一种新型轻穿通igbt器件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率半导体器件领域，具体地，涉及一种新型轻穿通IGBT器件的制备方法。
【背景技术】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘棚.双极型晶体管)是一种是由BJT(Bipolar Junct1n Transistor，双极型三极管)和M0S(Metal-0xid-Semicon-ductor，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，集合有MOSFE(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)的高输入阻抗和GTR (Giant Transistor，电力晶体管)的低导通压降两者的优点，具有驱动功率小而饱和压降低的特点，普遍适用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0003]为了进一步挖掘IGBT结构的潜力，IGBT的经历了从穿通型结构到非穿通型结构，继而到轻穿通型结构的演变。如图1所示的一种第二代轻穿通型IGBT器件的元胞切面，由于集合了 P+型浮空层和N型载流子存储层结构，可使IGBT器件具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点，但是由于N型载流子存储层较厚(一般为5微米左右)，与N-衬底层形成的NN-型空穴势皇因此较高，在正向导通时的电导调制作用下，NN-结处将聚集大量的空穴，使得器件的内部饱和电流也将大幅度增加，因此这种轻穿通型IGBT器件的短路安全工作区较小，在大电流冲击下容易损坏IGBT器件。
[0004]针对上述第二代轻穿通型IBGT器件的问题，需要提供一种新的轻穿通型IBGT器件及制备方法，可使IGBT器件在具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点的基础上，能够抑制内部饱和电流的增加，扩展其短路安全工作区，从而有效避免产生大电流冲击，确保IGBT器件的工作寿命。
【发明内容】
[0005]针对前述第二代轻穿通型IBGT器件的问题，本发明提供了一种新型轻穿通IGBT器件及制备方法，可使IGBT器件在具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点的基础上，能够抑制内部饱和电流的增加，扩展其短路安全工作区，从而有效避免产生大电流冲击，确保IGBT器件的工作寿命。
[0006]本发明采用的技术方案，一方面提供了一种新型轻穿通IGBT器件，包括若干个呈并联结构的元胞，其特征在于，所述元胞的下表面连接集电极，且向上依次设有集电极金属接触层、第一 P+掺杂层、N型缓冲层和N-衬底层；所述元胞的上表面分别连接发射极和栅极，在发射极的下方向下依次设有发射极金属接触层、第二 P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层，在栅极的下方向下依次设有栅极金属接触层、由多晶硅栅和栅氧化层组成的沟槽栅结构和P+型浮空层；所述发射极金属接触层位于两栅极金属接触层之间且间隔设置，所述第二 P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层位于两沟槽栅结构之间，且在第二 P+掺杂层与栅氧化层之间设有若干个并排的N+掺杂块层和绝缘块层，所述N+掺杂块层和绝缘块层相错间隔排布，且均为同高、同宽的长方体结构，所述N型载流子存储层与N-衬底层相连，所述P+型浮空层位于沟槽栅结构下部且分别与栅氧化层和N-衬底层相连。在所述IGBT器件的元胞结构中，一方面所述N型载流子存储层与N-衬底层配合，可在正向导通时使得N-衬底层中靠近发射极一侧的空穴浓度增高，降低器件的正向导通压降和关断损耗，同时所述P+型浮空层可改善槽栅底部的电场集中效应，有效减小最大峰值电场，大大提高器件的击穿电压，从而使IGBT器件具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点；另一方面，相比较于现有的、呈长条状的N+掺杂层结构，在第二 P+掺杂层与栅氧化层之间设置的所述呈相错间隔且并排状的N+掺杂块层和绝缘块层结构，可使形成的内部发射极集成电阻在均流效果基本不变的情况下，其导流截面积更小，平均电阻率更高，从而大幅度增大了内部发射极集成电阻的电阻值，有效抑制内部饱和电流的增加，进而扩展了 IGBT器件的短路安全工作区，可避免产生大电流冲击，确保器件的工作寿命。
