Igbt器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣棚.雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor，簡(jiǎn)稱IGBT)是由雙極型三極管(Bipolar Junct1n Transistor，簡(jiǎn)稱BJT)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，簡(jiǎn)稱M0SFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有M0SFET器件的高輸入阻抗和BJT器件的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。由于IGBT具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低等優(yōu)點(diǎn)，因此作為一種新型的電力電子器件被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，例如，在開(kāi)關(guān)電源、整流器、逆變器、UPS等領(lǐng)域IGBT均有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]集電極-發(fā)射極間的飽和電壓Vce(sat)和關(guān)斷損耗Eoff是IGBT器件的重要技術(shù)參數(shù)，前者用以表征IGBT在開(kāi)啟過(guò)程中的損耗，后者用以表征器件關(guān)斷時(shí)的功耗。IGBT的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致高阻N型漂移區(qū)存在大量載流子，可降低器件導(dǎo)通時(shí)壓降Vce(sat)。但器件關(guān)斷時(shí)會(huì)導(dǎo)致拖尾電流過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致關(guān)斷損耗Eoff很高。Vce(sat)和Eoff二者相互制約，IGBT器件不斷發(fā)展新技術(shù)使兩個(gè)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)組合。
[0004]注入增強(qiáng)型柵極晶體管(IEGT)是在IGBT結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，通過(guò)增強(qiáng)載流子注入的效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了 IGBT器件的低導(dǎo)通電壓特性。與IGBT器件相比，IEGT器件具有更大的柵極面積，在大電流導(dǎo)通時(shí)，大量空穴直接在柵極下方的N型漂移區(qū)堆積，為達(dá)到電荷平衡，N型漂移區(qū)會(huì)向發(fā)射區(qū)注入更多的電子，這一現(xiàn)象稱為電子注入增強(qiáng)效應(yīng)(IE效應(yīng))，因此在發(fā)射極附近形成高濃度的載流子分布，減小該區(qū)域的導(dǎo)通電阻，從而達(dá)到降低器件導(dǎo)通壓降Vce(sat)的目的，并且在電子注入顯著增強(qiáng)的同時(shí)，空穴在柵極下方的堆積會(huì)限制集電極側(cè)空穴的注入，N型漂移區(qū)空穴濃度并沒(méi)有增加，因此IEGT器件的拖尾電流不會(huì)增加，關(guān)斷損耗Eoff也不會(huì)明顯增加。
[0005]目前，IEGT器件主要有平面柵和槽柵兩種結(jié)構(gòu)。槽柵結(jié)構(gòu)的IEGT通常采用較寬的溝槽結(jié)構(gòu)或者部分的發(fā)射極單元懸空的窄溝槽結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射極的電子注入增強(qiáng)效應(yīng)。平面柵IEGT器件結(jié)構(gòu)與平面柵IGBT接近，差別僅在于前者柵極長(zhǎng)度較長(zhǎng)，器件導(dǎo)通期間，空穴直接在長(zhǎng)柵極下面的N型漂移區(qū)堆積，引起發(fā)射極的電子注入增強(qiáng)效應(yīng)。傳統(tǒng)的平面柵IEGT器件的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，包括N-半導(dǎo)體襯底104、形成于N-半導(dǎo)體襯底104背面的P型集電區(qū)102、N型電場(chǎng)截止層103和集電極金屬電極101、形成于N-半導(dǎo)體襯底104正面的P阱105、P型接觸區(qū)106、N型發(fā)射區(qū)107、柵極介質(zhì)層108、多晶硅柵極109、隔離介質(zhì)層110和發(fā)射極金屬電極112。
[0006]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然槽柵結(jié)構(gòu)IEGT能夠提高器件元胞密度、消除JFET效應(yīng)，降低導(dǎo)通壓降Vce(sat)，但會(huì)導(dǎo)致器件電容增大，尤其是集電極柵極反饋電容Crss大于相同規(guī)格的平面柵產(chǎn)品，導(dǎo)致器件關(guān)斷較慢，增加關(guān)斷損耗Eoff，因此高壓電流IEGT器件主要采用平面柵結(jié)構(gòu)。但是，為增強(qiáng)空穴在元胞區(qū)的聚集，傳統(tǒng)的平面柵IEGT器件的多晶硅柵極長(zhǎng)度很長(zhǎng)，勢(shì)必會(huì)影響到元胞密度，導(dǎo)致器件面積較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種IGBT器件及其制作方法，以解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種IGBT器件，包括:
[0009]N型半導(dǎo)體襯底；
[0010]形成于所述半導(dǎo)體襯底背面的P型集電區(qū)；
[0011 ]形成于所述半導(dǎo)體襯底正面內(nèi)的P阱；
[0012]形成于所述P阱內(nèi)的N型發(fā)射區(qū)；
[0013]形成于所述半導(dǎo)體襯底正面的復(fù)合型柵極結(jié)構(gòu)；
[0014]其特征在于，所述復(fù)合型柵極結(jié)構(gòu)包括形成于所述半導(dǎo)體襯底正面上的平面柵以及形成于所述半導(dǎo)體襯底正面內(nèi)的溝槽柵。
[0015]可選的，在所述的IGBT器件中，所述平面柵包括平面多晶硅柵極以及位于平面多晶硅柵極與半導(dǎo)體襯底之間的平面柵介質(zhì)層，所述溝槽柵包括溝槽多晶硅柵極以及位于溝槽多晶硅柵極與半導(dǎo)體襯底之間的溝槽柵介質(zhì)層。
[0016]可選的，在所述的IGBT器件中，還包括:
[0017]形成于所述半導(dǎo)體襯底正面上以及所述平面柵上的隔離介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)層具有暴露所述N型發(fā)射區(qū)部分表面的通孔；
[0018]形成于所述半導(dǎo)體襯底正面上以及所述隔離介質(zhì)層上的發(fā)射極金屬電極。
[0019]可選的，在所述的IGBT器件中，還包括:
[0020]形成于所述P阱遠(yuǎn)離所述溝槽柵一側(cè)并與所述發(fā)射極金屬電極電連接的輔助溝槽柵。
[0021]可選的，在所述的IGBT器件中，所述輔助溝槽柵包括輔助溝槽多晶硅柵極以及位于輔助溝槽多晶硅柵極與半導(dǎo)體襯底之間的輔助溝槽柵介質(zhì)層。
[0022]可選的，在所述的IGBT器件中，還包括:
[0023]形成于所述輔助溝槽柵頂面的隔離介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)層中形成有通孔以使所述輔助溝槽柵與所述發(fā)射極金屬電極電連接。
[0024]可選的，在所述的IGBT器件中，還包括:
[0025]形成于所述半導(dǎo)體襯底背面和P型集電區(qū)之間的N型電場(chǎng)截止層。
[0026]可選的，在所述的IGBT器件中，還包括:
[0027]形成于所述P型集電區(qū)背面的集電極金屬電極。
[0028]可選的，在所述的IGBT器件中，還包括:
[0029]形成于所述P阱內(nèi)且位于所述N型發(fā)射區(qū)一側(cè)的P型接觸區(qū)。
[0030]可選的，在所述的IGBT器件中，所述N型半導(dǎo)體襯底為N型輕摻雜，所述P型集電區(qū)為P型重?fù)诫s，所述N型發(fā)射區(qū)為N型重?fù)诫s。
[0031]本發(fā)明還提供了一種IGBT器件制作方法，包括:
[0032]提供一N型半導(dǎo)體襯底；
[0033]在所述半導(dǎo)體襯底背面形成P型集電區(qū)，在所述半導(dǎo)體襯底正面內(nèi)形成P阱，在所述P阱內(nèi)形成N型發(fā)射區(qū)，在所述半導(dǎo)體襯底正面形成復(fù)合型柵極結(jié)構(gòu);其中，所述復(fù)合型柵極結(jié)構(gòu)包括形成于所述半導(dǎo)體襯底正面上的平面柵以及形成于所述半導(dǎo)體襯底正面內(nèi)的溝槽柵。
[0034]可選的，在所述的IGBT器件制作方法中，在所述半導(dǎo)體襯底正面形成復(fù)合型柵極結(jié)構(gòu)的步驟包括:
[0035]在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一溝槽和第二溝槽，再通過(guò)氧化工藝形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底正面以及第一溝槽和第二溝槽表面的柵介質(zhì)層；
[0036]在所述第一溝槽和第二溝槽內(nèi)填充多晶硅，所述多晶硅覆蓋所述柵介質(zhì)層的表面；
[0037]刻蝕所述多晶硅和柵介質(zhì)層形成平面柵、溝槽柵以及輔助溝槽柵。
[0038]可選的，在所述的IGBT器件制作方法中，還包括:
[0039]在所述半導(dǎo)體襯底正面上以及所述平面柵上形成隔離介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)層具有暴露所述N型發(fā)射區(qū)部分表面的通孔；
[0040]在所述半導(dǎo)體襯底正面上以及所述隔離介質(zhì)層上形成發(fā)射極金屬電極。
[0041]可選的，在所述的IGBT器件制作方法中，在所述半導(dǎo)體襯底正面形成復(fù)合型柵極結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在所述P阱遠(yuǎn)離所述溝槽柵一側(cè)形成與所述發(fā)射極金屬電極電連接的輔助溝槽柵。
[0042]可選的，在所述的IGBT器件制作方法中，還包括:
[0043]在所述輔助溝槽柵頂面形成隔離介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)層中形成有通孔以使所述輔助溝槽柵與所述發(fā)射極金屬電極電連接。
[0044]可選的，在所述的IGBT器件制作方法中，還包括:
[0045]在所述半導(dǎo)體襯底背面和P型集電區(qū)之間形成N型電場(chǎng)截止層。
[0046]可選的，在所述的IGBT器件制作方法中，還包括:
[0047]在所述P型集電區(qū)背面形成集電極金屬電極。
[0048]在本發(fā)明提供的IGBT器件及其制作方法中，采用復(fù)合