一種抗閂鎖igbt器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種抗閂鎖IGBT器件，其在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)、第一導(dǎo)電類型源極區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸；在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)還設(shè)有第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)，所述第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外圈，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)外部以及第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)與第一導(dǎo)電類型源極之間是第二導(dǎo)電類型基區(qū)，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)的一端通過半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離，另一端與溝道側(cè)壁接觸。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，能有效減少發(fā)生閂鎖的風險，為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ)，與現(xiàn)有工藝相兼容，安全可靠。
【專利說明】
一種抗閂鎖IGBT器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其是一種抗閂鎖IGBT器件，屬于IGBT器件的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT器件內(nèi)存在寄生的晶閘管，即NPNP結(jié)構(gòu)。在器件正常工作的過程中，不希望開通所述寄生的晶閘管。若所述寄生晶閘管處于開通狀態(tài)，那么IGBT器件的柵極將失去對電流的控制。然而，在IGBT工作過程中，如果流過源極下方的空穴電流太大，那么源極和基區(qū)的PN結(jié)就會正偏，即源極開始向基區(qū)注入電子，基區(qū)開始向源極注入空穴，此時寄生的晶閘管導(dǎo)通，S卩IGBT器件處于閂鎖狀態(tài)。
[0003]現(xiàn)在IGBT追求的電流密度越來越大，在器件大電流工作的情況下，器件會有發(fā)生閂鎖的風險。為了降低IGBT器件在工作過程中發(fā)生閂鎖的風險，一方面是增加源極下方基區(qū)的摻雜濃度，降低這部分區(qū)域的電阻，但這很容易影響器件的閾值電壓，從而給器件的設(shè)計和制造增加難度；另一方面是降低器件背面集電極的摻雜濃度，從而降低導(dǎo)通電流中空穴電流的成分，但這會增加器件的導(dǎo)通壓降，尤其是對具有寬N型基區(qū)的高壓IGBT器件，導(dǎo)通壓降會非常大。而且當器件背面摻雜過低時，器件的短路堅固性會降低。
[0004]如圖1所示，為現(xiàn)有溝槽型IGBT器件的結(jié)構(gòu)，以N型IGBT器件為例，所述IGBT器件包括N型基區(qū)7，在N型基區(qū)7內(nèi)的上部設(shè)有P型基區(qū)6，在P型基區(qū)6內(nèi)設(shè)有元胞溝槽13，元胞溝槽13的槽底位于N型基區(qū)7內(nèi)，在元胞溝槽13外壁側(cè)上方設(shè)有N+源極區(qū)4，在元胞溝槽13的側(cè)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層14，并在元胞溝槽13內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅3。在N型基區(qū)7的正面設(shè)有源極金屬I，所述源極金屬I通過N型基區(qū)7上的絕緣介質(zhì)層2與導(dǎo)電多晶硅3絕緣隔離，源極金屬I與N+源極區(qū)4以及P型基區(qū)6內(nèi)的P型重摻雜區(qū)5，所述P型重摻雜區(qū)5在P型基區(qū)6內(nèi)還延伸至N+源極區(qū)4的下方，但P型重摻雜區(qū)5不與元胞溝槽13的外壁相接觸。在N型基區(qū)7的背面設(shè)有集電極結(jié)構(gòu)，所述集電極結(jié)構(gòu)包括P型集電區(qū)9以及與所述P型集電區(qū)9歐姆接觸的集電極金屬10。
[0005]具體工作時，P型重摻雜區(qū)5位于N+源極區(qū)4下方的區(qū)域部分能形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11，為了使器件具有高的抗閂鎖性能，形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11中的P型摻雜濃度必須非常高，同時高摻雜還必須盡可能的接近元胞溝槽13的側(cè)壁，而由于元胞溝槽13側(cè)壁的P型摻雜直接影響IGBT器件的閾值電壓，因此所述抗閂鎖結(jié)構(gòu)11給IGBT器件設(shè)計和工藝帶來很大的難度。
[0006]另一方面，為了使IGBT器件在使用過程中不發(fā)生閂鎖，P型集電區(qū)9的摻雜濃度一般比較低，其結(jié)深一般也比較淺，這使得N型基區(qū)7注入的空穴比較少，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不顯著，會導(dǎo)致IGBT器件導(dǎo)通壓降比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種抗閂鎖IGBT器件，其結(jié)構(gòu)緊湊，能有效減少發(fā)生閂鎖的風險，為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ)，與現(xiàn)有工藝相兼容，安全可靠。
