[发明专利]一种IGBT器件及其制造方法

权利要求书

1.一种IGBT器件，在所述IGBT器件的发射极的俯视平面上，包括位于半导体基板的元胞区和终端保护区，所述终端保护区位于元胞区的外圈，且终端保护区环绕包围元胞区，所述元胞区内包括若干规则排布且相互平行并联设置的元胞，在所述IGBT器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述第二主面上方设有一层第二导电类型集电极区，所述第二导电类型集电极区上方设有第一导电类型场终止层，其特征在于：所述元胞区内的元胞设有沟槽结构，第一导电类型外延层内的上部设有第二导电类型阱层，所述元胞沟槽由第一主面经第二导电类型阱层延伸至半导体基板内的第一导电类型外延层内，所述元胞沟槽内填充有栅极导电多晶硅，所述栅极导电多晶硅覆盖至元胞沟槽槽口附近的第一主面上方，形成T型槽栅导电多晶硅，所述T型槽栅导电多晶硅与第一主面以及元胞沟槽内壁之间均设有绝缘栅氧化层。

2.根据权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于：相邻元胞沟槽的侧壁上方设有第一导电类型发射极区，第一导电类型发射极区位于第二导电类型阱层的上部，所述第二导电类型阱层的上方设有P+层，所述第二导电类型阱层、P+层与第一导电类型外延层之间均设有载流子存储层，所述元胞沟槽与第二主面之间的第一导电类型外延层内设有P柱，所述P柱位于元胞沟槽底部正下方，P柱深度最深可以深入第一导电类型场终止层，但不能穿过第一导电类型场终止层与第二导电类型集电极区电接触。

3.根据权利要求2所述的IGBT器件，其特征在于：所述T型槽栅导电多晶硅上覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层上方设有金属连线，所述金属连线穿过绝缘介质层上的接触孔与P+层和第一导电类型发射极区接触，所述T型槽栅导电多晶硅与金属连线之间通过引线孔及位于引线孔内的填充金属连接，所述金属连线上方设有设置有钝化层，所述钝化层上设有裸露金属连线的金属线窗口。

4.根据权利要求3所述的IGBT器件，其特征在于：所述第一导电类型场终止层的掺杂浓度大于或等于第一导电类型外延层的掺杂浓度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的IGBT器件，其特征在于：所述第一导电类型外延层至少包括一层外延层结构。

6.一种如权利要求1-4所述IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、准备具有两个相对主面的半导体基板；

b、在半导体基板的第一主面上生长第一氧化层，之后向半导体基板内注入第一导电类型杂质，并通过退火形成载流子存储层；

c、在半导体基板的第一主面上制作光刻胶，向半导体基板的元胞区内注入第二导电类型杂质，去除光刻胶后，通过退火形成第二导电类型深结；

d、在半导体基板的第一主面上去除第一氧化层，之后第一主面生长第二氧化层，制作光刻胶定义出第二氧化层需要刻蚀的区域，对第二氧化层需要刻蚀的区域进行光刻，然后通过刻蚀去除定义区域的第二氧化层；

e、在半导体基板的第一主面上淀积硬掩膜层，并选择性的掩蔽和刻蚀所述硬掩膜层，在半导体基板的第一主面上形成沟槽刻蚀的硬掩膜窗口；

f、利用所述硬掩膜窗口，在第一主面上通过干法刻蚀半导体基板，在半导体基板上制作向内凹陷的沟槽，所述沟槽包括元胞沟槽。

g、利用硬掩膜层作为注入屏蔽层，注入一次第二导电类型杂质，注入一般多次不同能量不同剂量的注入，注入后通过推结在元胞沟槽下方形成P柱；

h、去除硬掩膜层,在上述半导体基板第一主面上制作光刻胶，通过光刻定义出需要注入的P阱区，向P阱区注入第二导电类型杂质，然后去除光刻胶，通过退火形成第二导电类型阱层；

i、在半导体基板的第一主面上生长第三氧化层，然后通过湿法刻蚀去除牺牲氧化层，之后在半导体基板的第一主面上生长绝缘栅氧化层，并在元胞沟槽内形成多晶硅淀积槽；

j、在半导体基板的第一主面上淀积导电多晶硅体材料层，制作光刻胶，通过光刻定义出导电多晶硅需要去除的区域后，通过刻蚀去除导电多晶硅，形成T型槽栅导电多晶硅；

k、在半导体基板的第一主面上，制作光刻胶，进行发射极区光刻，并注入第一导电类型杂质离子，去除光刻胶后通过推结形成第一导电类型发射极区；

l、在半导体基板的第一主面上淀积绝缘介质层；

m、对绝缘介质层进行接触孔光刻和刻蚀，在元胞导电多晶硅栅的两侧均形成接触孔，向接触孔底部的半导体基板内注入第二导电类型杂质并退火形成P+层；

n、在绝缘介质层上淀积第一金属层，所述第一金属层盖于绝缘介质层上，并填充于接触孔内，制作光刻胶，定义出需要去除的第一金属层区域，通过刻蚀形成金属连线，金属连线与第一导电类型发射极区及P+层形成欧姆接触；

