[实用新型]一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件

说明书

技术领域

本实用新型的涉及电力电子技术领域的半导体器件，具体为一种带有场截止层的全自对准的绝缘栅双极晶体管器件。

背景技术

现有的绝缘栅双极晶体管IGBT主要由N-漂移区、P体区、深P+区、N+发射区、P+集电区、SiO2栅氧层、多晶硅栅层、SiO2氧化层（包括SiO2层，PSG磷硅玻璃层，SiO2层）以及正面金属层、背面金属层组成。正面金属层同时接触P体区和N+发射区，构成器件的发射极。背面金属接触P+集电区，构成器件的集电极。多晶硅栅连同连接的金属构成器件栅极。

如图2所示，在IGBT器件可以分为由多晶硅栅定义的PIN二极管区（宽度为L）和由多晶硅栅间隔定义的PNP双极晶体管区（宽度为W）。当器件正向导通时，电子从N+发射极经过多晶硅栅下形成的沟道注入到N-漂移区。同时空穴从P+集电极注入到N-漂移区。对于PIN二极管区，由于储存的电子空穴较多，由于半导体过剩载流子的电导调制效应，使得这个区域的电阻较低。相反对于PNP双极晶体管区，由于储存的电子空穴较少，这个区域的电阻较高。电流同时流经PNP和PIN这两个区域，形成导通压降Vce（sat）。减小高阻PNP区域和低阻PIN区域宽度的比值W：L可以降低器件的Vce（sat）。

除此之外，Vce（sat）的下降还可以通过减小硅片的厚度来实现。通常的做法是在P+集电区和N-漂移区之间插入一层N+缓冲层，并同时减小N-漂移区的厚度。其中的N+缓冲层通常被称为场截止层，它的引入可以在器件导通时减小器件的Vce（sat），在器件关断时减小器件的关断损耗，从而减小器件的功耗，增加器件的稳定性。

目前传统的IGBT制造工艺如下：

（1）在N-漂移区的一侧通过热氧化的方式生长栅氧化层，并在栅氧化层上面通过LPCVD沉积多晶硅，并对多晶硅进行掺杂。

（2）通过光刻、干法刻蚀，形成分离的多晶硅栅层已及栅极之间没有多晶硅覆盖的窗口，在窗口中注入硼，退火、推阱处理，形成P体区。

（3）在窗口区的两侧通过光刻形成发射极图形，并在发射极图形中注入磷；去除光刻胶，在窗口中注入磷；退火、推阱处理，形成N+发射区和深P+区。

（4）在窗口区和多晶硅栅层上面通过LPCVD或PECVD沉积SiO2，后再生长一层PSG或BPSG；在窗口去的中部N+区之间和P+区中部通过光刻、干法刻蚀，形成接触电机孔。

（5）在背面注入硼，退火推阱处理形成P+集电极；再在正面和背面通过蒸发或者溅射制作金属电极形成IGBT器件。

通过上面的IGBT制造工序我们可以看到，工艺流程采用了多次光刻和刻蚀处理，由于光刻机本身存在对准精度的问题，使得多晶栅之间的窗口层的宽度W只能限定在光刻机的精度所能达到的宽度之内，如进一步缩小器件窗口层的宽度W，将会给器件带来许多隐患。特别是在步骤（3）中对N+发射极区的光刻，很有可能出现因为套偏而引起图形转移偏差，如窗口中一侧的N+发射极没有和金属接触，导致器件活性区一半失效。同时，在步骤（4）中对电极孔的光刻会因为套偏而发生发射极和栅极之间的短路，导致器件全部失效。所以，利用现有的技术生产的IGBT器件，普遍存在因为光刻机对准精度的制约，导致器件结构欠合理而影响器件的工作参数和可靠性，因为需要一种新的器件设计来减小生产中对光刻机设备的依赖。此外，传统工艺的步骤（3）中，N+发射极是通过光刻和注入形成，它的宽度较大，导致器件容易发生闩锁效应。

如专利号为CN201110165393.8，专利名称为“绝缘栅双极晶体管及制作方法”的发明专利，其技术方案为：一种绝缘栅双极晶体管，包括：集电区，由形成于硅衬底底部的P型层组成，从所述硅衬底的背面引出集电极；漂移区，由依次形成于所述集电区上的第一N+层和第一N-层组成，所述第一N+层的N型杂质浓度大于所述第一N-层的N型杂质浓度；P阱，形成于所述第一N-层中；发射区，由形成于所述P阱上部的第二N+层组成，所述P阱将所述发射区和所述漂移区隔开；栅极，覆盖部分所述P阱，被所述栅极覆盖的所述P阱为沟道区，所述沟道区连接所述P阱两侧的所述漂移区和所述发射区；其特征在于：在所述P阱中形成有沟槽或孔，在所述沟槽或孔的底部的所述P阱中形成有P+连接层，所述P+连接层位于所述发射区的底部；在所述沟槽或孔上部形成有发射极引线孔，所述发射极引线孔的宽度大于所述沟槽或孔的宽度，在所述沟槽或孔和所述发射极引线孔中填充有金属并引出发射极。