[0008]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述抗閂鎖IGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型基區(qū)；在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)、第一導(dǎo)電類型源極區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸；
[0009]在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)還設(shè)有第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)，所述第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外圈，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)與第一導(dǎo)電類型源極區(qū)間通過第二導(dǎo)電類型基區(qū)間隔，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)的一端通過半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離，另一端與有源元胞的導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸。
[0010]在半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)有集電極結(jié)構(gòu)，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導(dǎo)體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導(dǎo)電類型集電區(qū)。
[0011]所述集電極層與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有第一導(dǎo)電類型緩沖層。
[0012]所述集電極層還包括位于第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的若干第一導(dǎo)電類型集電區(qū)，第一導(dǎo)電類型集電區(qū)與集電極金屬歐姆接觸。
[0013]所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。
[0014]所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時，所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)，相鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)通過第一導(dǎo)電類型基區(qū)相間隔，在間隔相鄰第二導(dǎo)電類型基區(qū)的第一導(dǎo)電類型基區(qū)的正上方設(shè)有導(dǎo)電多晶硅以及絕緣介質(zhì)層，導(dǎo)電多晶硅通過絕緣介質(zhì)層與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離，且導(dǎo)電多晶硅的兩端與下方的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)相交疊，在每個第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)均設(shè)置第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外圈，所述導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。
[0015]所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時，所述有源元胞包括位于第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的元胞溝槽，所述元胞溝槽的槽底位于第二導(dǎo)電類型基區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)，元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層，并在覆蓋有絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅，元胞溝槽的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層覆蓋，元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅通過絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離;第一導(dǎo)電類型源極區(qū)位于元胞溝槽外壁側(cè)上方，第一導(dǎo)電類型源極區(qū)、第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)與元胞溝槽外壁相接觸，元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。
[0016]所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅。
[0017]所述有源元胞的形狀呈條形、方形或圓形。
[0018]所述第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)內(nèi)設(shè)有用于形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外側(cè)以及下方，第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)與第一導(dǎo)電類型源極區(qū)接觸，且第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)在第一導(dǎo)電類型源極區(qū)下方的長度小于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的長度。
