專利名稱：一種具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的igbt的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體器件，尤其是一種具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)于二十世紀(jì) 八十年代被提出和迅速推廣，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于中高壓大電流領(lǐng)域，并同MOSFET (金屬-氧 化物_半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)將功率電子技術(shù)推向了高頻時代，對比其它種類的功率半導(dǎo) 體，如雙極型晶體管、MOSFET ；所述絕緣柵雙極型晶體管能夠以更低的功率損耗處理更高的 功率，并且能夠工作于高頻的電路當(dāng)中，是IGBT最為突出的特點和優(yōu)勢。目前，已經(jīng)被廣泛 生產(chǎn)和使用的IGBT種類包括有穿通型IGBT (PT-IGBT)、非穿通型IGBT (NPT-IGBT)、場截止 型IGBT (FS-IGBT)，上述種類的IGBT都為既能降低功率損耗、又能提高工作頻率的初衷和 目標(biāo)被設(shè)計和發(fā)展。IGBT的功率損耗主要包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通狀態(tài)時器件的電 壓降(簡稱通態(tài)壓降)越低，通態(tài)損耗越低；器件開關(guān)時間越短、關(guān)斷時的拖尾電流越小，開 關(guān)損耗越低。除了功率損耗以外，IGBT的抗沖擊能力也是評價器件性能的另一重要特性。以非 穿通型IGBT為例，其單個元胞的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路圖分別如圖1和圖2所示。當(dāng)非穿 通型IGBT關(guān)斷時，圖2等效電路中的二極管的反向恢復(fù)電流電壓波形示意圖如圖3，其中， Iffl為最大反向恢復(fù)電流，Vkm為最大反向恢復(fù)電壓，QK為反向恢復(fù)電荷，tm為反向恢復(fù)時間， 并且，我們通常用軟化因子S來描述反向恢復(fù)電流=S = (W(Vt0)，t0、、與t2分別表 示對應(yīng)的時間點。這種利用軟化因子S表征方法一直被廣泛采用，通常要求軟化因子S越 大越好，因為越小，它會在電路電感中產(chǎn)生較高的電動勢，這個電勢疊加于電源電壓之上， 一起加在二極管及與其并聯(lián)的開關(guān)元件上，我們稱之為過沖電壓。這個電勢不僅提高了二 極管和開關(guān)元件的電壓要求及成本，而且是對器件的一大威脅。目前已知常用的非穿通型IGBT，其集電極結(jié)構(gòu)包括P+集電區(qū)，如中國專利CN 101452951《非穿通(NPT)絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其制造方法》中附圖。目前非穿通 型IGBT的集電極結(jié)構(gòu)還包括集電極短路結(jié)構(gòu)，所述集電極短路結(jié)構(gòu)由短路N+區(qū)與P型集 電區(qū)相間排列形成，并且N+區(qū)連通P型集電區(qū)下面的金屬化集電極與P型集電區(qū)上面的 N-漂移區(qū)；如中國專利CN 101478001A《一種具有空穴注入結(jié)構(gòu)的集電極短路IGBT》中附 圖4。上述兩種集電極結(jié)構(gòu)擁有一個共同的特點即構(gòu)成集電區(qū)的P型集電區(qū)摻雜濃度固 定不變，且摻雜濃度較濃。P型集電區(qū)摻雜濃度越濃，IGBT在正向?qū)顟B(tài)下，所述P型集 電區(qū)作為PNP雙極型晶體管的發(fā)射區(qū)的注入效率就會越高，空穴電流就會越大，從而通態(tài) 壓降就會越低；然而，由于注入效率的提高，導(dǎo)致器件反向恢復(fù)電荷、反向恢復(fù)時間和拖尾 電流都將增大，增加了器件關(guān)斷時的功率損耗，并且，由于P型集電區(qū)與N-型漂移區(qū)間的濃 度梯度非常大，使得注入進(jìn)P型集電區(qū)的少數(shù)載流子數(shù)量非常有限，這些少數(shù)載流子在反 向恢復(fù)過程中被迅速掃出或復(fù)合，增加了反向恢復(fù)的硬度，即S值較小，降低了器件的耐沖 擊性。相反，如果降低P型集電區(qū)的雜質(zhì)濃度，那么器件的通態(tài)壓降又會增大，導(dǎo)致通態(tài)耗損增加，同樣不利于器件性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的 IGBT，其通態(tài)壓降低，具有較低的關(guān)斷損耗及較高的耐沖擊性能。