IGBT器件及其制造方法与流程

igbt器件及其制造方法
技术领域
1.本技术涉及igbt器件技术领域，具体涉及一种igbt器件及其制造方法。


背景技术：

2.igbt(绝缘栅双极型晶体管，isolated gate bipolar transistor)是电力电子系统能量控制和转换的重要开关元器件之一，它的性能好坏直接影响着电力电子系统的转换效率、体积和重量。igbt器件的性能始终是朝着更高的电流密度、更小的通态压降、更低关断损耗的方向发展。
3.传统的igbt是基于正面trench mos结构，而华虹宏力所研制的新型igbt是基于正面超级结的结构，基于正面超级结的igbt能很好地折中击穿电压和饱和压降。但是，基于正面超级结的igbt目前存在通态压降较高的问题，这导致igbt的整体fom较低。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种igbt器件及其制造方法，可以解决igbt的导通压降较高的问题。
5.一方面，本技术实施例提供了一种igbt器件，包括：
6.衬底，所述衬底中形成有深阱；
7.外延层，所述外延层覆盖所述衬底，所述外延层中形成有多个沟槽；
8.多个阻挡结构，各所述阻挡结构均位于各所述沟槽的底部；
9.多个栅极，各所述栅极均填充各所述沟槽；
10.多个基极区，各所述基极区均位于所述外延层中并且均位于两两相邻的所述栅极之间；以及，
11.发射极区，所述发射极区位于所述基极区中并且位于所述栅极侧。
12.可选的，在所述igbt器件中，通过离子注入工艺对各所述沟槽的底壁注入n型导电离子以在所述沟槽底部的外延层中得到所述阻挡结构。
13.可选的，在所述igbt器件中，所述n型导电离子为磷离子或者砷离子，所述n型导电离子的注入剂量为1e11atom/cm3～1e14 atom/cm3。
14.可选的，在所述igbt器件中，所述igbt器件还包括：层间介质层，所述层间介质层覆盖所述外延层，其中，所述基极区上的所述层间介质层中形成有通孔以露出所述基极区和部分所述发射极区。
15.可选的，在所述igbt器件中，所述igbt器件还包括：金属层，所述金属层覆盖所述层间介质层并填充所述通孔。
16.可选的，在所述igbt器件中，所述igbt器件还包括：集电极区，所述集电极区覆盖所述衬底的背面。
17.可选的，在所述igbt器件中，所述igbt器件还包括：栅氧化层，所述栅氧化层位于所述阻挡结构和所述栅极之间并且覆盖所述沟槽的底壁和侧壁。
18.另一方面，本技术实施例还提供了一种igbt器件的制造方法，包括：
19.提供一衬底，所述衬底中形成有深阱；
20.形成外延层，所述外延层覆盖所述衬底；
21.刻蚀所述外延层以形成多个沟槽；
22.形成牺牲氧化层，所述牺牲氧化层覆盖所述沟槽的侧壁和底壁以及部分所述外延层；
23.对各所述沟槽的底壁进行离子注入以在所述沟槽底部的外延层中形成多个阻挡结构；
24.剥离所述外延层表面的所述牺牲氧化层；
25.填充各所述沟槽以形成多个栅极；以及，
26.在两两相邻所述栅极之间的所述外延层中形成基极区，并在所述基极区中形成发射极区。
27.可选的，在所述igbt器件的制造方法中，对各所述沟槽的底壁进行n型导电离子注入以在所述沟槽底部的外延层中形成多个阻挡结构。
28.可选的，在所述igbt器件的制造方法中，所述n型导电离子为磷离子或者砷离子，所述n型导电离子的注入剂量为1e11atom/cm3～1e14 atom/cm3。
29.本技术技术方案，至少包括如下优点：
30.本技术通过在所述栅极的底部设置所述阻挡结构，可以增加所述栅极的底部的对应外延层区域的电势，从而可以阻挡集电极区注入的空穴，即避免了集电极区的空穴被p阱抽走的情况。
31.进一步的，本技术位于所述栅极底部的所述阻挡结构增加了所述外延层中的空穴的浓度，增强沟道导电能力，降低电阻，从而降低igbt器件的导通压降，从而提升igbt器件的整体fom(优值系数)，从而优化igbt器件的性能。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施方式，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。