[0019]所述“第一導(dǎo)電類型”和“第二導(dǎo)電類型”兩者中，對于N型IGBT器件，第一導(dǎo)電類型指N型，第二導(dǎo)電類型為P型；對于P型IGBT器件，第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型所指的類型與N型IGBT器件正好相反。
[0020]本實用新型的優(yōu)點:在第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)，通第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)將第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的下方進行包圍，以有效地將電子電流和空穴電流進行分立開，顯著減小甚至防止空穴電流流經(jīng)第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的下方，只允許電子電流通過溝道流向第一導(dǎo)電類型源極區(qū)，可以提高IGBT器件的抗閂鎖能力，為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ)，與現(xiàn)有工藝相兼容，安全可靠。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為現(xiàn)有溝槽型IGBT器件的剖視圖。
[0022]圖2為本實用新型溝槽PT型IGBT器件的剖視圖。
[0023]圖3為本實用新型平面PT型IGBT器件的剖視圖。
[0024]圖4為本實用新型溝槽NPT型IGBT器件的剖視圖。
[0025]圖5為本實用新型溝槽PT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0026]圖6為本實用新型溝槽NPT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0027]圖7為本實用新型平面NTP型IGBT器件的剖視圖。
[0028]圖8為本實用新型平面PT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0029]圖9為本實用新型平面NPT型RCIGBT器件的剖視圖。
[0030]圖10為本實用新型有源元胞呈長條形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖11為本實用新型有源元胞呈方形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖12為本實用新型有源元胞呈圓形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]附圖標記說明:1_源極金屬、2_絕緣介質(zhì)層、3_導(dǎo)電多晶娃、4_N+源極區(qū)、5_P型重摻雜區(qū)、6-P型基區(qū)、7-N型基區(qū)、8-N型緩沖層、9-P型集電區(qū)、10-集電極金屬、11-抗閂鎖結(jié)構(gòu)、12-N型阻擋環(huán)、13-元胞溝槽、14-絕緣柵氧化層、15-N型集電區(qū)以及16-有源元胞。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0035]為了能有效減少發(fā)生閂鎖的風險，為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ)，以N型IGBT器件為例，本實用新型包括具有兩個相對主面的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括N型基區(qū)7;在半導(dǎo)體基板的N型基區(qū)7內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞16，所述有源元胞16包括位于N型基區(qū)7內(nèi)上部的P型基區(qū)6以及位于所述P型基區(qū)6內(nèi)的N+源極區(qū)4，所述P型基區(qū)6、N+源極區(qū)4與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬I歐姆接觸；
[0036]在所述P型基區(qū)6內(nèi)還設(shè)有N型阻擋環(huán)12，所述N型阻擋環(huán)12位于N+源極區(qū)4的外圈，N型阻擋環(huán)12與N+源極區(qū)4間通過P型基區(qū)6間隔，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)的一端通過半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離，另一端與有源元胞16的導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸。
[0037]具體地，半導(dǎo)體基板的材料包括硅，當然，半導(dǎo)體基板也可以采用其他常用的半導(dǎo)體材料，對于N型IGBT器件，半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電類型為N型，一般地，半導(dǎo)體基板的正面形成第一主面，半導(dǎo)體基板的背面形成第二主面，第一主面與第二主面相對應(yīng)。P型基區(qū)6位于N型基區(qū)7內(nèi)的上部，N+源極區(qū)4位于P型基區(qū)6內(nèi)，P型基區(qū)6與源極金屬I歐姆接觸。
