[實(shí)用新型]一種自對(duì)準(zhǔn)分離柵極結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202122903859.1
• 申請(qǐng)日: 2021-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN216450648U
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡強(qiáng);楊柯;馬克強(qiáng);王思亮;蔣興莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都森未科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/739
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是一種自對(duì)準(zhǔn)分離柵極結(jié)構(gòu)，其包括襯底，襯底上方設(shè)置有第二導(dǎo)電類型，襯底正面的上部設(shè)置有多根溝槽，且溝槽同時(shí)貫穿對(duì)應(yīng)位置處的第二導(dǎo)電類型，溝槽底部設(shè)置有第一絕緣層，第一絕緣層上方連接有第二絕緣層，第二絕緣層突出于第二導(dǎo)電類型頂部，第二絕緣層的上方連接有寬度大于第二絕緣層的第三絕緣層，在第二絕緣層長(zhǎng)度方向貫穿有與其長(zhǎng)度一致的第一導(dǎo)電層，第三絕緣層與第二導(dǎo)電類型之間設(shè)置有第一導(dǎo)電類型。本申請(qǐng)通過在器件溝槽內(nèi)引入雙分裂的分立柵電極以及柵電極下方的厚絕緣介質(zhì)層，在不影響IGBT器件開啟閾值電壓和開通的情況下，降低米勒電容Cgc，提高了器件的開關(guān)速度，從而降低器件動(dòng)態(tài)損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是一種自對(duì)準(zhǔn)分離柵極結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，目前常見的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）已普遍采用溝槽型柵極結(jié)構(gòu)。槽柵結(jié)構(gòu)消除了JFET區(qū)，避免了電流擁擠，從而其導(dǎo)通壓降較小，但由于溝道密度較大，會(huì)增大極間耦合電容（特別是密勒電容），降低器件的開關(guān)速度，增大開關(guān)損耗。同時(shí)，高溝道密度會(huì)增大飽和電流大小，從而短路安全工作區(qū)較小。

由于IGBT導(dǎo)通時(shí)需要在集電極側(cè)注入大量非平衡載流子產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而降低導(dǎo)通壓降。一方面，IGBT開啟需要給柵極充電，充電速度決定了IGBT的開啟速度，而充電速度又決定于IGBT的寄生電容，包括Cge和Cgc；另一方面，引入的非平衡載流子在器件關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的電流拖尾效應(yīng)，使得IGBT的關(guān)斷速度偏慢，關(guān)斷損耗增加。為了優(yōu)化槽柵IGBT關(guān)斷損耗與導(dǎo)通壓降的關(guān)系，提高載流子注入增強(qiáng)效應(yīng)，通常會(huì)引入寬浮空P型基區(qū)，調(diào)節(jié)漂移區(qū)中載流子分布，從而實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)靜態(tài)折中。但是寬浮空P型基區(qū)與槽柵結(jié)構(gòu)相互耦合，無法靈活設(shè)計(jì)，限制了器件的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N垂直雙分裂深溝槽柵型IGBT結(jié)構(gòu)，可以靈活地調(diào)整寄生電容和開關(guān)速度，并有效解耦溝槽柵與P型基區(qū)的設(shè)計(jì)關(guān)系。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本申請(qǐng)的技術(shù)方案如下：

一種自對(duì)準(zhǔn)分離柵極結(jié)構(gòu)，包括襯底，所述襯底上方設(shè)置有第二導(dǎo)電類型，所述襯底正面的上部設(shè)置有多根溝槽，且所述溝槽同時(shí)貫穿對(duì)應(yīng)位置處的第二導(dǎo)電類型，所述溝槽底部設(shè)置有第一絕緣層，所述第一絕緣層上方連接有第二絕緣層，所述第二絕緣層突出于第二導(dǎo)電類型頂部，所述第二絕緣層的上方連接有寬度大于第二絕緣層的第三絕緣層，在第二絕緣層長(zhǎng)度方向貫穿有與其長(zhǎng)度一致的第一導(dǎo)電層，所述第三絕緣層與第二導(dǎo)電類型之間設(shè)置有第一導(dǎo)電類型。

進(jìn)一步地，在襯底的側(cè)面也設(shè)置有溝槽，在自對(duì)準(zhǔn)分離柵極結(jié)構(gòu)的外圍形成閉環(huán)溝槽。

進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層為分裂柵極結(jié)構(gòu)，分裂柵極之間通過第三絕緣層隔離。

再進(jìn)一步地，所述分裂柵極結(jié)構(gòu)獨(dú)自或者組合連接外部的一個(gè)或者多個(gè)電極。

再進(jìn)一步地，所述電極包括柵極、發(fā)射極或者浮空。

進(jìn)一步地，第一導(dǎo)電層為包括多晶硅、摻硼/磷多晶硅，金屬鋁、銅、鈦、鎢及其疊層或者合金，以及上述金屬與硅的合金。

進(jìn)一步地，所述第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層為氧化硅、氮化硅，或者氧化鋁、氮化鋁。

本申請(qǐng)的優(yōu)點(diǎn)為：