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，在所述半導(dǎo)體 IGBT器件的截面上，包括具有兩個相對主面的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板包 括第一主面與第二主面；所述半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，所述第 二導(dǎo)電類型集電區(qū)上淀積有金屬化集電極；所述半導(dǎo)體基板內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型基區(qū)，所 述第二導(dǎo)電類型基區(qū)鄰近第一主面，且與第一主面相接觸；所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)的上部 設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)；所述半導(dǎo)體基板的第一主面上還設(shè)有絕緣柵、絕緣介質(zhì)層與金 屬化發(fā)射極；所述絕緣柵與第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)相接觸，所述絕緣柵與金屬化發(fā)射極利用 絕緣介質(zhì)層相隔離；所述金屬化發(fā)射極淀積在第一主面上，并與第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)、第二 導(dǎo)電類型基區(qū)電性接觸；其創(chuàng)新在于在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)包括一個或多個具 有第一摻雜濃度的第一區(qū)域和一個或多個具有第二摻雜濃度的第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包 圍多個第二區(qū)域或第一區(qū)域與第二區(qū)域交替鄰接設(shè)置；所述第一區(qū)域的第一摻雜濃度小于 第二區(qū)域的第二摻雜濃度，且所述第一區(qū)域的第一摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板 的摻雜濃度。在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述絕緣柵包括絕緣氧化層和位于絕緣氧化 層上的導(dǎo)電多晶硅；所述絕緣氧化層位于第一主面上，所述絕緣氧化層與半導(dǎo)體基板上相 鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)及所述相鄰第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)對應(yīng)的第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)均相 接觸；所述相鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)利用半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型層相隔離。在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述絕緣柵包括溝槽；所述溝槽位于第二導(dǎo)電 類型基區(qū)內(nèi)，并延伸到第二導(dǎo)電類型基區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板內(nèi)；第二導(dǎo)電類 型基區(qū)位于半導(dǎo)體基板的上部，所述溝槽內(nèi)壁生長有絕緣氧化層，并在所述生長有絕緣氧 化層的溝槽內(nèi)淀積有導(dǎo)電多晶硅；所述溝槽的槽口由絕緣介質(zhì)層覆蓋，所述溝槽對應(yīng)于側(cè) 壁的上方均設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)與溝槽的相接觸。在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的第一區(qū)域在沿 垂直于電流流動的方向分布，所述第一區(qū)域的形狀包括方形、條形、或圓形。在所述半導(dǎo)體 IGBT器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的第二區(qū)域在沿垂直于電流流動的方向分 布，所述第二區(qū)域的形狀包括方形、條形、或圓形。在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述 第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)對應(yīng)的第一區(qū)域的面積與第二區(qū)域的面積比值為0. 01 1。在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)電類 型集電極短路區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型集電極短路區(qū)與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板、金屬化集 電極相接觸；所述金屬化集電極與第一導(dǎo)電類型集電極短路區(qū)、第一區(qū)域及第二區(qū)域均歐 姆接觸。所述絕緣介質(zhì)層為硅玻璃(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)。所述半 導(dǎo)體基板的材料包括硅。所述“第一導(dǎo)電類型”和“第二導(dǎo)電類型”兩者中，對于N型絕緣柵雙極型晶體管IGBT，第一導(dǎo)電類型指N型，第二導(dǎo)電類型為P型；對于P型絕緣柵雙極型晶體管IGBT，第 一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型所指的類型與N型絕緣柵雙極型晶體管IGBT正好相反。本發(fā)明的優(yōu)點通過在第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)設(shè)置具有不同摻雜濃度的第一區(qū)域 與第二區(qū)域，對比傳統(tǒng)的非穿通型IGBT，提高了器件在關(guān)斷過程中的反向恢復(fù)“硬度”，降低 了器件反向恢復(fù)的過沖電壓，提高了器件的耐沖擊性，獲得了更好的通態(tài)壓降，使關(guān)斷損耗 和耐沖擊性能之間具有較好的平衡。