[0038]N型阻擋環(huán)12位于P型基區(qū)6內(nèi)，N型阻擋環(huán)12在N+源極區(qū)4的外圈，N型阻擋環(huán)12的外部以及N型阻擋環(huán)與N+源極4之間是P型基區(qū)6，即N+源極區(qū)4位于N型阻擋環(huán)12形成的包圍環(huán)內(nèi)，N+源極區(qū)4位于P型基區(qū)6內(nèi)的上部，N+源極區(qū)4的上部與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬I直接歐姆接觸。通過N型阻擋環(huán)12形成包圍N+源極區(qū)4下方包圍環(huán)，N型阻擋環(huán)12的一端通過絕緣介質(zhì)層2與源極金屬I絕緣隔離，所述N型阻擋環(huán)12的另一端與有源元胞16的導(dǎo)電溝道側(cè)壁相接觸，N型阻擋環(huán)12另一端的位置與有源元胞16的具體形式有關(guān)，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再詳述。在P型基區(qū)6內(nèi)的N型阻擋環(huán)12相當于一個空穴勢皇，因此，可以有效的將電子電流和空穴電流分立開，可以顯著的減小甚至防止空穴電流經(jīng)N+源極區(qū)4的下方，而只允許電子電流通過溝道流向N+源極區(qū)4，從而可以提高IGBT器件的抗閂鎖能力。
[0039]具體實施時，N型阻擋環(huán)12可以通過現(xiàn)有的摻雜和熱擴散工藝形成，具體制備過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所述熟知，此處不再贅述。所述有源元胞16的形狀呈條形、方形或圓形，分別如圖10、圖11和圖12所示。
[0040]在具體實施時，所述有源元胞16呈平面狀或溝槽狀，具體可以根據(jù)需要進行確定，下面對有源元胞16采用平面狀以及溝槽狀的形式進行說明。
[0041]所述有源元胞16采用平面狀結(jié)構(gòu)時，所述平面有源元胞包括兩相鄰的P型基區(qū)6以及位于所述P型基區(qū)6內(nèi)的N+源極區(qū)4，相鄰的P型基區(qū)6通過N型基區(qū)7相間隔，在間隔相鄰P型基區(qū)6的N型基區(qū)7的正上方設(shè)有導(dǎo)電多晶硅3以及絕緣介質(zhì)層2，導(dǎo)電多晶硅3通過絕緣介質(zhì)層2與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬I絕緣隔離，且導(dǎo)電多晶硅3的兩端與下方的N+源極區(qū)4相交疊，所述導(dǎo)電多晶硅3與柵極金屬歐姆接觸。
[0042]本實用新型實施例中，當有源元胞16采用平面狀時，P型基區(qū)6在N型基區(qū)7內(nèi)呈非連續(xù)分布，相鄰的P型基區(qū)6間通過N型基區(qū)7相互間隔;對于一個有源元胞16，其兩個相鄰的P型基區(qū)6內(nèi)均有N+源極區(qū)4，N+源極區(qū)4的摻雜濃度大于N型基區(qū)7的摻雜濃度。在每個P型基區(qū)6內(nèi)均設(shè)置N型阻擋環(huán)12，N型阻擋環(huán)12位于N+源極區(qū)4的外圈，N型阻擋環(huán)的一端與源極金屬I通過絕緣介質(zhì)2隔離，另一端與溝道側(cè)壁處的柵絕緣介質(zhì)2接觸，導(dǎo)電多晶硅3被元胞絕緣介質(zhì)層2所包圍，導(dǎo)電多晶硅3的兩端與N+源極區(qū)4部分交疊，導(dǎo)電多晶硅3與N+源極區(qū)4相交疊的部分由元胞絕緣介質(zhì)層2所間隔，N+源極區(qū)4其余的部分與源極金屬I歐姆接觸。為了能形成IGBT器件的柵極，將所有的導(dǎo)電多晶硅3引出后與柵極金屬歐姆接觸，將導(dǎo)電多晶硅3引出與柵極金屬歐姆接觸的具體形式可以采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的形式，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0043]在有源元胞16為平面有源元胞時，平面有源元胞背面的集電極結(jié)構(gòu)不同可以得到PT型IGBT或NPT型IGBT，圖3為平面PT型IGBT器件，圖7為平面NPT型IGBT器件。對于平面NPT型IGBT器件，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬10以及與所述集電極金屬10歐姆接觸的P型集電區(qū)9，P型集電區(qū)9位于集電極金屬10與半導(dǎo)體基板的第二主面間。對于平面PT型IGBT器件，所述P型集電區(qū)9與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有N型緩沖層8，所述N型緩沖層8鄰接N型基區(qū)7以及P型集電區(qū)9。
[0044]此外，根據(jù)集電極層的不同，還能形成RC IGBTCReverse conducting insulatedgate bipolar transistor)器件，圖8為平面PT型RC IGBT器件，在P型集電區(qū)9內(nèi)還設(shè)有若干N型集電區(qū)15，通過P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15形成集電極層，以得到平面PT型RC IGBT器件。圖9中，在P型集電區(qū)9內(nèi)也設(shè)有若干N型集電區(qū)15，通過P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15的配合，從而得到平面NPT型RC IGBT器件。通過集電極結(jié)構(gòu)的不同形成的IGBT器件時，其工作過程均為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0045]所述有源元胞16采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時，所述溝槽有源元胞包括位于P型基區(qū)6內(nèi)的元胞溝槽13，所述元胞溝槽13的槽底位于P型基區(qū)6下方的N型基區(qū)7內(nèi)，元胞溝槽13的內(nèi)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層14，并在覆蓋有絕緣柵氧化層14的元胞溝槽13內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅3，元胞溝槽的13槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層2覆蓋，元胞溝槽13內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅3通過絕緣介質(zhì)層2與源極金屬I絕緣隔離;N+源極區(qū)4位于元胞溝槽13外壁側(cè)上方，N+源極區(qū)4、N型阻擋環(huán)12的一端與元胞溝槽13外壁相接觸，N型阻擋環(huán)12的另一端與源極金屬I通過絕緣介質(zhì)2進行隔離，元胞溝槽13內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅3與柵極金屬歐姆接觸。
