一种IGBT器件的制作方法

文档序号:15657756发布日期:2018-10-13 00:08阅读:185来源:国知局

本实用新型涉及半导体技术领域,特别涉及一种IGBT器件。



背景技术:

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,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(Metal Oxide SemiconductorFET,简写为MOSFET),其兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR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。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题:现有的IGBT沿用MOS管制造工艺,导致在IGBT中存在闩锁效应,限制了IGBT的最大电流能力。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于提供一种IGBT器件,通过取消现有IGBT结构中的N+源区,避免P+型体区与N+源区形成PN结,从而可以消除IGBT闩锁效应,进而有利于提高IGBT的最大电流能力。

为解决上述技术问题,本实用新型的实施方式提供了一种IGBT器件,包括:发射区金属层、P型集电区、N-漂移区以及P+型体区;所述P型集电区、N-漂移区以及所述P+型体区形成PNP三层硅结构;所述发射区金属层与所述P+型体区接触连接;其中,少子空穴电流直接通过所述P+型体区流入所述发射区金属层。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言,对现有PNPN四层结构的IGBT进行改进,取消了其中的N+源区,并将P+型体区直接与发射区金属层连接,从而得到了包括P型集电区、N-漂移区以及P+型体区的PNP三层硅结构的IGBT。在取消N+源区之后,少子空穴电流则可以直接通过P+型体区流入发射区金属层,对器件功能无影响,并且由于P+型体区处无法产生PN结,从而消除了闩锁效应,进而有利于提高IGBT的最大电流能力。

另外,还包括:N型终止场层;所述N型终止场层位于所述N-漂移区以及所述P型集电区之间。

另外,还包括:与所述P型集电区接触连接的金属集电层。

另外,还包括:栅区;所述PNP硅结构形成有沟槽,所述栅区位于所述沟槽以及所述发射区金属层之间。

另外,所述栅区包括:形成在所述沟槽表面的栅氧化层,形成在所述栅氧化层上的多晶硅栅,以及形成在所述多晶硅栅与所述发射区金属层之间的栅源隔离层。

另外,所述栅源隔离层的材料为硼磷硅玻璃,工艺成熟,便于实现。

另外,所述发射区金属层为一层金属,提供了一种实现方式。

另外,所述发射区金属层包括堆叠连接的多层金属。

另外,所述发射区金属层为合金。

另外,所述发射区金属层为以下任意两者或者三者的合金:钛、镍、铂金、铝、硅以及铜。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式的IGBT器件的结构示意图;

图2至图8是图1所示的IGBT器件制备过程的分解结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本实用新型各实施方式中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种IGBT器件,包括:发射区金属层、P型集电区、N-漂移区以及P+型体区;P型集电区、N-漂移区以及P+型体区形成PNP三层硅结构;发射区金属层与P+型体区接触连接;其中,少子空穴电流直接通过P+型体区流入发射区金属层。本实用新型实施方式相对于现有技术而言,对现有PNPN四层结构的IGBT进行改进,取消了其中的N+源区,并将P+型体区直接与发射区金属层连接,从而得到了包括P型集电区、N-漂移区以及P+型体区的PNP三层硅结构的IGBT。在取消N+源区之后,少子空穴电流可以直接通过P+型体区流入发射区金属层,对器件功能无影响,并且由于P+型体区处无法产生PN结,从而消除了闩锁效应,进而有利于提高IGBT的最大电流能力。下面对本实施方式的IGBT器件的实现细节进行具体的说明,以下内容仅为方便理解提供的实现细节,并非实施本方案的必须。

请参阅图1,本实施方式的IGBT器件包括:发射区金属层106、P型集电区101、N-漂移区103、P+型体区104、N型终止场层102、金属集电层105、以及栅区。其中,P型集电区101、N-漂移区103以及P+型体区104形成PNP三层硅结构,发射区金属层106与P+型体区104接触连接。N型终止场层102位于N-漂移区103以及P型集电区101之间。金属集电层105与P型集电区101接触连接。

其中,PNP硅结构形成有沟槽,栅区位于沟槽以及发射区金属层106之间。栅区包括:形成在沟槽表面的栅氧化层107,形成在栅氧化层107上的多晶硅栅108,以及形成在多晶硅栅108与发射区金属层106之间的栅源隔离层109。需要说明的是,本实施方式对于沟槽的形状以及深度均不作具体限制。在一些例子中,PNP硅结构也可以不形成沟槽,此时,栅区可以形成在发射区金属层106和P+型体区104之间,本实施方式对于IGBT的栅区及其与其他结构的连接关系均不作具体限制。

其中,发射区金属层106为一层金属,然本实施方式对于发射区金属层106的结构不做具体限制。

下面对本实施方式的IGBT器件的制备方法进行举例说明如下:

请参阅图2,提供N型单晶硅,N型单晶硅的部分作为N-漂移区103;请参阅图3,通过光刻和干法刻蚀在N型单晶硅正面形成沟槽(Trench);请参阅图4,在沟槽表面进行扩散氧化形成栅氧化层107;请参阅图5,通过沉积多晶及多晶光刻形成多晶硅栅108;请参阅图6,在沟槽两侧通过硼注入后进行扩散推结形成P+型体区104;请参阅图7,然后在N型单晶硅正面表面沉积硼磷硅玻璃BPSG;请参阅图8,通过对BPSG进行干法刻蚀后再进行硅刻蚀,形成BPSG栅源隔离层109;请继续参阅图1,在N型单晶硅正面淀积形成发射区金属层106;在N型单晶硅背面通过注入磷离子,形成N型场终止层102,在N型单晶硅背面注入硼离子,形成背面P型集电区101,在P型集电区101淀积形成金属集电层105,最终得到一个PNP三层硅结构IGBT器件。

本实施方式与现有技术相比,一方面通过取消IGBT器件中的N+源区,有效避免了由于N+源区以及P+型体区形成的PN结导通引起的IGBT的闩锁效应,提高了器件的可靠性;另一方面,由于减少N+源区注入工序,简化了生产工艺。

本实用新型的第二实施方式涉及一种IGBT器件。第二实施方式与第一实施方式大致相同,主要区别之处在于:在第一实施方式中,发射区金属层106为一层金属,而在本实用新型第二实施方式中,发射区金属层为多层金属。

本实施方式中,发射区金属层为两层金属,然对于发射区金属层的层数不作具体限制。其中,各层均可以采用合金。例如,发射区金属层中的各层分别为以下任意两者或者三者的合金:钛(Ti)、镍(Ni)、铂金(Pt)、铝(AL)、硅(Si)以及铜(Cu)。本实施方式对于发射区金属层的各层的材料不作具体限制。

本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本实用新型的精神和范围。

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