圖1為現(xiàn)有絕緣柵雙極型晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的等效電路示意圖。圖3為圖2中對應(yīng)的二極管反向恢復(fù)過程中電流電壓波形示意圖。圖4為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖4 圖6所示以N型非穿通型絕緣柵雙極型晶體管IGBT為例，本發(fā)明包括 P基區(qū)1、N型發(fā)射區(qū)2、絕緣氧化層3、導(dǎo)電多晶硅4、P+基區(qū)5、金屬化發(fā)射極6、N型漂移 區(qū)7、P型集電區(qū)8、金屬化集電極9、絕緣介質(zhì)層10、第一區(qū)域11、溝槽12、N+集電極短路區(qū) 13、第二區(qū)域14、第一主面15及第二主面16。實施例1如圖4所示在所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT截面上，N型半導(dǎo)體基板包括N型漂 移區(qū)7，所述N型漂移區(qū)7具有兩個相對主面，所述兩個相對主面包括第一主面15及第二主 面16。所述N型漂移區(qū)7的第二主面16上形成有P型集電區(qū)8，所述P型集電區(qū)8內(nèi)包括 一個或多個第一區(qū)域11和一個或多個第二區(qū)域14，所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14均為P 導(dǎo)電類型；所述第一區(qū)域11包圍多個第二區(qū)域14或是第二區(qū)域14與第一區(qū)域11交替鄰 接設(shè)置。本實施例中采用第二區(qū)域14與第一區(qū)域11交替鄰接設(shè)置。所述第一區(qū)域11具 有第一摻雜濃度，第二區(qū)域14具有第二摻雜濃度，所述第一區(qū)域11的第一摻雜濃度小于第 二區(qū)域14的第二摻雜濃度；且第一區(qū)域11的第一摻雜濃度要大于N型漂移區(qū)7的摻雜濃 度，即所述第一區(qū)域11為輕摻雜的P+區(qū)域。所述P型集電區(qū)8上設(shè)有金屬化集電極9，所 述金屬化集電極9的材料包括鋁、鈦、鎳、銀或金。所述金屬化集電極9與P型集電區(qū)8內(nèi) 的第一區(qū)域11、第二區(qū)域14均歐姆接觸。所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14間的面積比值范 圍為0. 01 1間。所述N型漂移區(qū)7的上部設(shè)有P基區(qū)1，所述P基區(qū)1內(nèi)設(shè)有N型發(fā)射區(qū)2 ；所述 相鄰的P基區(qū)1利用N型漂移區(qū)7相隔離。所述P基區(qū)1的底部設(shè)有P+基區(qū)5。所述N型 漂移區(qū)7的第一主面15上設(shè)有平面型絕緣柵結(jié)構(gòu)；所述絕緣柵包括絕緣氧化層3與導(dǎo)電多 晶硅4 ；所述絕緣氧化層3與N型漂移區(qū)7內(nèi)相鄰的P基區(qū)1及所述P基區(qū)1內(nèi)對應(yīng)的N型 發(fā)射區(qū)2相接觸。所述絕緣氧化層3與導(dǎo)電多晶硅4上設(shè)有絕緣介質(zhì)層10，所述絕緣介質(zhì)層10包覆絕緣氧化層3與導(dǎo)電多晶硅4，絕緣介質(zhì)層10能夠?qū)⒔^緣氧化層3、導(dǎo)電多晶硅 4與金屬化發(fā)射極6相隔離。所述N型漂移區(qū)7的第一主面15上還淀積有金屬化發(fā)射極 6，所述金屬化發(fā)射極6覆蓋在第一主面15上，并包覆絕緣介質(zhì)層10。所述金屬化發(fā)射極6 與N型發(fā)射區(qū)2、P基區(qū)1均電性連接，使得N型發(fā)射區(qū)2與P基區(qū)1間具有相等電位。所述絕緣氧化層3與導(dǎo)電多晶硅4均位于第一主面15上，形成平面型絕緣柵結(jié) 構(gòu)。所述N型漂移區(qū)7的材料包括硅。絕緣介質(zhì)層10的材料包括硅玻璃(USG)、硼磷硅玻 璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)。在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，P型集電區(qū)8內(nèi)的第一區(qū) 域11在沿垂直于電流流動的方向分布，所述第一區(qū)域11的形狀包括方形、條形、或圓形；P 型集電區(qū)8內(nèi)的第二區(qū)域14在沿垂直于電流流動的方向分布，所述第二區(qū)域14的形狀包 括方形、條形、或圓形。實施例2如圖5所示為采用溝槽型絕緣柵結(jié)構(gòu)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT。在絕緣柵雙 極型晶體管IGBT截面上，所述N型漂移區(qū)7上部設(shè)有P基區(qū)1，所述P基區(qū)1貫穿N型漂移 區(qū)7。所述P基區(qū)1內(nèi)設(shè)有溝槽12，所述溝槽12位于P基區(qū)1內(nèi)，深度延伸到P基區(qū)1下 方的N型漂移區(qū)7。所述溝槽12內(nèi)壁生長有絕緣氧化層3，在所述生長有絕緣氧化層3的 溝槽12內(nèi)淀積有導(dǎo)電多晶硅4。所述溝槽12外壁的上方設(shè)有N型發(fā)射區(qū)2，所述N型發(fā)射 區(qū)2與溝槽12的外壁相接觸。溝槽12的槽口由絕緣介質(zhì)層10覆蓋，在所述N型漂移區(qū)7 的第一主面15上還淀積有金屬化發(fā)射極6。所述金屬化發(fā)射極6覆蓋第一主面15，并包圍 絕緣介質(zhì)層10 ；所述金屬化發(fā)射極6與N型發(fā)射區(qū)2、P基區(qū)1均電性連接，使P基區(qū)1與 N型發(fā)射區(qū)2具有相等電位。所述N型漂移區(qū)2的第二主面16上設(shè)有P+集電極8，所述P型集電區(qū)8內(nèi)包括一 個或多個第一區(qū)域11和一個或多個第二區(qū)域14，所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14均為P導(dǎo) 電類型；所述第一區(qū)域11包圍多個第二區(qū)域14或是第二區(qū)域14與第一區(qū)域11交替鄰接 設(shè)置。本實施例中，所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14間采用交替鄰接設(shè)置，如圖5所示。所 述第一區(qū)域11具有第一摻雜濃度，第二區(qū)域14具有第二摻雜濃度，所述第一區(qū)域11的第 一摻雜濃度小于第二區(qū)域14的第二摻雜濃度；且第一區(qū)域11的第一摻雜濃度要大于N型 漂移區(qū)7的摻雜濃度，即所述第一區(qū)域11為輕摻雜的P+區(qū)域。所述P型集電區(qū)8上設(shè)有 金屬化集電極9，所述金屬化集電極9的材料包括鋁。所述金屬化集電極9與P型集電區(qū)8 內(nèi)的第一區(qū)域11、第二區(qū)域14均歐姆接觸。實施例3如圖6所示為采用平面型絕緣柵結(jié)構(gòu)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，在所述P型 集電區(qū)8內(nèi)設(shè)有N+集電極短路區(qū)13。如圖6所示所述N型漂移區(qū)7的上部設(shè)有P基區(qū) 1，所述P基區(qū)1內(nèi)設(shè)有兩個N型發(fā)射區(qū)2 ；所述相鄰的P基區(qū)1利用N型漂移區(qū)7相隔離。 所述P基區(qū)1的底部設(shè)有P+基區(qū)5。所述N型漂移區(qū)7的第一主面15上設(shè)有平面型絕緣 柵結(jié)構(gòu)；所述絕緣柵包括絕緣氧化層3與導(dǎo)電多晶硅4 ；所述絕緣氧化層3與N型漂移區(qū)7 內(nèi)相鄰的P基區(qū)1及所述P基區(qū)1內(nèi)對應(yīng)的N型發(fā)射區(qū)2相接觸。所述絕緣氧化層3與導(dǎo) 電多晶硅4上設(shè)有絕緣介質(zhì)層10，所述絕緣介質(zhì)層10包覆絕緣氧化層3與導(dǎo)電多晶硅4， 絕緣介質(zhì)層10能夠?qū)⒔^緣氧化層3、導(dǎo)電多晶硅4與金屬化發(fā)射極6相隔離。所述N型漂 移區(qū)7的第一主面15上還淀積有金屬化發(fā)射極6，所述金屬化發(fā)射極6覆蓋在第一主面15上，并包覆絕緣介質(zhì)層10。所述金屬化發(fā)射極6與N型發(fā)射區(qū)2、P基區(qū)1均電性連接，使 得N型發(fā)射區(qū)2與P基區(qū)1間具有相等電位。所述N型漂移區(qū)7的第二主面16上形成有P型集電區(qū)8，所述P型集電區(qū)8內(nèi)包 括一個或多個第一區(qū)域11和一個或多個第二區(qū)域14，所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14均 為P導(dǎo)電類型；所述第一區(qū)域11包圍多個第二區(qū)域14或是第二區(qū)域14與第一區(qū)域11交 替鄰接設(shè)置；本實施例中，所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14間采用交替鄰接設(shè)置，如圖6所 示。所述第一區(qū)域11具有第一摻雜濃度，第二區(qū)域14具有第二摻雜濃度，所述第一區(qū)域11 的第一摻雜濃度小于第二區(qū)域14的第二摻雜濃度；且第一區(qū)域11的第一摻雜濃度要大于 N型漂移區(qū)7的摻雜濃度，即所述第一區(qū)域11為輕摻雜的P+區(qū)域。所述P型集電區(qū)8內(nèi)還 設(shè)有N+集電極短路區(qū)13，所述N+集電極短路區(qū)13與N型漂移區(qū)7的第二主面16、金屬化 集電極9均相接觸；所述P型集電區(qū)8上設(shè)有金屬化集電極9，所述金屬化集電極9的材料 包括鋁。所述金屬化集電極9與P型集電區(qū)8內(nèi)的第一區(qū)域11、第二區(qū)域14、N+集電極短 路區(qū)13均歐姆接觸。