[0046]具體實施時，元胞溝槽13的槽口位于半導(dǎo)體基板的第一主面上，并由半導(dǎo)體基板的第一主面垂直向下延伸，元胞溝槽13穿過P型基區(qū)6，元胞溝槽13的槽底位于P型基區(qū)6下方的N型基區(qū)7內(nèi)。通過熱氧化等工藝，在元胞溝槽13的側(cè)壁及底壁生長有絕緣柵氧化層14，絕緣柵氧化層14可以為二氧化硅層，在生長有絕緣柵氧化層14的元胞溝槽13內(nèi)填充導(dǎo)電多晶娃3，導(dǎo)電多晶娃3填滿元胞溝槽13，元胞溝槽13槽口的絕緣介質(zhì)層2遮擋元胞導(dǎo)電多晶娃3，以使得導(dǎo)電多晶硅3與源極金屬I絕緣隔離。N+源極區(qū)4的摻雜濃度大于N型基區(qū)7的摻雜濃度，N+源極區(qū)4的深度小于P型基區(qū)5的深度，N+源極區(qū)4與元胞溝槽13的外側(cè)壁相接觸，且與源極金屬I歐姆接觸，從而能夠形成所需的IGBT器件的源極端。
[0047]在IGBT器件的截面上，N型阻擋環(huán)12分布在元胞溝槽13的兩側(cè)，N型阻擋環(huán)12將元胞溝槽13外側(cè)壁兩側(cè)的N+源極區(qū)4均包圍，N型阻擋環(huán)12的一端與源極金屬I通過絕緣介質(zhì)2進行隔離，N型阻擋環(huán)12的另一端與元胞溝槽13下部的外壁相接觸，從而能實現(xiàn)對N+源極區(qū)4的有效包圍，實現(xiàn)對電子電流與空穴電流的有效分立開，顯著減小甚至防止空穴電流流經(jīng)N+源極區(qū)4的下方。元胞溝槽13內(nèi)導(dǎo)電多晶硅3與柵極金屬間的連接配合為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0048]在有源元胞16為溝槽有源元胞時，溝槽有源元胞背面的集電極結(jié)構(gòu)不同可以得到PT型IGBT或NPT型IGBT，圖2為溝槽PT型IGBT器件，圖4為溝槽NPT型IGBT器件。對于溝槽NPT型IGBT器件，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬10以及與所述集電極金屬10歐姆接觸的P型集電區(qū)9，P型集電區(qū)9位于集電極金屬10與半導(dǎo)體基板的第二主面間。對于溝槽PT型IGBT器件，所述P型集電區(qū)9與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有N型緩沖層8，所述N型緩沖層8鄰接N型基區(qū)7以及P型集電區(qū)9。
[0049]此外，根據(jù)集電極層的不同，還能形成RC IGBTCReverse conducting insulatedgate bipolar transistor)器件，圖5為溝槽PT型RC IGBT器件，在P型集電區(qū)9內(nèi)還設(shè)有若干N型集電區(qū)15，通過P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15形成集電極層，以得到溝槽PT型RC IGBT器件。圖6中，在P型集電區(qū)9內(nèi)也設(shè)有若干N型集電區(qū)15，通過P型集電區(qū)9與N型集電區(qū)15的配合，從而得到溝槽NPT型RC IGBT器件。通過集電極結(jié)構(gòu)的不同形成的IGBT器件時，其工作過程均為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0050]進一步地，所述N型阻擋環(huán)12內(nèi)設(shè)有用于形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11的P型重摻雜區(qū)5，所述P型重摻雜區(qū)5位于N+源極區(qū)4的外側(cè)以及下方，P型重摻雜區(qū)5與N+源極區(qū)4接觸，且P型重摻雜區(qū)5在N+源極區(qū)4下方的長度小于N+源極區(qū)的長度。
[0051]本實用新型實施例中，有源元胞16無論采用平面有源元胞還是溝槽有源元胞，在有源元胞16內(nèi)均可以設(shè)置現(xiàn)有的抗閂鎖結(jié)構(gòu)11;所述抗閂鎖結(jié)構(gòu)11包括與N+源極區(qū)4配合的P型重摻雜區(qū)5，所述P型重摻雜區(qū)5的摻雜濃度大于P型基區(qū)6的摻雜濃度。P型重摻雜區(qū)5位于P型基區(qū)6內(nèi)，P型重摻雜區(qū)5位于N+源極區(qū)4下方的長度小于N+源極區(qū)4的長度，即當有源元胞16為溝槽有源元胞時，P型重摻雜區(qū)5不與元胞溝槽13的外壁相接觸。P型重摻雜區(qū)5與N+源極區(qū)4配合形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)11的具體形式等均與現(xiàn)有相同，此處不再贅述。
[0052]本實用新型在P型基區(qū)6內(nèi)設(shè)置N型阻擋環(huán)12，通過N型阻擋環(huán)12將N+源極區(qū)4的下方進行包圍，即N型阻擋環(huán)12的外部以及N型阻擋環(huán)與N+源極4之間是P型基區(qū)6，N型阻擋環(huán)12的一端通過絕緣介質(zhì)層2與源極金屬I絕緣隔離，另一端與有源元胞16導(dǎo)電溝道的側(cè)壁接觸，以有效地將電子電流和空穴電流進行分立開，顯著減小甚至防止空穴電流流經(jīng)N+源極區(qū)4的下方，只允許電子電流通過溝道流向N+源極區(qū)4，可以提高IGBT器件的抗閂鎖能力，為降低導(dǎo)通壓降提供基礎(chǔ)，與現(xiàn)有工藝相兼容，安全可靠。
【主權(quán)項】