33.图1-图12是本发明实施例的制造igbt器件的各工艺步骤中的半导体结构示意图；
34.其中，附图标记说明如下：
35.100-衬底，101-深阱，110-外延层，120-阻挡结构，130-栅极，140-基极区，150-发射极区，160-层间介质层，170-金属层，180-集电极区，190-牺牲氧化层，200-沟槽，210-通孔。
具体实施方式
36.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的
范围。
37.在本技术的描述中，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技术和简化描述，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技术的限制。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。
38.在本技术的描述中，需要说明的是，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，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
40.本技术实施例提供了一种igbt器件的制造方法，所述igbt器件的制造方法包括：
41.第一步骤：提供一衬底，所述衬底中形成有深阱；
42.第二步骤：形成外延层，所述外延层覆盖所述衬底；
43.第三步骤：刻蚀所述外延层以形成多个沟槽；
44.第四步骤：形成牺牲氧化层，所述牺牲氧化层覆盖所述沟槽的侧壁和底壁以及部分所述外延层；
45.第五步骤：对各所述沟槽的底壁进行离子注入以在所述沟槽底部的外延层中形成多个阻挡结构；
46.第六步骤：剥离所述外延层表面的所述牺牲氧化层；
47.第七步骤：填充各所述沟槽以形成多个栅极；
48.第八步骤：在两两相邻所述栅极之间的所述外延层中形成基极区，并在所述基极区中形成发射极区。
49.具体的，请参考图1-图12，图1-图12是本发明实施例的制造igbt器件的各工艺步骤中的半导体结构示意图。
50.首先，如图1所示，提供一衬底100，所述衬底100中形成有深阱101。具体的，所述衬底100可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述衬底100也可以是砷化镓、硅稼化合物等，所述衬底100还可以是其它半导体材质，这里不再一一列举。本实施例中，所述衬底100可以进行n型轻掺杂，所述深阱为p-深阱。所述深阱101可以采用离子注入工艺对所述衬底100注入p型导电离子得到。
51.然后，如图2所示，形成外延层110，所述外延层110覆盖所述衬底100。具体的，本实施例中所述外延层110是具有n型掺杂的外延漂移区(n-外延层)，所述外延层110的材质可以是硅或者碳化硅等行业内常用作igbt外延层的材质，所述外延层110的厚度可以为10um～50um。所述外延层110和所述衬底100之间还可以形成一具有n型掺杂的缓冲层。
52.接着，如图3所示，刻蚀所述外延层110以在所述外延层110中形成多个沟槽200。具体的，本实施例可以在有硬掩膜的情况下，采用光刻工艺、干法刻蚀工艺/等离子体刻蚀工艺刻蚀所述外延层110以形成所述沟槽200，形成所述沟槽200之后，去除剩余的光刻胶和硬
掩膜。所述沟槽200的位置可以位于所述深阱101之间的上方的所述外延层110中。
53.进一步的，如图4所示，形成牺牲氧化层190，所述牺牲氧化层190覆盖所述沟槽200的侧壁和底壁以及部分所述外延层110。具体的，可以采用氧化工艺在所述外延层110的表面生长所述牺牲氧化层190，所述牺牲氧化层190的厚度可以为所述牺牲氧化层190在后续的离子注入工艺中起到保护所述外延层110表面的作用。
