[发明专利]一种轻穿通IGBT器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，具体地，涉及一种轻穿通IGBT器件的制备方法。

背景技术

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是一种是由BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型三极管)和MOS（Metal-Oxid-Semicon-ductor，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，集合有MOSFE（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管）的高输入阻抗和GTR（Giant Transistor，电力晶体管）的低导通压降两者的优点，具有驱动功率小而饱和压降低的特点，普遍适用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

为了进一步挖掘IGBT结构的潜力，IGBT的经历了从穿通型结构到非穿通型结构，继而到轻穿通型结构的演变。如图1所示的一种第二代轻穿通型IGBT器件的元胞切面，由于集合了P+型浮空层和N型载流子存储层结构，可使IGBT器件具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点，但是由于N型载流子存储层较厚（一般为5微米左右），与N-衬底层形成的NN-型空穴势垒因此较高，在正向导通时的电导调制作用下， NN-结处将聚集大量的空穴，使得器件的内部饱和电流也将大幅度增加，因此这种轻穿通型IGBT器件的短路安全工作区较小，在大电流冲击下容易损坏IGBT器件。

针对上述第二代轻穿通型IBGT器件的问题，需要提供一种新的轻穿通型IBGT器件及制备方法，可使IGBT器件在具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点的基础上，能够抑制内部饱和电流的增加，扩展其短路安全工作区，从而有效避免产生大电流冲击，确保IGBT器件的工作寿命。

发明内容

针对前述第二代轻穿通型IBGT器件的问题，本发明提供了一种新型轻穿通IGBT器件及制备方法，可使IGBT器件在具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点的基础上，能够抑制内部饱和电流的增加，扩展其短路安全工作区，从而有效避免产生大电流冲击，确保IGBT器件的工作寿命。

本发明采用的技术方案，一方面提供了一种新型轻穿通IGBT器件，包括若干个呈并联结构的元胞，其特征在于，所述元胞的下表面连接集电极，且向上依次设有集电极金属接触层、第一P+掺杂层、N型缓冲层和N-衬底层；所述元胞的上表面分别连接发射极和栅极，在发射极的下方向下依次设有发射极金属接触层、第二P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层，在栅极的下方向下依次设有栅极金属接触层、由多晶硅栅和栅氧化层组成的沟槽栅结构和P+型浮空层；所述发射极金属接触层位于两栅极金属接触层之间且间隔设置，所述第二P+掺杂层、P-掺杂层和N型载流子存储层位于两沟槽栅结构之间，且在第二P+掺杂层与栅氧化层之间设有若干个并排的N+掺杂块层和绝缘块层，所述N+掺杂块层和绝缘块层相错间隔排布，且均为同高、同宽的长方体结构，所述N型载流子存储层与N-衬底层相连，所述P+型浮空层位于沟槽栅结构下部且分别与栅氧化层和N-衬底层相连。在所述IGBT器件的元胞结构中，一方面所述N型载流子存储层与N-衬底层配合，可在正向导通时使得N-衬底层中靠近发射极一侧的空穴浓度增高，降低器件的正向导通压降和关断损耗，同时所述P+型浮空层可改善槽栅底部的电场集中效应，有效减小最大峰值电场，大大提高器件的击穿电压，从而使IGBT器件具有高击穿电压、低正向导通压降和关断损耗低等优点；另一方面，相比较于现有的、呈长条状的N+掺杂层结构，在第二P+掺杂层与栅氧化层之间设置的所述呈相错间隔且并排状的N+掺杂块层和绝缘块层结构，可使形成的内部发射极集成电阻在均流效果基本不变的情况下，其导流截面积更小，平均电阻率更高，从而大幅度增大了内部发射极集成电阻的电阻值，有效抑制内部饱和电流的增加，进而扩展了IGBT器件的短路安全工作区，可避免产生大电流冲击，确保器件的工作寿命。