1.一種抗閂鎖IGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型基區(qū)；在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)、第一導(dǎo)電類型源極區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸;其特征是: 在所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)還設(shè)有第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)，所述第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外圈，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)與第一導(dǎo)電類型源極區(qū)間通過第二導(dǎo)電類型基區(qū)間隔，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)的一端通過半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離，另一端與有源元胞的導(dǎo)電溝道側(cè)壁接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:在半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)有集電極結(jié)構(gòu)，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導(dǎo)體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導(dǎo)電類型集電區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述集電極層與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有第一導(dǎo)電類型緩沖層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述集電極層還包括位于第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的若干第一導(dǎo)電類型集電區(qū)，第一導(dǎo)電類型集電區(qū)與集電極金屬歐姆接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時，所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)，相鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)通過第一導(dǎo)電類型基區(qū)相間隔，在間隔相鄰第二導(dǎo)電類型基區(qū)的第一導(dǎo)電類型基區(qū)的正上方設(shè)有導(dǎo)電多晶硅以及絕緣介質(zhì)層，導(dǎo)電多晶硅通過絕緣介質(zhì)層與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離，且導(dǎo)電多晶硅的兩端與下方的第一導(dǎo)電類型源極區(qū)相交疊，在每個第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)均設(shè)置第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)，第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外圈，所述導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時，所述有源元胞包括位于第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)的元胞溝槽，所述元胞溝槽的槽底位于第二導(dǎo)電類型基區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)，元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有絕緣柵氧化層，并在覆蓋有絕緣柵氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅，元胞溝槽的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的絕緣介質(zhì)層覆蓋，元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅通過絕緣介質(zhì)層與源極金屬絕緣隔離;第一導(dǎo)電類型源極區(qū)位于元胞溝槽外壁側(cè)上方，第一導(dǎo)電類型源極區(qū)、第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)與元胞溝槽外壁相接觸，元胞溝槽內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述有源元胞的形狀呈條形、方形或圓形。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗閂鎖IGBT器件，其特征是:所述第一導(dǎo)電類型阻擋環(huán)內(nèi)設(shè)有用于形成抗閂鎖結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)位于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的外側(cè)以及下方，第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)與第一導(dǎo)電類型源極區(qū)接觸，且第二導(dǎo)電類型重摻雜區(qū)在第一導(dǎo)電類型源極區(qū)下方的長度小于第一導(dǎo)電類型源極區(qū)的長度。
【文檔編號】H01L29/739GK205621737SQ201620391448
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】楊飛, 張廣銀, 譚驥, 沈千行, 朱陽軍, 盧爍今, 田曉麗
【申請人】江蘇中科君芯科技有限公司, 中國科學(xué)院微電子研究所