[發(fā)明專利]一種異型槽分離柵IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110829131.0
• 申請(qǐng)日: 2021-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN113451401A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永利;王新強(qiáng);王丕龍;劉文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島佳恩半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L21/331;H01L21/308
• 代理公司: 北京天盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 鄭艷春

本發(fā)明提供了一種異型槽分離柵IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法，涉及IGBT結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。集電極的上方設(shè)置有n型襯底，n型襯底的內(nèi)部設(shè)置有規(guī)律排布的豎向溝槽，溝槽內(nèi)有氧化層和多晶層，在相鄰的溝槽間設(shè)有p型阱，p型阱內(nèi)置n+發(fā)射區(qū)和p+型短路區(qū)，n+發(fā)射區(qū)位于p型阱上方邊部，p+型短路區(qū)位于n+發(fā)射區(qū)中間，溝槽頂部設(shè)有保護(hù)氧化層和發(fā)射極金屬，保護(hù)氧化層中設(shè)置金屬層形成發(fā)射極和柵極。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的有益效果是：IGBT器件中分離柵采用上下結(jié)構(gòu)，通過獨(dú)特的兩次刻蝕溝槽工藝，生產(chǎn)出的IGBT器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、無縫隙，能夠降低IGBT器件米勒電容，提高IGBT開關(guān)速度，有效地降低開關(guān)損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及IGBT結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種異型槽分離柵IGBT結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

絕緣柵晶體管(IGBT)作為新型電力半導(dǎo)體場(chǎng)控自關(guān)斷器件，集功率MOSFET的高速性能與雙極性器件的低電阻于一體，具有輸進(jìn)阻抗高，電壓控制功耗低，控制電路簡(jiǎn)單，耐高壓，承受電流大等特性，在各種電力變換中獲得極廣泛的應(yīng)用。隨著應(yīng)用功率不斷增加，IGBT開關(guān)損耗也隨之上升，異型槽分離柵IGBT通過獨(dú)特的分離柵設(shè)計(jì)，明顯降低IGBT開關(guān)損耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種異型槽分離柵IGBT結(jié)構(gòu)，通過獨(dú)特的兩次刻蝕溝槽工藝，形成上下結(jié)構(gòu)分離柵，降低IGBT器件米勒電容，有效地降低開關(guān)損耗。

具體技術(shù)方案是一種異型槽分離柵IGBT結(jié)構(gòu)，包括集電極，所述集電極的上方設(shè)置有n型襯底，所述n型襯底的內(nèi)部設(shè)置有規(guī)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(nèi)側(cè)壁及底壁上有下溝槽發(fā)射極厚柵氧化層，在所述下溝槽發(fā)射極厚柵氧化層內(nèi)側(cè)有下溝槽發(fā)射極多晶層，在所述下溝槽發(fā)射極多晶層頂部有隔離氧化層，在所述上溝槽內(nèi)側(cè)壁上有上溝槽柵極柵氧化層，在所述上溝槽柵極柵氧化層內(nèi)部、所述隔離氧化層上方有上溝槽柵極多晶層，在相鄰的所述溝槽間設(shè)有p型阱，所述p型阱內(nèi)置n+發(fā)射區(qū)和p+型短路區(qū)，所述n+發(fā)射區(qū)位于所述p型阱上方邊部，所述p+型短路區(qū)位于所述n+發(fā)射區(qū)中間，所述溝槽頂部設(shè)有保護(hù)氧化層和發(fā)射極金屬，所述保護(hù)氧化層中設(shè)置金屬層形成發(fā)射極和柵極。

進(jìn)一步，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。

進(jìn)一步，所述p型阱的高度低于所述上溝槽的高度。

進(jìn)一步，所述集電極包括：集電極金屬和p+集電極，所述p+集電極位于所述集電極金屬與所述n型襯底之間。

本申請(qǐng)中所描述的異型槽分離柵IGBT結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟：

S1、所述n型襯底表面淀積7000A致密氧化層作為硬掩膜，

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

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

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

S5、第二次溝槽刻蝕，自步驟S4中所述氮化硅阻擋層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(nèi)壁生長(zhǎng)所述下溝槽發(fā)射極厚柵氧化層，

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

S8、在所述上溝槽柵極柵氧化層內(nèi)部、所述隔離氧化層上方淀積所述上溝槽柵極多晶層，并刻蝕回刻所述上溝槽柵極多晶層，