[发明专利]分段式注入的自钳位IGBT器件及其制作方法

权利要求书

1.一种分段式注入的自钳位IGBT器件，包括从下至上依次层叠设置的集电极金属(10)、P型集电区(9)、N型场阻止层(8)、N-漂移区(7)，位于N-漂移区(7)上方的沟槽结构，所述沟槽结构包括栅介质层(13)、栅介质层(13)内的多晶栅电极(12)、位于多晶栅电极(12)上方的栅隔离介质层(11)；

其特征在于：所述N-漂移区(7)上方具有P+埋层(6)、分离栅结构，所述分离栅结构包括分离栅介质层(15)、分离栅介质层(15)内的多晶分离栅电极(14)；

以3维直角坐标系对器件的3维方向进行定义：定义器件从沟槽结构指向分离栅结构的方向为x轴方向、从沟槽结构指向N-漂移区(7)的方向为y轴方向、垂直于x和y的方向为z轴方向；

所述P+埋层(6)沿Z方向呈现间隔式分布，Z方向上相邻的P+埋层(6)之间的区域为N-漂移区(7)；所述P+埋层(6)与沟槽结构及分离栅结构接触；所述P+埋层(6)及N-漂移区(7)上部具有N型电荷存储层(5)；所述N型电荷存储层(5)上部具有P型基区(4)；所述P型基区(4)上部具有N+发射区(2)、与N+发射区(2)接触的P+接触区(3)；所述栅隔离介质层(11)上部、N+发射区(2)上部、P+接触区(3)上部、分离栅结构上部具有发射极金属(1)；所述分离栅介质层(15)与发射极金属(1)之间短接；所述P+埋层(6)的浓度高于P型基区(4)的浓度；所述P+埋层(6)沿z方向的宽度大于或等于同水平面上相邻P+埋层(6)之间N-漂移区(7)的宽度；所述P+埋层(6)沿y方向的宽度小于N型电荷存储层(5)沿y方向的宽度。

2.根据权利要求1所述的一种分段式注入的自钳位IGBT器件，其特征在于：沿Z方向任意相邻的两个P+埋层(6)之间的N-漂移区(7)替换为P-埋层(16)；所述P-埋层(16)沿Z方向的宽度小于或等于P+埋层(6)沿Z方向的宽度；所述P-埋层(16)的浓度小于或等于P型基区(4)的浓度，P-埋层(16)沿y方向的宽度和P+埋层(6)沿y方向的宽度相同。

3.根据权利要求1所述的一种分段式注入的自钳位IGBT器件，其特征在于：在N-漂移区(7)中引入由超结N柱(17)与超结P柱(18)构成的超结结构。

4.根据权利要求1所述的一种分段式注入的自钳位IGBT器件，其特征在于：在分离栅结构的右侧引入P型浮空区(20)，所述P型浮空区(20)的上方具有隔离介质层(19)，隔离介质层(19)的上方具有发射极金属(1)；

P型浮空区(20)沿y方向的深度与分离栅结构的深度相等，或者所述P型浮空区(20)沿y方向的深度超过分离栅结构沿y方向的深度且P型浮空区(20)与P+埋层(6)部分接触。

5.根据权利要求1所述的一种分段式注入的自钳位IGBT器件，其特征在于：分离栅结构上部的金属嵌入P型基区(4)和分离栅结构。

6.权利要求1所述的一种分段式注入的自钳位IGBT器件的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：选取掺杂浓度为10¹³～10¹⁴/cm³的轻掺杂硅片用以形成器件的N-漂移区；

步骤2：在硅片表面淀积保护层，光刻出窗口进行沟槽硅刻蚀，刻蚀出栅电极沟槽与分离栅电极沟槽；

步骤3：在沟槽侧壁生长一层牺牲氧化层，然后去除掉牺牲氧化层；然后在沟槽侧壁生长一层栅氧化层；接着在所述栅氧化层上淀积多晶硅，然后反刻蚀掉表面多余多晶硅；

步骤4：在硅片表面生长一层预氧化层，通过离子注入P型杂质，制得间隔分布的P+埋层；

步骤5：通过离子注入N型杂质制得N型电荷存储层；通过离子注入P型杂质并退火处理制得P型基区；分别注入N型杂质和P型杂质制得相互接触且并排设置的N+发射区和P+接触区；

步骤6：淀积二氧化硅并刻蚀掉多余的介质形成栅隔离介质层；

步骤7：器件正面淀积金属制作发射极金属；

步骤8：翻转硅片；通过离子注入N型杂质，激光退火后制得N型场阻止层；通过离子注入P型杂质制得P+集电区；淀积金属制得金属集电极。