54.接着，如图5所示，对各所述沟槽200的底壁进行离子注入以在所述沟槽200底部的外延层110中形成多个阻挡结构120。具体的，对各所述沟槽200的底壁进行n型导电离子注入以在所述沟槽200底部的外延层110中形成多个n型重掺杂的阻挡结构120。所述n型导电离子可以为磷离子或者砷离子，所述n型导电离子的注入剂量可以为1e11atom/cm3～1e14 atom/cm3。n型重掺杂的所述阻挡结构120增加了所述外延层110中的空穴的浓度，增强沟道导电能力，降低电阻，从而可以降低igbt器件的导通压降，提高igbt器件的击穿电压，从而提升igbt器件的整体fom(优值系数)，从而优化igbt器件的性能。
55.进一步的，如图6所示，剥离所述外延层110表面的所述牺牲氧化层190。具体的，可以仅剥离去除所述外延层110表面的所述牺牲氧化层190，也可以剥离去除所述外延层110表面和所述沟槽200侧壁和底壁的所述牺牲氧化层190。剥离所述牺牲氧化层190之后，所述igbt器件的制造方法还可以包括：形成栅氧化层(未图示)，所述栅氧化层覆盖所述沟槽200的底壁和侧壁。
56.接着，如图7所示，利用多晶硅材料填充各所述沟槽200以形成多个栅极130。
57.进一步的，如图8和图9所示，在两两相邻所述栅极130之间的所述外延层110中形成p-基极区140，并在所述p-基极区140中形成n+发射极区150。具体的，每个所述p-基极区140中形成两个所述n+发射极区150，两个所述n+发射极区150分别位于靠近所述栅极130侧的位置。
58.较佳的，如图10所示，形成层间介质层160，所述层间介质层160覆盖所述外延层110，其中，所述基极区140上的所述层间介质层160中形成有通孔210以露出所述基极区140和部分所述发射极区150。具体的，所述层间介质层160可以是氧化硅材料。本实施例可以采用cvd工艺形成所述层间介质层160。
59.优选的，如图11所示，形成金属层170，所述金属层170覆盖所述层间介质层160并填充所述通孔210。具体的，所述金属层170的材质可以是铝、钨、钛或上述材料的化合物。本实施例可以采用溅射工艺形成所述金属层170。所述金属层170用于引出所述n+发射极区150和所述栅极130。
60.最后，如图12所示，形成p+集电极区180，所述集电极区180覆盖所述衬底100的背面。至此，igbt器件基本制造完成。本技术通过在所述栅极130的底部设置所述阻挡结构120，可以增加所述栅极130底部的对应外延层110区域的电势，从而可以阻挡所述集电极区180注入的空穴，即避免了集电极区180的空穴被p阱大量抽走的情况，优化了器件性能。
61.基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种igbt器件，请参考图1-图12，所述igbt器件包括：衬底100、外延层110、多个阻挡结构120、多个栅极130、多个基极区140和发射极区150。其中，所述衬底100中形成有深阱101；所述外延层110覆盖所述衬底100，所述外延层110中形成有多个沟槽200；各所述阻挡结构120均位于各所述沟槽200的底部；各所述栅极130均填充各所述沟槽200；各所述基极区140均位于所述外延层110中并且均位于两两
相邻的所述栅极130之间；所述发射极区150位于所述基极区140中并且位于所述栅极130侧。
62.优选的，通过离子注入工艺对各所述沟槽200的底壁注入n型导电离子以在所述沟槽200底部的外延层110中得到所述阻挡结构120，所述n型导电离子可以为磷离子或者砷离子，所述n型导电离子的注入剂量可以为1e11atom/cm3～1e14 atom/cm3。
63.较佳的，请参考图10，所述igbt器件还可以包括：层间介质层160，所述层间介质层160覆盖所述外延层110，其中，所述基极区140上的所述层间介质层160中形成有通孔210以露出所述基极区140和部分所述发射极区150。
64.优选的，请参考图11，所述igbt器件还可以包括：金属层170，所述金属层170覆盖所述层间介质层160并填充所述通孔210。
65.进一步的，请参考图12，所述igbt器件还可以包括：集电极区180，所述集电极区180覆盖所述衬底100的背面。
66.较佳的，所述igbt器件还包括：栅氧化层(未图示)，所述栅氧化层位于所述阻挡结构120和所述栅极130之间并且覆盖所述沟槽200的底壁和侧壁。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。