本發(fā)明具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT的工作機(jī)理為所述IGBT的P型集電區(qū)8 對比傳統(tǒng)的非穿通型IGBT的集電區(qū)，設(shè)置為具有不同摻雜濃度的第一區(qū)域11與第二區(qū)域 14，所述第一區(qū)域11與第二區(qū)域14為交替鄰接設(shè)置或第一區(qū)域11包圍第二區(qū)域14，從而 形成具有高低摻雜濃度區(qū)域鑲嵌而成的P型集電區(qū)8。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管IGBT工作于 正向?qū)顟B(tài)時，具體來講，為金屬化集電極9施加正向偏置電壓，金屬化發(fā)射極6接零電 位，柵極端施加高于器件閾值電壓(Vth)的偏置電壓，P型集電區(qū)8內(nèi)低濃度的第一區(qū)域11 注入于N型漂移區(qū)7內(nèi)的載流子數(shù)量要明顯低于P型集電區(qū)8內(nèi)第二區(qū)域14注入于N型 漂移區(qū)7內(nèi)的載流子數(shù)量，因此，低濃度第一區(qū)域11的存在減少了總體儲存于N型漂移區(qū) 7內(nèi)的少數(shù)載流子數(shù)量，使得器件在反向恢復(fù)過程中的反向恢復(fù)電荷、反向恢復(fù)時間和拖尾 電流得以減??；同時，高濃度第二區(qū)域14的高注入效率又保證了器件仍然具有較低的通態(tài) 壓降。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管IGBT工作于反向偏壓狀態(tài)時，具體來講，指金屬化集電極9 施加正向偏置電壓，金屬化發(fā)射極6接零電位，柵極端施加低于器件閾值電壓(Vth)的偏置 電壓或接零電位，由于P型集電區(qū)8第二區(qū)域14與N型漂移區(qū)7所形成的濃度梯度要明顯 小于第一區(qū)域11與N型漂移區(qū)7所形成的濃度梯度，因此，儲存于第二區(qū)域14內(nèi)的少數(shù)載 流子數(shù)量要多于儲存于第一區(qū)域11內(nèi)的少數(shù)載流子，這些儲存于P型集電區(qū)8內(nèi)的少數(shù)載 流子在器件反向恢復(fù)過程中也會被掃出或復(fù)合，所以在器件反向恢復(fù)過程的后期，這些存 儲于P型集電區(qū)8內(nèi)的少數(shù)載流子仍然需要通過復(fù)合消失，從而產(chǎn)生軟恢復(fù)特性，降低了過 沖電壓，提高了器件的耐沖擊性能。本發(fā)明通過在P型集電區(qū)8內(nèi)設(shè)置具有不同摻雜濃度的第一區(qū)域11與第二區(qū)域 14，對比傳統(tǒng)的非穿通型IGBT，提高了器件在關(guān)斷過程中的反向恢復(fù)“硬度”，降低了器件反 向恢復(fù)的過沖電壓，提高了器件的耐沖擊性，獲得了更好的通態(tài)壓降，使關(guān)斷損耗和耐沖擊 性能之間具有較好的平衡。
權(quán)利要求
一種具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，包括具有兩個相對主面的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板包括第一主面與第二主面；所述半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置第二導(dǎo)電類型集電區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)上淀積有金屬化集電極；所述半導(dǎo)體基板內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型基區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)鄰近第一主面，且與第一主面相接觸；所述第二導(dǎo)電類型基區(qū)的上部設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)；所述半導(dǎo)體基板的第一主面上還設(shè)有絕緣柵、絕緣介質(zhì)層與金屬化發(fā)射極；所述絕緣柵與第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)相接觸，所述絕緣柵與金屬化發(fā)射極利用絕緣介質(zhì)層相隔離；所述金屬化發(fā)射極淀積在第一主面上，并與第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)、第二導(dǎo)電類型基區(qū)電性接觸；其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)包括一個或多個具有第一摻雜濃度的第一區(qū)域和一個或多個具有第二摻雜濃度的第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包圍多個第二區(qū)域或第一區(qū)域與第二區(qū)域交替鄰接設(shè)置；所述第一區(qū)域的第一摻雜濃度小于第二區(qū)域的第二摻雜濃度，且所述第一區(qū)域的第一摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板的摻雜濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT 器件的截面上，所述絕緣柵包括絕緣氧化層和位于絕緣氧化層上的導(dǎo)電多晶硅；所述絕緣 氧化層位于第一主面上，所述絕緣氧化層與半導(dǎo)體基板上相鄰的第二導(dǎo)電類型基區(qū)及所述 相鄰第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)對應(yīng)的第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)均相接觸；所述相鄰的第二導(dǎo)電類型 基區(qū)利用半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型層相隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT 器件的截面上，所述絕緣柵包括溝槽；所述溝槽位于第二導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)，并延伸到第二導(dǎo) 電類型基區(qū)下方的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板內(nèi)；第二導(dǎo)電類型基區(qū)位于半導(dǎo)體基板的上 部，所述溝槽內(nèi)壁生長有絕緣氧化層，并在所述生長有絕緣氧化層的溝槽內(nèi)淀積有導(dǎo)電多 晶硅；所述溝槽的槽口由絕緣介質(zhì)層覆蓋，所述溝槽對應(yīng)于側(cè)壁的上方均設(shè)有第一導(dǎo)電類 型發(fā)射區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)與溝槽的相接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT 器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的第一區(qū)域在沿垂直于電流流動的方向分布， 所述第一區(qū)域的形狀包括方形、條形、或圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT 器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的第二區(qū)域在沿垂直于電流流動的方向分布， 所述第二區(qū)域的形狀包括方形、條形、或圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT 器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)對應(yīng)的第一區(qū)域的面積與第二區(qū)域的面積比值 為0. 01 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是在所述半導(dǎo)體IGBT 器件的截面上，所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)設(shè)有第一導(dǎo)電類型集電極短路區(qū)，所述第一導(dǎo) 電類型集電極短路區(qū)與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板、金屬化集電極相接觸；所述金屬化集電 極與第一導(dǎo)電類型集電極短路區(qū)、第一區(qū)域及第二區(qū)域均歐姆接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是所述絕緣介質(zhì)層為硅玻璃(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT，其特征是所述半導(dǎo)體基板的 材料包括硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有改善型集電極結(jié)構(gòu)的IGBT。其包括半導(dǎo)體基板；半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置第二導(dǎo)電類型集電區(qū)及金屬化集電極；半導(dǎo)體基板內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電類型基區(qū)；第二導(dǎo)電類型基區(qū)的上部設(shè)有第一導(dǎo)電類型發(fā)射區(qū)；半導(dǎo)體基板的第一主面上還設(shè)有絕緣柵、絕緣介質(zhì)層與金屬化發(fā)射極；第二導(dǎo)電類型集電區(qū)包括一個或多個具有第一摻雜濃度的第一區(qū)域和一個或多個具有第二摻雜濃度的第二區(qū)域，第一區(qū)域包圍多個第二區(qū)域或第一區(qū)域與第二區(qū)域交替鄰接設(shè)置；第一區(qū)域的第一摻雜濃度小于第二區(qū)域的第二摻雜濃度，且第一區(qū)域的第一摻雜濃度大于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體基板的摻雜濃度。本發(fā)明通態(tài)壓降低，具有較低的關(guān)斷損耗及較高的耐沖擊性能。
文檔編號H01L29/739GK101887913SQ20101019113
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者葉鵬, 朱袁正, 胡永剛 申請人:無錫新潔能功率半導(dǎo)體有限公司