[發明專利]一種異型槽分離柵IGBT結構及其制造方法

在審

• 申請號: 202110829131.0
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113451401A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張永利;王新強;王丕龍;劉文
• 申請（專利權）人: 青島佳恩半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331;H01L21/308
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 鄭艷春

1.一種異型槽分離柵IGBT結構，其特征在于，包括集電極，所述集電極的上方設置有n型襯底(3)，所述n型襯底(3)的內部設置有規律排布的豎向溝槽，所述豎向溝槽包括相連的上溝槽和下溝槽，所述下溝槽位于所述上溝槽的下方，在所述下溝槽內側壁及底壁上有下溝槽發射極厚柵氧化層(8)，在所述下溝槽發射極厚柵氧化層(8)內側有下溝槽發射極多晶層(9)，在所述下溝槽發射極多晶層(9)頂部有隔離氧化層(10)，在所述上溝槽內側壁上有上溝槽柵極柵氧化層(5)，在所述上溝槽柵極柵氧化層(5)內部、所述隔離氧化層(10)上方有上溝槽柵極多晶層(11)，在相鄰的所述溝槽間設有p型阱(12)，所述p型阱(12)內置n+發射區(13)和p+型短路區(14)，所述n+發射區(13)位于所述p型阱(12)上方邊部，所述p+型短路區(14)位于所述n+發射區(13)中間，所述溝槽頂部設有保護氧化層(15)和發射極金屬(16)，所述保護氧化層(15)中設置金屬層形成發射極和柵極。

2.根據權利要求1所述的一種異型槽分離柵IGBT結構，其特征在于，所述溝槽形貌呈瓶狀，所述下溝槽的寬度大于所述上溝槽的寬度，所述下溝槽的高度低于所述上溝槽的高度。

3.根據權利要求1所述的一種異型槽分離柵IGBT結構，其特征在于，所述p型阱(12)的高度低于所述上溝槽的高度。

4.根據權利要求1所述的一種異型槽分離柵IGBT結構，其特征在于，所述集電極包括：集電極金屬(1)和p+集電極(2)，所述p+集電極(2)位于所述集電極金屬(1)與所述n型襯底(3)之間。

5.如權利要求1-4中任一所述的異型槽分離柵IGBT結構的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、所述n型襯底(3)表面淀積7000A致密氧化層作為硬掩膜(4)，

S2、第一次光刻，通過光刻、刻蝕工藝在所述硬掩膜(4)頂部光刻出第一次溝槽刻蝕窗口(17)，

S3、第一次溝槽刻蝕，高溫犧牲氧化，犧牲氧化去除，自所述n型襯底(3)頂部向下刻蝕形成所述上溝槽，在所述上溝槽內壁生長所述上溝槽柵極柵氧化層(5)，

S4、在步驟S3中形成的所述上溝槽柵極柵氧化層(5)內部表面淀積所述氮化硅阻擋層(6)，

S5、第二次溝槽刻蝕，自步驟S4中所述氮化硅阻擋層(6)底部向下刻蝕形成所述下溝槽，

S6、高溫犧牲氧化，犧牲氧化去除，在所述下溝槽內壁生長所述下溝槽發射極厚柵氧化層(8)，

S7、去除所述上溝槽中在步驟S4形成的所述氮化硅阻擋層(6)，在所述下溝槽發射極厚柵氧化層(8)內淀積所述下溝槽發射極多晶層(9)并刻蝕回刻所述下溝槽發射極多晶層(9)，在所述下溝槽發射極多晶層(9)頂部淀積所述隔離氧化層(10)并刻蝕回刻所述隔離氧化層(10)，

S8、在所述上溝槽柵極柵氧化層(5)內部、所述隔離氧化層(10)上方淀積所述上溝槽柵極多晶層(11)，并刻蝕回刻所述上溝槽柵極多晶層(11)，

S9、第三次光刻，先在相鄰的所述溝槽間光刻出p型阱注入窗口，進行BODY注入，退火形成所述p型阱(12)，

S10、第四次光刻，在所述p型阱(12)上方邊部處光刻出n+型發射極注入窗口，進行n+離子注入，形成所述n+發射區(13)，化學氣相淀積氧化層，

S11、第五次光刻，在所述n+發射區(13)中間蝕刻出發射極接觸孔，進行p+離子注入，在875℃溫度下，氮氣氣氛中退火30分鐘，形成所述p+型短路區(14)，

S12、設置接觸窗口，在結構完成部分的頂部分別設置所述發射極金屬(16)和所述保護氧化層(15)，并在所述保護氧化層(15)中設置金屬層分別形成發射極和柵極，再去除所述n型襯底(3)的背面，通過離子注入做p+背面注入，400℃退火，設置金屬材料層形成集電極。