一种具有载流子存储层的超结IGBT器件及其制造方法与流程

本发明涉及集成电路制造，具体涉及一种具有载流子存储层的超结igbt器件及其制造方法。

背景技术：

1、igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)结合了场效应晶体管(mosfet)和双极结晶型晶体管(bjt)的优点，是现代电力电子电路中的核心电子元器件之一。

2、igbt利用低掺杂浓度的漂移区来实现高耐压，然而击穿电压和导通电阻之间存在一定比例关系的限制，即“硅极限”。为了打破“硅极限”，人们提出了超结(super junction)理论：在漂移区中引入交替排列的n、p柱，利用n、p柱的横向耗尽来改善电场分布，从而获得更高的耐压。超结器件凭借其高耐压、低导通电阻的性能，广泛应用于肖特基二极管、mosfet以及igbt中。相比传统的硅基igbt器件，sj-igbt在相同的漂移区长度下具备更高的耐压。如图1所示，显示为现有工艺形成的一种sj-igbt的结构示意图。

3、但是，经过深入分析发现，sj-igbt能够增强耐压，其原因并不是漂移区浓度增加所致，而是较浓的sj-nepi区域产生carrier storage(载流子存储，cs)作用导致。如图2所示，显示为带cs层的igbt的结构示意图。sj-igbt应该称为super carrier stored igbt。sj-igbt的实质是拥有超厚cs层的igbt(正向时)。反向时利用sj原理，将超厚cs层耗尽，避免其对耐压的影响。

4、传统sj-igbt器件中采用sj(超结)或semi-sj(半超结)负责全部耐压，未能理解到sj-igbt的实质。花了很大力气，反而对器件正向性能没有太大提升，甚至导致器件性能退化。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种具有载流子存储层的超结igbt器件及其制造方法，用以实现有效提升igbt器件性能。

2、本发明提供一种具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，包括以下步骤：

3、步骤一、提供两个具有相对主面的n型衬底，在所述n型衬底上外延生长n型外延层；

4、步骤二、在所述n型外延层中形成位于所述n型衬底的有源区和终端区的n型载流子存储层，所述n型载流子存储层与所述n型衬底之间间隔有所述n型外延层；

5、步骤三、在所述n型载流子存储层中形成超结结构，所述超结结构由若干个n型柱和p型柱交替排列构成，所述超结结构的底部位于所述n型外延层中；

6、步骤四、进行杂质离子的注入，以在所述n型衬底的终端区内形成结区以及保护环；

7、步骤五、热生长形成阻挡介质层，并去除有源区上的阻挡介质层，以得到终端区的阻挡介质层；

8、步骤六、通过光刻和刻蚀工艺形成有源区的沟槽栅，且在相邻的沟槽栅间设置体区，所述体区在所述n型外延层内位于所述n型载流子存储层的上方；

9、步骤七、选择性地注入杂质离子，以在有源区内形成有由n+区组成的源区，并在终端区内得到截止环，所述源区位于所述体区内；

10、步骤八、淀积形成层间介质层，刻蚀形成接触孔；

11、步骤九、淀积金属层，并对所述金属层进行选择性地掩蔽和蚀刻后，得到源极金属、栅极金属以及截止环金属；

12、步骤十、在所述n型衬底的底部制作电场截止层和集电区，所述电场截止层邻接所述n型外延层和所述集电区。

13、优选地，步骤一中所述n型衬底为通过fz法制作出的fz晶片或通过mcz法制作出的mcz晶片。

14、优选地，步骤二中所述n型载流子存储层通过外延生长工艺形成。

15、步骤二中所述n型载流子存储层的掺杂浓度大于所述n型外延层的掺杂浓度。

16、优选地，所述n型载流子存储层的厚度在10-20um范围内。

17、优选地，所述n型载流子存储层的厚度为10um。

18、优选地，步骤三中形成所述超结结构包括：

19、采用光刻刻蚀工艺形成多个超结沟槽；

20、在所述超结沟槽中填充p型外延层形成所述p型柱；所述n型柱由所述p型柱之间的所述n型外延层和所述n型载流子存储层组成。

21、优选地，所述方法还包括：在所述集电区上设置集电极金属，所述集电极金属与集电区欧姆接触。

22、本发明还提供一种具有载流子存储层的超结igbt器件，包括：

23、两个具有相对主面的n型衬底；位于所述n型衬底上的有源区以及终端区；位于所述n型衬底上方的n型外延层；位于所述n型外延层上方的n型载流子存储层；位于所述n型载流子存储层中的超结结构，所述超结结构由多个n型柱和p型柱横向交替排列而成；位于所述n型衬底底部的场截止层和集电区；

24、所述有源区位于所述n型衬底的中心区，还包括多个沟槽栅，各所述沟槽栅穿过所述p型体区且各所述沟槽栅的底部进入到所述n型载流子存储层中；形成于所述p型体区的由n+区组成的源区；覆盖所述源区、所述沟槽栅和所述体区表面的层间介质层；穿过所述层间介质层在所述源区和所述沟槽栅的顶部的接触孔；位于所述层间介质层的表面的正面金属层；

25、所述终端区位于有源区的外圈并环绕包围所述有源区，还包括结区、保护环、阻挡介质层、截止环以及截止环金属；所述结区与所述有源区内邻近终端区的所述沟槽栅接触，所述保护环位于所述结区与所述截止环间，所述截止环位于终端区的外圈，与所述截止环金属欧姆接触；

26、其中，所述n型载流子存储层通过外延生长工艺形成；厚度为10um。

27、本发明在现有igbt器件的基础上，在器件的有源区和终端区增加载流子存储层(cs)层和超结结构，并制作最适合器件性能提升的cs层厚度，实现igbt器件性能地有效提升。

技术特征：

1.一种具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，步骤一中所述n型衬底为通过fz法制作出的fz晶片或通过mcz法制作出的mcz晶片。

3.根据权利要求1所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，步骤二中所述n型载流子存储层通过外延生长工艺形成。

4.根据权利要求1所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，步骤二中所述n型载流子存储层的掺杂浓度大于所述n型外延层的掺杂浓度。

5.根据权利要求1所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，所述n型载流子存储层的厚度在10-20um范围内。

6.根据权利要求5所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，所述n型载流子存储层的厚度为10um。

7.根据权利要求1所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，步骤三中形成所述超结结构包括：

8.根据权利要求1所述的具有载流子存储层的超结igbt器件的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述集电区上设置集电极金属，所述集电极金属与集电区欧姆接触。

9.一种采用权利要求1至8中任一项所述方法形成的具有载流子存储层的超结igbt器件，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种具有载流子存储层的超结IGBT器件及其制造方法，提供两个具有相对主面的N型衬底，外延生长N型外延层；在N型衬底的有源区和终端区上形成载流子存储(CS)层和超结结构；进行离子注入，以在终端区内形成结区以及保护环；形成终端区的阻挡介质层；形成有源区沟槽栅，且在相邻的沟槽栅间设置体区；选择性地注入杂质离子，以在有源区内形成源区，并在终端区内得到截止环；淀积形成层间介质层，刻蚀形成接触孔；淀积金属层，并蚀刻形成源极金属、栅极金属以及截止环金属；制作电场截止层和集电区。本发明在现有IGBT器件基础上，在有源区和终端区增加载流子存储(CS)层和超结结构，并制作最适合器件性能提升的CS层厚度，能够有效提升IGBT器件性能。

技术研发人员：李昊
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13