[發明專利]溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201110168499.3
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102842604A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 趙佳;朱陽軍;盧爍今;孫寶剛;左小珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/739;H01L21/28;H01L21/331
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及半導體器件制作工藝技術領域，更具體地說，涉及一種溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(Insulate?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT)，兼具電力晶體管(Giant?Transistor，GTR)和場效應晶體管(MOSFET)的多項優點，具有良好的特性。其作為新型電力半導體器件的主要代表，被廣泛應用于工業、信息、新能源、醫學、交通、軍事和航空等領域。

最初發展的IGBT具有平面柵結構，后來出現了采用干法刻蝕工藝形成的溝槽柵結構。溝槽柵結構相比平面柵結構而言，可改善IGBT器件的導通特性，降低導通電阻。參考圖1，圖1為現有技術中常見的一種溝槽柵型IGBT的結構示意圖，該溝槽柵型IGBT包括：漂移區1；位于漂移區1正面內的基區2；位于基區2內的發射極區(或源區)3；位于漂移區1內、基區2兩側的柵區4；位于漂移區1背面依次排列的緩沖區6和集電極區(或稱漏區)5。在該溝槽柵型IGBT中，由于所述柵區4的形成是以在漂移區1內形成溝槽為前提的，因此，這種結構稱為溝槽柵型IGBT。

上述溝槽柵型IGBT在高溫狀態下工作時，一方面，溫度升高，載流子壽命增加，晶體管放大系數變大，導致流過基區2的空穴電流變大；另一方面，溫度升高使得空穴的遷移率大大降低，進而使得基區2的電阻增加，最終使所述溝槽柵型IGBT的導通電阻增加。

除此之外，所述溝槽柵型IGBT在工作時，由于電流從漂移區1直接流進垂直溝道而進入發射極區3，因此，該溝槽柵型IGBT的元胞密度增加，飽和電流密度增加，從而使得器件的短路安全工作區(SCSOA)減小。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管及其制作方法，該晶體管在工作時不僅具有較小的導通電阻，而且具有較小的電流密度，從而可拓寬器件的安全工作區。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管，該晶體管包括：

漂移區；

位于漂移區正面內的有效基區；

位于漂移區正面內、有效基區兩側的溝槽柵；

其中，所述溝槽柵包括：與有效基區相鄰的有效溝槽柵和遠離有效基區的無效溝槽柵。

優選的，在所述溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管的一個元胞內，有效溝槽柵和無效溝槽柵的個數均為2。

優選的，在所述溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管的一個元胞內，相鄰的有效溝槽柵與無效溝槽柵之間為懸空的無效基區。

優選的，在所述溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管的一個元胞內，相鄰的有效溝槽柵與無效溝槽柵之間為漂移區。

優選的，上述晶體管還包括：

位于有效基區內的發射極區；

位于漂移區背面內依次設置的緩沖區和集電極區。

優選的，所述溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管為N溝道溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管。

本發明還提供了一種溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管制作方法，該方法包括：

采用輕摻雜的硅襯底作為溝槽柵型絕緣柵雙極晶體管的漂移區；

在所述漂移區正面內形成有效基區及溝槽柵；

其中，所述溝槽柵包括：與有效基區相鄰的有效溝槽柵和遠離有效基區的無效溝槽柵。

優選的，上述方法中，在所述漂移區正面內形成有效基區及溝槽柵，具體包括：

通過離子注入工藝在所述漂移區正面內形成基區；

通過光刻、刻蝕工藝在所述漂移區內形成多個溝槽，且所述多個溝槽將基區分割成多個區域，在基區被分割成的多個區域中，中間的一個區域稱為有效基區，兩邊的區域稱為無效基區；

在所述多個溝槽內填充柵極材料，從而形成溝槽柵，在所述溝槽柵中，與有效基區相鄰的溝槽柵稱為有效溝槽柵，遠離有效基區的溝槽柵稱為無效溝槽柵。

優選的，上述方法中，在所述漂移區正面內形成有效基區及溝槽柵，具體包括：

通過光刻、刻蝕工藝在所述漂移區內形成多個溝槽；

在所述多個溝槽內填充柵極材料，從而形成溝槽柵；

通過離子注入工藝在位于中間的兩個溝槽柵之間的漂移區內形成有效基區，其中，與有效基區相鄰的溝槽柵稱為有效溝槽柵，遠離有效基區的溝槽柵稱為無效溝槽柵。

優選的，上述方法還包括：

在所述有效基區內形成發射極區；

在所述漂移區背面內形成緩沖區；

在所述緩沖區內形成集電極區。