具有集成柵源電容的RC IGBT器件制造技術

本實用新型專利技術涉及具有集成柵源電容的RC?IGBT器件，其集電極層包括第二導電類型集電區以及第一導電類型集電區；在半導體基板內還設置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，電容溝槽的高度小于第二導電類型阱區的深度；電容溝槽的側壁及底壁設置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內填充有電容導電多晶硅，且電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質層覆蓋；電容溝槽內的電容導電多晶硅與半導體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。本實用新型專利技術其結構緊湊，能在不增加芯片面積的情況下集成得到柵源電容，可以靈活設計柵源電容的分布狀態，且能精確控制柵源電容的電容值，與現有工藝相兼容。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種IGBT器件，尤其是一種具有集成柵源電容的RC IGBT器件，屬于IGBT器件的

技術介紹
目前，功率器件追求高功率密度，使得芯片體積越來越小、電流密度越來越大，而大電流密度功率器件的快速開通和關斷容易使功率器件承受高電壓應力（高壓高電流和高電壓電流的變化速率），高電壓應力容易導致器件瞬間損壞；此外，柵控信號以及輸出電壓電流波形易振蕩，這種振蕩對大功率模塊里面的并聯芯片極為不利，容易導致并聯芯片電流分布不均勻，從而導致燒壞器件。而解決以上功率器件快速開通、關斷以及柵控信號振蕩的一種有效方法就是在功率器件內集成柵源電容，集成柵源電容后，器件柵極充電時間長，器件開通變慢，而柵極和集電極的米勒電容相對于柵源電容變小，器件柵極電壓振蕩可以得到很好的抑制。目前，解決柵控信號振蕩或者柵極開通、關斷太快的最接近的現有技術，是在互聯層集成柵源電容，即在功率器件正面元胞制備后，在金屬互聯層直接制備柵源電容，這種集成柵電容的介質一般為互聯層的絕緣介質。如圖1所示，為現有集成柵源電容的示意圖，所述IGBT器件包括源極導體30、絕緣介質層31、多晶硅柵極32、阱區33以及襯底34；其中，源極導體30通過接觸孔與阱區33歐姆接觸，多晶硅柵極32與正面元胞以及柵極焊盤電連接，因此，這種集成柵源電容的方式可以有多種方式，第一種方式為通過源極導體30、多晶硅柵極32以及絕緣介質層21形成柵源電容，第二種方式為通過多晶硅柵極33、阱區33以及位于多晶硅柵極32與阱區33間的絕緣介質層31來形成柵源電容，第三種形成柵源電容的方式是將第一種方式與第二種方式相結合來形成所需的柵源電容。一般各互聯層材料都是通過淀積、化學機械拋光和刻蝕形成的，因此各層材料的尺寸精度較差，而且尺寸一般比較大（微米量級）。上述集成柵源電容的缺點是集成柵電容的大小范圍非常有限，因為互聯層的絕緣介質層31一般比較厚，這樣如果要集成大的電容時，就需要大的額外芯片面積（因為互聯層介質較厚），而且精度比較差（電容介質的厚度不易精確控制）。同時柵電容的面積受到柵極以及源極金屬布線的限制，集成柵源電容不可以在較大范圍內變動，也不能根據設計的需要靈活的調整電容分布于芯片各處的大小。
技術實現思路
本技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種具有集成柵源電容的RC IGBT器件，其結構緊湊，能在不增加芯片面積的情況下集成得到柵源電容，可以靈活設計柵源電容的分布狀態，且能精確控制柵源電容的電容值，與現有工藝相兼容，安全可靠。按照本技術提供的技術方案，所述具有集成柵源電容的RC IGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導體基板，半導體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應的第二主面；半導體基板的第一主面與第二主面間包括第一導電類型基區；在半導體基板的第一導電類型基區內設置若干規則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導電類型基區內上部的第二導電類型阱區，所述第二導電類型阱區與半導體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸；在所述半導體基板的第二主面上設置集電極結構，所述集電極結構包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導電類型集電區以及位于所述第二導電類型集電區內的第一導電類型集電區；在半導體基板內還設置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，所述淺槽柵包括位于第二導電類型阱區內的電容溝槽，所述電容溝槽的高度小于第二導電類型阱區的深度；所述電容溝槽的側壁及底壁設置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內填充有電容導電多晶硅，且所述電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質層覆蓋；電容溝槽內的電容導電多晶硅與半導體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。所述電容溝槽外側壁上方設有第一導電類型電容源極區，所述第一導電類型電容源極區與電容溝槽的外側壁相接觸。所述集電極層與半導體基板的第二主面間還設有第一導電類型緩沖層。所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。所述有源元胞采用平面狀結構時，所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導電類型阱區以及位于所述第二導電類型阱區內的第一導電類型元胞源極區，相鄰的第二導電類型阱區通過第一導電類型基區相間隔，在間隔相鄰第二導電類型阱區的第一導電類型基區的正上方設有元胞導電多晶硅以及元胞絕緣介質層，元胞導電多晶硅通過元胞絕緣介質層與半導體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離，且元胞導電多晶硅的兩端與下方的第一導電類型元胞源極區相交疊，第一導電類型元胞源極區與源極金屬歐姆接觸，所述元胞導電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。所述有源元胞采用溝槽狀結構時，所述溝槽有源元胞包括位于第二導電類型阱區內的元胞溝槽，所述元胞溝槽的槽底位于第二導電類型阱區的下方，元胞溝槽的內壁及底壁覆蓋有元胞絕緣氧化層，并在覆蓋有元胞絕緣氧化層的元胞溝槽內填充有元胞導電多晶硅，元胞溝槽的槽口由半導體基板第一主面上的元胞絕緣介質層覆蓋；在元胞溝槽外壁的側上方設有第一導電類型元胞源極區，所述第一導電類型元胞源極區位于第二到類型阱區內，且第一導電類型元胞源極區與元胞溝槽的外側壁相接觸，第一導電類型元胞源極區與源極金屬歐姆接觸，且元胞導電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。所述半導體基板的材料包括硅。所述有源元胞內包括與柵極金屬歐姆接觸的元胞導電多晶硅，所述電容導電多晶硅的長度小于或等于元胞導電多晶硅的長度。所述電容溝槽呈方形或長條形。所述“第一導電類型”和“第二導電類型”兩者中，對于N型IGBT器件，第一導電類型指N型，第二導電類型為P型；對于P型IGBT器件，第一導電類型與第二導電類型所指的類型與N型IGBT器件正好相反。本技術的優點：利用P型集電區與N型集電區形成集電極層，從而能得到RC IGBT器件，利用淺槽柵來形成柵源電容，淺槽柵的數量可以為一個或多個，淺槽柵內的電容絕緣氧化層作為柵源介質，電容絕緣氧化層的厚度可以精確控制，得到柵源電容的面積可以通過電容溝槽的寬度、深度等參數進行調節，從而能夠實現對柵源電容參數的精確控制，淺槽柵7的分布靈活，能夠在不增加芯片面積的情況下集成大的柵源電容，結構緊湊，與現有工藝兼容，適應范圍廣，安全可靠。附圖說明圖1為現有柵源電容的集成形式。圖2為本技術溝槽PT型IGBT器件的剖視圖。圖3為本技術溝槽型PT型IGBT器件內具有多個淺槽柵的剖視圖。圖4為本技術平面PT型IGBT器件的剖視圖。圖5為本技術溝槽NPT型IGBT器件的剖視圖。圖6為本技術平面NPT型IGBT器件的剖視圖。圖7為本技術溝槽型IGBT器件柵極金屬與元胞導電多晶硅、電容導電多晶硅配合的一種俯視圖。圖8為本技術溝槽型IGBT器件柵極金屬與元胞導電多晶硅、電容導電多晶硅配合的另一種俯視圖。圖9為本技術P型集電區與N型集電區間的示意圖。附圖標記說明：1-源極金屬、2-元胞絕緣介質層、3-N+元胞源極區、4-元胞導電多晶硅、5-P阱、6-N型基區、7-淺槽柵、8-溝槽有源元胞、9-元胞溝槽、10-N型緩沖層、11-P型集電區、12-集電極金屬、13-電容溝槽、14-元胞絕緣氧化層、15-電容導電多晶硅、16-電容絕緣氧化層、17-平面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有集成柵源電容的RC?IGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導體基板，半導體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應的第二主面；半導體基板的第一主面與第二主面間包括第一導電類型基區；在半導體基板的第一導電類型基區內設置若干規則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導電類型基區內上部的第二導電類型阱區，所述第二導電類型阱區與半導體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸；其特征是：在所述半導體基板的第二主面上設置集電極結構，所述集電極結構包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導電類型集電區以及位于所述第二導電類型集電區內的第一導電類型集電區；在半導體基板內還設置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，所述淺槽柵包括位于第二導電類型阱區內的電容溝槽，所述電容溝槽的高度小于第二導電類型阱區的深度；所述電容溝槽的側壁及底壁設置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內填充有電容導電多晶硅，且所述電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質層覆蓋；電容溝槽內的電容導電多晶硅與半導體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。...