[0007]本发明采用的技术方案，另一方面提供了一种新型轻穿通IGBT器件的制备方法，其特征在于，包括步骤如下:S101.选择具有N-掺杂衬底的N型单晶硅片，并进行预处理；S102.对硅片进行双面磷掺杂工艺，在硅片底层生成N型缓冲层，在硅片顶层生成N型载流子存储层；S103.对硅片上表面进行单面的掩模硼掺杂工艺，在N型载流子存储层的上部生成P-掺杂层；S104.对硅片上表面进行单面掩模刻蚀工艺，在硅片顶层生成贯穿P-掺杂层和N型载流子存储层的栅槽；S105.对硅片上表面进行单面的掩模硼掺杂工艺，在栅槽底部外延区生成P+型浮空层；S106.对硅片上表面进行单面的氧化工艺，在栅槽中生成栅氧化层，然后通过掩模沉积工艺向栅槽中填充多晶硅，形成呈沟槽状的多晶硅栅；S107.对硅片上表面进行单面的掩模磷掺杂工艺，在P-掺杂层的上部生成N+掺杂层；S108.对硅片进行双面的硼掺杂工艺，在N型缓冲层的底部生成第一 P+掺杂层，在N+掺杂层的中间位置生成第二 P+掺杂层；S109.对硅片上表面进行单面掩模刻蚀工艺，在位于第二 P+掺杂层与栅氧化层之间的N+掺杂层中生成若干个间错并排的间隔槽，然后通过掩模沉积工艺向各个间隔槽填充二氧化硅，形成间错并排的绝缘块层；S110.对硅片进行双面的金属沉积工艺，在上表面分别生成呈间隔布置的发射极金属接触层和栅极金属接触层，在下表面生成集电极金属接触层。依据前述步骤，即可得到本发明所提供的新型轻穿通IGBT器件，其在具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点的基础上，能够有效抑制内部饱和电流的增加，进而扩展IGBT器件的短路安全工作区，避免产生大电流冲击，确保器件的工作寿命。
[0008]具体的，所述步骤S102中还包括如下步骤:对硅片上表面进行掩模磷掺杂工艺，且采用热扩散方式生成N型载流子存储层。
[0009]具体的，所述步骤S103中还包括如下步骤:在对硅片上表面进行单面的掩模硼掺杂工艺中采用离子注入方式，生成掺杂面积大于N型载流子存储层掺杂面积的P-掺杂层。
[0010]具体的，所述步骤S108中包括如下步骤:对硅片上表面进行单面的掩模硼掺杂工艺，且采用离子注入方式在N+掺杂层的中间位置生成掺杂面积小于N+掺杂层掺杂面积的第二 P+掺杂层。
[0011]具体的，所述步骤SllO中还包括如下步骤:对硅片的上表面进行单面的掩模铝合金沉积工艺，在第二 P+掺杂层的上方生成发射极金属接触层，在多晶硅栅的上方生成栅极金属接触层。
[0012]综上，采用本发明所提供的一种新型轻穿通IGBT器件及制备方法，可使IGBT器件集合N型载流子存储层和P+型浮空层结构，在具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点的基础上，还能够通过在第二 P+掺杂层与栅氧化层之间设置的呈相错间隔且并排状的N+掺杂块层和绝缘块层结构，大幅度增大内部发射极集成电阻的电阻值，有效抑制内部饱和电流的增加，进而扩展IGBT器件的短路安全工作区，可避免产生大电流冲击，确保器件的工作寿命。
【附图说明】
[0013]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。
[0014]图1是现有的一种第二代轻穿通型IGBT器件的元胞切面示意图。
[0015]图2是本发明实施例提供的新型轻穿通IGBT器件的元胞切面示意图。
[0016]图3是本发明实施例提供的新型轻穿通IGBT器件的元胞平面示意图。
[0017]图4是本发明实施例提供的新型轻穿通IGBT器件的制备方法流程图。
[0018]图5是本发明实施例提供的制备方法中步骤SlOl所示的IGBT器件切面