一种内绝缘的IGBT器件和制造方法与流程

一种内绝缘的igbt器件和制造方法
技术领域
1.本发明属于半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种内绝缘的igbt器件和制造方法。


背景技术：

2.绝缘栅双极晶体管igbt(insulated gate bipolar transistor)是新型的大功率器件，它集mosfet栅极电压控制特性和双极型晶体管低导通电阻特性于一身，改善了器件耐压和导通电阻相互牵制的情况，具有高电压、大电流、功率集成密度高、输入阻抗大、导通电阻小、开关损耗低等优点。在变频家电、工业控制、电动及混合动力汽车、新能源、智能电网等诸多领域获得了广泛的应用空间。
3.随着器件尺寸的不断减小，漏电极与栅电极之间的距离也不断减小，导致在绝缘膜处形成高压并将绝缘膜直接击穿，使得绝缘膜失去了保护作用，并能够直接影响栅电极区的正常使用。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种内绝缘的igbt器件和制造方法，其目的在于解决现有的漏电极与栅电极之间的距离也不断减小，导致在绝缘膜处形成高压并将绝缘膜直接击穿的问题。
5.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
6.第一方面，本发明提供一种内绝缘的igbt器件，包括依次由下至上依次设置的背面金属电极、衬底、p+集电极层、导电掺杂区、n型场截止层、n-漂移层、p型基区、氧化层、沉积介质层和发射极电极，所述p型基区和所述n-漂移层中设有相互平行的栅电极区，每个所述栅电极区的表面均被绝缘膜包围，每个所述绝缘膜的表面被绝缘薄层包围，每个所述绝缘薄层的一侧均设有n+发射区和p+区域，且所述n+发射区和所述p+区域均位于所述p型基区中。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述绝缘薄层的材料为氮化硅、氮化硅和氧化铪的复合结构或氮化硼。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述绝缘薄层的厚度范围为0.1um～0.9um。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述绝缘薄层的掺杂浓度范围为9
16
cm-3
～9
18
cm-3
。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述绝缘膜、所述绝缘薄层和所述p型基区之间设有掺杂埋层。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述掺杂埋层包括厚度相等的第一埋层、第二埋层和第三埋层。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一埋层的掺杂材料为砷离子，所述第二埋层的掺杂材料为砷离子硼离子，所述第三埋层的掺杂材料为铝离子。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一埋层、所述第二埋层和所述第三埋层的厚度范围均为1um～3um。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述沉积介质层和所述n+发射区中具有依次贯穿的通道介质，所述通道介质将所述发射极电极与所述掺杂埋层连接。
15.第二方面，本发明提供一种内绝缘的igbt器件的制造方法，包括以下步骤：
16.s1，提供一硅材料衬底，于衬底上通过化学气相淀积法依次制作p+集电极层、导电掺杂区、n型场截止层、n-漂移层和p型基区；
17.s2，于p型基区和n-漂移层中通过研磨、化学机械抛光及等离子体刻蚀法刻蚀出相互平行的第一刻蚀槽；
18.s3，于第一刻蚀槽内通过化学气相淀积法制作绝缘薄层，并通过研磨、化学机械抛光及等离子体刻蚀法对绝缘薄层进行减薄处理；
19.s4，于绝缘薄层的上表面通过化学气相淀积法制作绝缘膜，并于绝缘膜的上表面通过高温离子注入结合高温退火法制作栅电极区；
20.s5，于p型基区内且位于绝缘薄层的一侧通过研磨、化学机械抛光及等离子体刻蚀法刻蚀出第二刻蚀槽；
21.s6，于第二刻蚀槽内且位于p型基区的上表面通过化学气相淀积法制作绝缘薄层；