【技術特征摘要】
1.一種具有集成柵源電容的RC IGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導體基板，半導體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應的第二主面；半導體基板的第一主面與第二主面間包括第一導電類型基區；在半導體基板的第一導電類型基區內設置若干規則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導電類型基區內上部的第二導電類型阱區，所述第二導電類型阱區與半導體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸；其特征是：在所述半導體基板的第二主面上設置集電極結構，所述集電極結構包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導電類型集電區以及位于所述第二導電類型集電區內的第一導電類型集電區；在半導體基板內還設置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，所述淺槽柵包括位于第二導電類型阱區內的電容溝槽，所述電容溝槽的高度小于第二導電類型阱區的深度；所述電容溝槽的側壁及底壁設置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內填充有電容導電多晶硅，且所述電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質層覆蓋；電容溝槽內的電容導電多晶硅與半導體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。2.根據權利要求1所述的具有集成柵源電容的RC IGBT器件，其特征是：所述電容溝槽外側壁上方設有第一導電類型電容源極區，所述第一導電類型電容源極區與電容溝槽的外側壁相接觸。3.根據權利要求1所述的具有集成柵源電容的RC IGBT器件，其特征是：所述集電極層與半導體基板的第二主面間還設有第一導電類型緩沖層。4.根據權利要求1所述的具有集成柵源電容的RC IGBT器件，其特征是：所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。5.根據權利要求4所述的具有集成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊飛，張廣銀，譚驥，沈千行，朱陽軍，盧爍今，田曉麗，
申請(專利權)人：江蘇中科君芯科技有限公司，中國科學院微電子研究所，
類型：新型
國別省市：江蘇;32