一種新型輕穿通igbt器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體地，涉及一種新型輕穿通IGBT器件。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)是一種是由BJT(Bipolar Junct1n Transistor，雙極型三極管)和M0S(Metal-0xid-Semicon-ductor，絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，集合有MOSFE(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半場效晶體管)的高輸入阻抗和GTR (Giant Transistor，電力晶體管)的低導(dǎo)通壓降兩者的優(yōu)點，具有驅(qū)動功率小而飽和壓降低的特點，普遍適用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
[0003]為了進(jìn)一步挖掘IGBT結(jié)構(gòu)的潛力，IGBT的經(jīng)歷了從穿通型結(jié)構(gòu)到非穿通型結(jié)構(gòu)，繼而到輕穿通型結(jié)構(gòu)的演變。如圖1所示的一種第二代輕穿通型IGBT器件的元胞切面，由于集合了 P+型浮空層和N型載流子存儲層結(jié)構(gòu)，可使IGBT器件具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點，但是由于N型載流子存儲層較厚(一般為5微米左右)，與N-襯底層形成的NN-型空穴勢皇因此較高，在正向?qū)〞r的電導(dǎo)調(diào)制作用下，NN-結(jié)處將聚集大量的空穴，使得器件的內(nèi)部飽和電流也將大幅度增加，因此這種輕穿通型IGBT器件的短路安全工作區(qū)較小，在大電流沖擊下容易損壞IGBT器件。
[0004]針對上述第二代輕穿通型IBGT器件的問題，需要提供一種新的輕穿通型IBGT器件及制備方法，可使IGBT器件在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，能夠抑制內(nèi)部飽和電流的增加，擴(kuò)展其短路安全工作區(qū)，從而有效避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保IGBT器件的工作壽命。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對前述第二代輕穿通型IBGT器件的問題，本實用新型提供了一種新型輕穿通IGBT器件，在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，能夠抑制內(nèi)部飽和電流的增加，擴(kuò)展其短路安全工作區(qū)，從而有效避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保IGBT器件的工作壽命。
[0006]本實用新型采用的技術(shù)方案，提供了一種新型輕穿通IGBT器件，包括若干個呈并聯(lián)結(jié)構(gòu)的元胞，其特征在于，所述元胞的下表面連接集電極，且向上依次設(shè)有集電極金屬接觸層、第一 P+摻雜層、N型緩沖層和N-襯底層；所述元胞的上表面分別連接發(fā)射極和柵極，在發(fā)射極的下方向下依次設(shè)有發(fā)射極金屬接觸層、第二 P+摻雜層、P-摻雜層和N型載流子存儲層，在柵極的下方向下依次設(shè)有柵極金屬接觸層、由多晶硅柵和柵氧化層組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)和P+型浮空層；所述發(fā)射極金屬接觸層位于兩柵極金屬接觸層之間且間隔設(shè)置，所述第二 P+摻雜層、P-摻雜層和N型載流子存儲層位于兩溝槽柵結(jié)構(gòu)之間，且在第二 P+摻雜層與柵氧化層之間設(shè)有若干個并排的N+摻雜塊層和絕緣塊層，所述N+摻雜塊層和絕緣塊層相錯間隔排布，且均為同高、同寬的長方體結(jié)構(gòu)，所述N型載流子存儲層與N-襯底層相連，所述P+型浮空層位于溝槽柵結(jié)構(gòu)下部且分別與柵氧化層和N-襯底層相連。在所述IGBT器件的元胞結(jié)構(gòu)中，一方面所述N型載流子存儲層與N-襯底層配合，可在正向?qū)〞r使得N-襯底層中靠近發(fā)射極一側(cè)的空穴濃度增高，降低器件的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗，同時所述P+型浮空層可改善槽柵底部的電場集中效應(yīng)，有效減小最大峰值電場，大大提高器件的擊穿電壓，從而使IGBT器件具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點；另一方面，相比較于現(xiàn)有的、呈長條狀的N+摻雜層結(jié)構(gòu)，在第二 P+摻雜層與柵氧化層之間設(shè)置的所述呈相錯間隔且并排狀的N+摻雜塊層和絕緣塊層結(jié)構(gòu)，可使形成的內(nèi)部發(fā)射極集成電阻在均流效果基本不變的情況下，其導(dǎo)流截面積更小，平均電阻率更高，從而大幅度增大了內(nèi)部發(fā)射極集成電阻的電阻值，有效抑制內(nèi)部飽和電流的增加，進(jìn)而擴(kuò)展了 IGBT器件的短路安全工作區(qū)，可避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保器件的工作壽命。
[0007]具體的，所述絕緣塊層的長度不小于0.3倍N+摻雜塊層的長度且不大于0.6倍N+摻雜塊層的長度。
[0008]具體的，所述N+摻雜塊層的長寬比為3:2。
[0009]具體的，所述發(fā)射極金屬接觸層局部連接位于其兩側(cè)下方的N+摻雜塊層和絕緣塊層。
[0010]具體的，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的深度大于第二 P+摻雜層、P-摻雜層和N型載流子存儲層三者的厚度之和且不超過I微米。
[0011 ] 綜上，采用本實用新型所提供的一種新型輕穿通IGBT器件，所述IGBT器件集合了N型載流子存儲層和P+型浮空層結(jié)構(gòu)，在具有高擊穿電壓、低正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗低等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，還能夠通過在第二 P+摻雜層與柵氧化層之間設(shè)置的呈相錯間隔且并排狀的N+摻雜塊層和絕緣塊層結(jié)構(gòu)，大幅度增大內(nèi)部發(fā)射極集成電阻的電阻值，有效抑制內(nèi)部飽和電流的增加，進(jìn)而擴(kuò)展IGBT器件的短路安全工作區(qū)，可避免產(chǎn)生大電流沖擊，確保器件的工作壽命。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是現(xiàn)有的一種第二代輕穿通型IGBT器件的元胞切面示意圖。
[0014]圖2是本實用新型實施例提供的新型輕穿通IGBT器件的元胞切面示意圖。
[0015]圖3是本實用新型實施例提供的新型輕穿通IGBT器件的元胞平面示意圖。
[0016]上述附圖中:1、集電極金屬接觸層2、第一 P+摻雜層3、N型緩存層4、N-襯底層5、N型載流子存儲層6、P-摻雜層7、N+摻雜塊層8、絕緣塊層9、第二 P+摻雜層10、發(fā)射極金屬接觸層11、柵極金屬接觸層12、多晶硅柵13、柵氧化層14、P+型浮空層。
【具體實施方式】
[0017]以下將參照附圖，通過實施例方式詳細(xì)地描述本實用新型提供的新型輕穿通IGBT器件。在此需要說明的是，對于這些實施例方式的說明用于幫助理解本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限定。
[0018]本文中描述的各種技術(shù)可以用于但不限于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，還可以用于其它類似領(lǐng)域。
[0019]本文中術(shù)語“和/或”，僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，可以表示:單獨存在A，單獨存在B，同時存在A和B三種情況，本文中術(shù)語“或/和”是描述另一種關(guān)聯(lián)對象關(guān)系，表示可以存在兩種關(guān)系，例如，A或/和B，可以表示:單獨存在A，單獨存在A和B兩種情況，另外，本文中字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對象是一種“或”關(guān)系。
[0020]實施例一，圖2示出了本實施例提供的新型輕穿通IGBT器件的元胞切面示意圖，圖3示出了本實施例提供的新