22.s7，于第二刻蚀槽内内且位于绝缘薄层的上表面通过化学气相淀积法分别制作n+发射区和p+区域；
23.s8，于p型基区上通过化学气相淀积法依次制作氧化层和沉积介质层；
24.s9，于沉积介质层上通过金属溅射或蒸金形成发射极电极，于衬底的下表面通过金属溅射或蒸金形成背面金属电极。
25.相对于现有技术，本发明的有益效果是：伴随着栅电极区电压的逐渐升高，绝缘薄层可依旧保持高阻状态；当电场强度逐渐增大时，电流在绝缘薄层和绝缘膜处能够产生隧穿效应，通过两者相配合，igbt器件依旧能够保持更好的正向电流导通特性，从而确保更高的转移特性。同时，在绝缘薄层和绝缘膜的配合下，由于绝缘膜得到绝缘薄层的保护，绝缘膜不会因高温损坏，从而能够保证igbt器件的正常使用。
26.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
27.图1是本发明所公开的一种内绝缘的igbt器件的结构示意图；
28.图2是本发明所公开的一种内绝缘的igbt器件的掺杂埋层结构示意图；
29.图3是本发明所公开的一种内绝缘的igbt器件的制造方法的流程图；
30.图4a～4h是本发明所公开的一种内绝缘的igbt器件的制造方法的流程示意图。
31.附图标记说明：1、背面金属电极；2、衬底；3、p+集电极层；4、导电掺杂区；5、n型场截止层；6、n-漂移层；7、栅电极区；71、第一刻蚀槽；8、绝缘膜；9、绝缘薄层；10、p型基区；101、第二刻蚀槽；11、n+发射区；12、p+区域；13、氧化层；14、沉积介质层；15、发射极电极；16、掺杂埋层；161、第一埋层；162、第二埋层；163、第三埋层；17、通道介质；171、第三刻蚀
槽。
具体实施方式
32.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.实施例一
38.参照附图1～2所示，本发明提供一种技术方案：一种内绝缘的igbt器件，包括依次由下至上依次设置的背面金属电极1、衬底2、p+集电极层3、导电掺杂区4、n型场截止层5、n-漂移层6、p型基区10、氧化层13、沉积介质层14和发射极电极15，所述p型基区10和所述n-漂移层6中设有相互平行的栅电极区7，每个所述栅电极区7的表面均被绝缘膜8包围，每个所述绝缘膜8的表面被绝缘薄层9包围，每个所述绝缘薄层9的一侧均设有n+发射区11和p+区域12，且所述n+发射区11和所述p+区域12均位于所述p型基区10中。
39.具体而言，伴随着栅电极区7电压的逐渐升高，绝缘薄层9可依旧保持高阻状态；当电场强度逐渐增大时，电流在绝缘薄层9和绝缘膜8处能够产生隧穿效应，通过两者相配合，igbt器件依旧能够保持更好的正向电流导通特性，从而确保更高的转移特性。同时，在绝缘薄层9和绝缘膜8的配合下，由于绝缘膜8得到绝缘薄层9的保护，绝缘膜8不会因高温损坏，从而能够保证igbt器件的正常使用。
40.可选地，所述绝缘薄层9的材料为氮化硅、氮化硅和氧化铪的复合结构或氮化硼。
41.优选地，所述绝缘薄层9的厚度为0.1um。
42.优选地，所述绝缘薄层9的掺杂浓度为9
16
cm-3
。
43.在一些实施例中，所述绝缘膜8、所述绝缘薄层9和所述p型基区10之间设有掺杂埋
层16，所述掺杂埋层16包括厚度相等的第一埋层161、第二埋层162和第三埋层163，所述沉积介质层14和所述n+发射区11中具有依次贯穿的通道介质17，所述通道介质17将所述发射极电极15与所述掺杂埋层16连接。
44.具体而言，经过掺杂埋层16阻挡空穴电流流向n+发射区11下方的区域，能够有效的将电子电流和空穴电流相隔离，从而能够进一步提高了器件的抗闩锁特性。
45.在一些实施例中，所述第一埋层161的掺杂材料为砷离子，所述第二埋层162的掺杂材料为砷离子硼离子，所述第三埋层163的掺杂材料为砷离子铝离子。
46.在另一实施例中，所述第一埋层161的掺杂材料为硼离子，所述第二埋层162的掺杂材料为磷离子，所述第三埋层163的掺杂材料为锑离子。
47.优选地，所述第一埋层161、所述第二埋层162和所述第三埋层163的厚度均为1um。
48.实施例二
49.参照附图1～2所示，本发明提供一种技术方案：一种内绝缘的igbt器件，包括依次由下至上依次设置的背面金属电极1、衬底2、p+集电极层3、导电掺杂区4、n型场截止层5、n-漂移层6、p型基区10、氧化层13、沉积介质层14和发射极电极15，所述p型基区10和所述n-漂移层6中设有相互平行的栅电极区7，每个所述栅电极区7的表面均被绝缘膜8包围，每个所述绝缘膜8的表面被绝缘薄层9包围，每个所述绝缘薄层9的一侧均设有n+发射区11和p+区域12，且所述n+发射区11和所述p+区域12均位于所述p型基区10中。
