间区域划分为两部分，第二部分利用光刻胶作为掩膜，对第一部分进行光刻，并注入浓度为第一浓度的硼离子；

所述第一部分利用光刻胶作为掩膜，对第二部分进行光刻，并注入浓度为第二浓度的硼离子；

对第二个沟槽的右侧进行光刻，并注入浓度为第三浓度的硼离子，形成四个浓度不相同的注入区。

以具体浓度为例进行说明，在沟槽两侧进行硼离子注入，其注入剂量为1.5e¹³个/cm²～1e¹⁴个/cm²，能量40kev～150kev(1051、1052、1053、1054均受到了这一剂量的注入)，之后再进行3次光刻，每次光刻之后都进行一次硼离子注入，在第一次光刻后，在1052区域进行剂量1e¹²个/cm²～1e¹³个/cm²、注入能量为40kev～150kev的硼离子注入，其它区域用光刻胶做掩膜阻挡注入；在第二次光刻后，在1053区域进行剂量1e¹²个/cm²～2e¹³个/cm²、注入能量为40kev～150kev的硼离子注入，其它区域用光刻胶做掩膜阻挡注入；在第三次光刻后，在1054区域进行剂量1e¹²个/cm²～3e¹³个/cm²、注入能量为40kev～150kev的硼离子注入，其它区域用光刻胶做掩膜阻挡注入。完成这3次光刻和3次注入之后进行扩散推结形成不同表面浓度的p型体区注入区1051、1052、1053和1054。

步骤s112，通过光刻和砷离子注入在n型单晶硅第一表面形成n+源区。

步骤s114，通过光刻和硼离子注入在n型单晶硅第一表面形成p+型区；如图7所示。

步骤s116，在n型单晶硅第一表面沉积硼磷硅玻璃，并对硼磷硅玻璃进行干法刻蚀，形成栅源隔离区；如图8所示。

步骤s118，在n型单晶硅第一表面淀积金属形成发射极金属层。

步骤s120，对n型单晶硅上与第一表面相对的第二表面进行减薄，并注入磷离子，形成n型终止层区。

步骤s122，在第二表面注入硼离子，形成p型集电区。

步骤s124，在p型集电区表面淀积金属形成金属集电极层，得到如图2所示的igbt器件。

本发明实施例对于沟槽的形状以及深度均不作具体限制，通过一次多晶光刻和多次p型体区光刻，形成多种硼离子浓度不同的注入区，从而形成多种不同的阈值电压；在同样的芯片面积下，短路电流变小，进而有利于提高igbt的最大短路耐受能力，提高igbt器件的可靠性。

本发明实施例提供的igbt器件的制作方法，与上述实施例提供的igbt器件具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述发明实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。