o、在金属连线上淀积钝化层，在钝化层上制作光刻胶，定义出钝化层去除区，通过干法刻蚀形成所述金属线窗口；

p、在上述半导体第二主面减薄到一定厚度后，在半导体基板的第二主面上注入第一导电类型杂质，然后通过退火形成第一导电类型场终止层；

q、在第一导电类型场终止层上注入第二导电类型杂质，然后通过退火形成第二导电类型集电极区；

r、在第二主面上通过蒸发或溅射第二金属层，第二金属层与第二导电类型集电极区形成欧姆接触。

7.一种如权利要求5所述IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、准备具有第二主面和第一外延层的半导体基板；

b、在第一外延层上制作光刻胶，通过光刻定义出P柱注入区域后，注入第二导电类型杂质，然后去除光刻胶；

c、在第一外延层上生长第二外延层，然后再第二外延层上制作光刻胶，通过光刻定义出P柱注入区域后，注入第二导电类型杂质，然后去除光刻胶；

d、在第二外延层上生长第三外延层，然后在第三外延层上制作光刻胶，通过光刻定义出P柱注入区域后，注入第二导电类型杂质，然后去除光刻胶；

e、在第三外延层上生长第四外延层，然后在第四外延层上制作光刻胶，通过光刻定义出P柱注入区域后，注入第二导电类型杂质，然后去除光刻胶；

f、在第四外延层上生长第五外延层，然后在第五外延层的表面形成半导体的第一主面,然后通过推结形成P柱；

g、在半导体基板的第一主面上生长第一氧化层，然后注入第一导电类型杂质，通过退火形成载流子存储层；

h、在半导体基板的第一主面上制作光刻胶，通过光刻定义出元胞区和终端区需要注入的区域后，注入第二导电类型杂质，去除光刻胶后，通过退火形成第二导电类型深结；

i、在上述半导体基板第一主面上制作光刻胶，通过光刻定义出需要注入的P阱区，注入第二导电类型杂质，然后去除光刻胶，通过退火形成第二导电类型阱层；

j、在半导体基板的第一主面上去除第一氧化层后生长第二氧化层，制作光刻胶，定义出第二氧化层需要刻蚀的区域进行光刻，然后通过刻蚀去除定义区域的第二氧化层；

k、在半导体基板的第一主面上淀积硬掩膜层，并选择性地掩蔽和刻蚀所述硬掩膜层，在半导体基板的第一主面上形成沟槽刻蚀的硬掩膜窗口；

l、利用硬掩膜窗口，在第一主面上通过干法刻蚀半导体基板，在半导体基板的第五外延层上方形成沟槽，沟槽包括元胞沟槽；

m、去除硬掩膜层，在上述半导体基板的第一主面上生长第三氧化层，然后通过湿法刻蚀去除第三氧化层，继续在半半导体基板的第一主面上生长绝缘栅氧化层，绝缘栅氧化层覆盖于第一主面表面以及元胞沟槽的侧壁及底部表面，且在元胞沟槽内形成多晶硅淀积槽；

n、在上述半导体基板的第一主面上淀积导电多晶硅体材料层，制作光刻胶，通过光刻定义出导电多晶硅需要去除的区域后，通过刻蚀去除导电多晶硅，形成T型槽栅导电多晶硅；

o、在上述半导体基板的第一主面上，制作光刻胶，进行发射极区光刻，并注入第一导电类型杂质离子，去除光刻胶后通过推结形成第一导电类型发射极区；

p、在半导体第二主面减薄到一定厚度后，在上述半导体基板的第一主面上淀积绝缘介质层，绝缘介质层覆盖于半导体基板的第一主面；

q、对上述绝缘介质层进行接触孔光刻和刻蚀，在元胞导电多晶硅栅的两侧均形成接触孔，注入第二导电类型杂质并退火形成P+层；

r、在上述绝缘介质层上淀积第一金属层，所述第一金属层盖于绝缘介质层上，并填充于接触孔内，制作光刻胶，定义出需要去除的第一金属层区域，通过刻蚀形成金属连线；金属连线与第一导电类型发射极区及P+层形成欧姆接触；

s、在金属连线上淀积钝化层，在钝化层上制作光刻胶，定义出钝化层去除区，通过干法刻蚀形成所述金属线窗口；

t、在第二主面上注入第一导电类型杂质，然后通过退火形成第一导电类型场终止层；

u、在第二主面上注入第二导电类型杂质，然后通过退火形成第二导电类型集电极区；

v、在第二主面上通过蒸发或溅射第二金属层,第二金属层与第二导电类型集电极区形成欧姆接触。