50.可选地，所述绝缘薄层9的材料为氮化硅、氮化硅和氧化铪的复合结构或氮化硼。
51.优选地，所述绝缘薄层9的厚度为0.5um。
52.优选地，所述绝缘薄层9的掺杂浓度为9
17
cm-3
。
53.在一些实施例中，所述绝缘膜8、所述绝缘薄层9和所述p型基区10之间设有掺杂埋层16，所述掺杂埋层16包括厚度相等的第一埋层161、第二埋层162和第三埋层163，所述沉积介质层14和所述n+发射区11中具有依次贯穿的通道介质17，所述通道介质17将所述发射极电极15与所述掺杂埋层16连接。
54.在一些实施例中，所述第一埋层161的掺杂材料为砷离子，所述第二埋层162的掺杂材料为砷离子硼离子，所述第三埋层163的掺杂材料为砷离子铝离子。
55.在另一实施例中，所述第一埋层161的掺杂材料为硼离子，所述第二埋层162的掺杂材料为磷离子，所述第三埋层163的掺杂材料为锑离子。
56.优选地，所述第一埋层161、所述第二埋层162和所述第三埋层163的厚度均为2um。
57.实施例三
58.参照附图1～2所示，本发明提供一种技术方案：一种内绝缘的igbt器件，包括依次由下至上依次设置的背面金属电极1、衬底2、p+集电极层3、导电掺杂区4、n型场截止层5、n-漂移层6、p型基区10、氧化层13、沉积介质层14和发射极电极15，所述p型基区10和所述n-漂移层6中设有相互平行的栅电极区7，每个所述栅电极区7的表面均被绝缘膜8包围，每个所述绝缘膜8的表面被绝缘薄层9包围，每个所述绝缘薄层9的一侧均设有n+发射区11和p+区域12，且所述n+发射区11和所述p+区域12均位于所述p型基区10中。
59.可选地，所述绝缘薄层9的材料为氮化硅、氮化硅和氧化铪的复合结构或氮化硼。
60.优选地，所述绝缘薄层9的厚度为0.9um。
61.优选地，所述绝缘薄层9的掺杂浓度为9
18
cm-3
。
62.在一些实施例中，所述绝缘膜8、所述绝缘薄层9和所述p型基区10之间设有掺杂埋层16，所述掺杂埋层16包括厚度相等的第一埋层161、第二埋层162和第三埋层163，所述沉积介质层14和所述n+发射区11中具有依次贯穿的通道介质17，所述通道介质17将所述发射极电极15与所述掺杂埋层16连接。
63.在一些实施例中，所述第一埋层161的掺杂材料为砷离子，所述第二埋层162的掺杂材料为砷离子硼离子，所述第三埋层163的掺杂材料为砷离子铝离子。
64.在另一实施例中，所述第一埋层161的掺杂材料为硼离子，所述第二埋层162的掺杂材料为磷离子，所述第三埋层163的掺杂材料为锑离子。
65.优选地，所述第一埋层161、所述第二埋层162和所述第三埋层163的厚度均为3um。
66.参照附图3和4a～4h所示，本发明实施例另提供的一种内绝缘的igbt器件的制造方法，应用于上述实施例一至实施例三，包括以下步骤：
67.s1，提供一硅材料衬底2，于衬底2上通过化学气相淀积法依次制作p+集电极层3、导电掺杂区4、n型场截止层5、n-漂移层6和p型基区10；
68.s2，于p型基区10和n-漂移层6中通过研磨、化学机械抛光及等离子体刻蚀法刻蚀出相互平行的第一刻蚀槽71；
69.s3，于第一刻蚀槽71内通过化学气相淀积法制作绝缘薄层9，并通过研磨、化学机械抛光及等离子体刻蚀法对绝缘薄层9进行减薄处理；
70.s4，于绝缘薄层9的上表面通过化学气相淀积法制作绝缘膜8，并于绝缘膜8的上表面通过高温离子注入结合高温退火法制作栅电极区7；
71.s5，于p型基区10内且位于绝缘薄层9的一侧通过研磨、化学机械抛光及等离子体刻蚀法刻蚀出第二刻蚀槽101；
72.s6，于第二刻蚀槽101内且位于p型基区10的上表面通过化学气相淀积法制作绝缘薄层9；
73.s7，于第二刻蚀槽101内内且位于绝缘薄层9的上表面通过化学气相淀积法分别制作n+发射区11和p+区域12；
74.s8，于p型基区10上通过化学气相淀积法依次制作氧化层13和沉积介质层14；
75.s9，于沉积介质层14上通过金属溅射或蒸金形成发射极电极15，于衬底2的下表面通过金属溅射或蒸金形成背面金属电极1。
76.以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。