[发明专利]分段式注入的自钳位IGBT器件及其制作方法

说明书

本发明提供一种分段式注入的自钳位IGBT及其制作方法。在元胞右侧引入与发射极等电位的沟槽结构，在N型电荷存储层下方引入P型掺杂埋层，通过改变掩模版的开口，使高浓度的P型埋层呈间隔式分布，改善了在器件导通时高浓度P型埋层对阈值电压的不利影响，降低了导通电阻。在器件饱和时自偏置PMOS结构开启，CS层电势被钳位在一个较低的值，从而降低了IGBT的饱和电流。间隔式分布的高浓度P型埋层可以保证PMOS结构在高集电极电压下正常开启以钳位住CS层的电势，降低饱和电流，提高了器件的短路能力。在制备传统沟槽IGBT工艺方法的基础上，仅增加一张掩模版即可实现沿z方向呈分段式分布的P+埋层，没有增加工艺的复杂度，容易实现。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，具体涉及一种分段式注入的自钳位IGBT及其制作方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为新型功率器件，结合了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)的低导通电阻特性，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、导通电阻小、电流密度高，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，在各种功率转换、马达驱动及电力电子装置中得到了广泛应用。

自IGBT问世以来，人们一直致力于改善器件导通压降和关断损耗的折中关系。从初代穿通型IGBT(PT-IGBT)IGBT到场阻止型IGBT(FS-IGBT)，IGBT的长度不断减薄，器件的折中特性大大提高。在栅极结构上，IGBT由平面栅发展到沟槽栅，消除了JEFT效应，进一步降低了器件的导通压降。在这些基础上，IGBT经过不断的改进，得到了许多新结构。载流子存储型IGBT(CSTBT)通过在P基区下方引入浓度高于N型漂移区的N型载流子存储层，形成空穴的堆积，增强了发射极侧载流子浓度，降低了器件的导通压降。但是，引入的CS存储层与P基区之间的PN结会建立起较强电场，造成器件在较低承压下提前达到雪崩击穿条件，阻断能力降低。而且随CS层浓度的增加，器件的饱和电流也同时会增大，对安全工作区带来不利影响。

发明内容

为了改善传统CSTBT结构中由于高浓度N型电荷存储层引起的饱和电流大、短路性能差、击穿特性退化、以及深沟槽引起的米勒电容增大的问题，本发明提出了一种分段式注入的自钳位IGBT结构如图2所示，在元胞右侧引入与发射极等电位、与沟槽栅等深度的沟槽结构，在N型电荷存储层下方引入高浓度P型掺杂埋层，通过改变掩模版的开口，使高浓度的P型埋层不再连续分布，而是呈间隔式分布，改善了在器件导通时高浓度P型埋层对阈值电压的不利影响，电子电流可以通过未掺杂P型杂质的部分流入N型漂移区，大大降低了导通电阻。其中P型基区、N型电荷存储层、P型埋层与沟槽发射极构成自偏置PMOS结构，在器件饱和时PMOS开启，CS层电势被钳位在一个较低的值，为PNP晶体管提供的基极电流降低，从而降低了IGBT的饱和电流。间隔式分布的高浓度P型埋层可以保证PMOS结构在高集电极电压下正常开启以钳位住CS层的电势，降低饱和电流，提高了器件的短路能力，改善了短路安全工作区。本发明在制备传统沟槽IGBT工艺方法的基础上，仅增加一张掩模版即可实现沿z方向呈分段式分布的P+埋层，没有增加工艺的复杂度，容易实现。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

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；

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；