[发明专利]IGBT器件的结构及工艺方法

说明书

本发明公开了一种IGBT器件结构及其工艺方法，所述器件的背面金属上方为集电区，集电区上方为场终止层，场终止层上方为基区；在所述衬底的上表面的浅层为体区，沟槽的底部位于基区中，沟槽内填充多晶硅层形成沟槽型栅极，所述衬底的上表面覆盖金属层；靠近体区的基区中具有一层正面缺陷区，靠近场终止层的基区中具有一层背面缺陷区。本发明通过正面及背面的可控深度制造缺陷，控制正面及背面载流子寿命；这样在关断的过程中，载流子寿命有限，电流很快就下降为零。注入缺陷后，正面部分区域的电阻偏小，电流很快就上升到饱和区域，开通时间变小，在开通和关断过程中损耗变少。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是指一种IGBT器件的结构。

本发明还涉及所述IGBT器件的工艺方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，以下简称IGBT)是一种集金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的栅电极电压控制特性和双极结型晶体管(BJT)的达灵顿结构半导体功率电力电子器件，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、导通电阻小、开关损耗低及工作频率高等特性，是比较理想的半导体功率开关器件，开关频率在10K～100K赫兹之间，有着广阔的发展和应用前景。在IGBT功率器件功能中，开关的速度和对应开关损耗是评价IGBT性能的重要指标。目前是通过背面注入磷或氢离子，并通过高温长时间推阱形成背面场中止层来减少关断损耗，但是由于背面场终止层偏厚偏浓，不可避免会造成静态指标通态电压偏大。另外对于IGBT正面的开通损耗需要进一步降低，没有更好的办法。

目前随着IGBT电流密度要求越来越高，器件通态的电流也越来越大。器件的损耗越来越大。动态损耗和静态损耗的折中平衡难度越来越高。为了改善动态损耗，现在大家通行的做法是背面注入磷离子或氢离子经过高温推阱后，形成一定深度的场终止层达到在IGBT关断的时候复合背面发射的空穴，减少背面发射效率，达到降低关断损耗的目的。

现有半导体器件特别是大电流100A以上的产品，由于电流大，开通损耗和关断损耗都特别大，并且很难和导通损耗进行折中。因为存在的问题是电流从背面到正面穿过整个衬底过程中，只有背面不到整体长度十分之一的距离，通过场终止层减少背面发射效率，减少关断损耗。该方法折中程度有限，而且很容易使得Vcesat（饱和压降）增加。开通损耗方面，工艺上没有更好的办法，设计上只能通过减少输入电阻的方法实现开通损耗降低，但是往往容易造成开通电流过冲，影响器件的使用安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种IGBT器件，具有较低的开关损耗。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供所述IGBT器件的工艺方法。

本发明所述的IGBT器件结构，所述器件形成于半导体衬底中，在半导体衬底的剖视平面上，定义衬底具有上表面和下底面，与上表面和下底面的纵向垂直的水平方向为左右两侧；所述器件在纵向上，最下层也就是下底面为背面金属，背面金属上方为集电区，集电区上方为场终止层，场终止层上方为基区；在所述衬底的上表面的浅层为第一导电类型的体区，所述的体区中包含有多个等距排列的第二导电类型重掺杂区，所述第二导电类型重掺杂区位于体区的浅表层。

多个平行的沟槽各穿过所述的重掺杂区以及体区，沟槽的底部位于基区中，沟槽内填充多晶硅层形成沟槽型栅极，所述衬底的上表面覆盖金属层。