帶有掩埋浮動(dòng)p-型屏蔽的新型雙柵極溝槽igbt的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備絕緣柵雙極晶體管（IGBT）器件的方法包括：1）制備半導(dǎo)體襯底，帶有第一導(dǎo)電類型外延層位于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上；2）利用一個(gè)柵極溝槽掩膜，打開第一溝槽和第二溝槽，然后制備一個(gè)柵極絕緣層，襯墊溝槽，并用多晶硅層填充溝槽，形成第一溝槽柵極和第二溝槽柵極；3）注入第一導(dǎo)電類型的摻雜物，在外延層中形成頂部重?fù)诫s層；以及4）在第一溝槽柵極上方制備平面柵極，利用注入掩膜，注入本體摻雜物和源極摻雜物，在半導(dǎo)體襯底的頂面附近形成本體區(qū)和源極區(qū)。
【專利說明】帶有掩埋浮動(dòng)P-型屏蔽的新型雙柵極溝槽IGBT

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件。更確切的說，本發(fā)明是關(guān)于制備絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的改良型器件結(jié)構(gòu)的新型結(jié)構(gòu)及其方法，該器件結(jié)構(gòu)帶有雙柵極，可以提供溝槽屏蔽，在溝槽下方還可以提供掩埋的浮動(dòng)屏蔽環(huán)，以改善IGBT器件的UIS耐用性。

【背景技術(shù)】
[0002]配置和制備絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件的傳統(tǒng)技術(shù)，由于存在各種取舍，如要進(jìn)一步提高器件性能的話，仍然面臨許多困難和局限。在IGBT器件中，傳導(dǎo)損耗VCE，sat(取決于額定電流下的集電極到發(fā)射極的飽和電壓VCE，sat)和斷開開關(guān)損耗Eoff之間存在取舍關(guān)系。器件接通時(shí)，注入的載流子會(huì)增多，提高了器件的導(dǎo)電性，從而減小了傳導(dǎo)損耗，但是由于斷開時(shí)，清除注入的載流子消耗的能量，因此注入的載流子增多，會(huì)使Eoff更高。圖1D表示VCE，sat和Eoff之間的取舍關(guān)系。如圖所示，高級(jí)的IGBT結(jié)構(gòu)曲線將靠近原點(diǎn)偏移，對(duì)應(yīng)較低的損耗。
[0003]另外，IGBT的VCE, sat (傳導(dǎo)損耗)和IGBT的短路耐用性之間也存在取舍關(guān)系，短路耐用性反之取決于其飽和電流Jsat。Jsat較高會(huì)使器件在短路時(shí)消耗許多能量，迅速對(duì)IGBT器件造成損壞。Jsat較低，將減少所消耗的能量，使IGBT器件能夠承受較長(zhǎng)時(shí)間的短路，而不會(huì)造成永久性的損傷；然而，Jsat較低也會(huì)傳導(dǎo)損耗VCE, sat較高。
[0004]圖1A表示傳統(tǒng)的平面柵極絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的剖面圖。IGBT為半導(dǎo)體功率器件，結(jié)合了金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)柵極控制器與雙極電流機(jī)制。將金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和柵極結(jié)型晶體管(BJT)的功能特點(diǎn)結(jié)合在一個(gè)IGBT中。設(shè)計(jì)IGBT的性能特點(diǎn)，使其獲得比MOSFET更大的電流密度，比BJT更快、更高效的開關(guān)性能，以及更好地控制。漂流區(qū)可以輕摻雜，改善閉鎖性能。由于輕摻雜漂流區(qū)經(jīng)來自底部P集電極區(qū)的高級(jí)別載流子注入，產(chǎn)生其導(dǎo)電調(diào)制，因此器件仍然具有良好的導(dǎo)電性?；谝陨显?，IGBT器件通常用于高功率(>10kW)，低頻至中頻(高達(dá)30kHz)。如圖1A所示的平面IGBT器件具有一個(gè)簡(jiǎn)單的頂端結(jié)構(gòu)，便于制備。然而，如圖1A所示的平面柵極IGBT由于受到頂端附近的弱導(dǎo)電調(diào)制，以及來自鄰近本體區(qū)的夾緊效應(yīng)導(dǎo)致高JFET電阻，因此具有很高的VCE，sat。圖1B表示具有溝槽柵極的另一種傳統(tǒng)的IGBT器件的剖面圖。溝槽柵極IGBT的優(yōu)點(diǎn)在于，消除了 JFET電阻，而且增強(qiáng)了頂部載流子注入。積累層可以形成在溝槽柵極下方，以改善載流子注入。然而，由于如圖所示的溝槽IGBT器件在溝槽柵極(在柵極電壓)和襯底以及下面的漂流區(qū)(在漏極電壓)之間的電容，因此它具有很高的Crss電容。這種IGBT器件的高Crss減小了器件的開關(guān)速度，而且導(dǎo)致開關(guān)的能量損耗更高。圖1C表示另一種傳統(tǒng)的IGBT器件的剖面圖。一個(gè)較重?fù)诫s的N層設(shè)置在通道區(qū)下方，輕摻雜漂流區(qū)上方，以便進(jìn)一步增強(qiáng)頂部的載流子注入。然而，這種器件的重?fù)诫s層導(dǎo)致?lián)舸╇妷狠^低，重?fù)诫sN-層導(dǎo)致Crss更加惡劣。
[0005]基于上述原因，必須提出一種新型的IGBT結(jié)構(gòu)，以降低接通和斷開的能量Eon損耗和EofT損耗，改善工作性能。另外，改良結(jié)構(gòu)的新型IGBT必須能夠降低Crss，提高擊穿電壓，改善VCE，sat，增大晶胞間距，降低Jsat，從而解決上述困難與局限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種新型、改良的帶有IGBT器件結(jié)構(gòu)及制備方法，帶有雙溝槽柵極結(jié)構(gòu)，還在溝槽下方提供掩埋的浮動(dòng)P-型屏蔽，從而改善了 Uis耐用性，而不會(huì)犧牲 VCE, sat、BV 和 Eoffo
[0007]本發(fā)明的另一方面在于，提出了一種新型、改良的帶有IGBT器件結(jié)構(gòu)及制備方法，屏蔽柵IGBT帶有較重?fù)诫s層N層，使得IGBT可以利用較低的E-on和E-ofT損耗，獲得高注入。
[0008]確切地說，本發(fā)明的一個(gè)方面在于，提出了一種新型、改良的帶有IGBT器件結(jié)構(gòu)及制備方法，制備帶有可選虛擬溝槽的屏蔽柵極的溝槽IGBT器件，使得帶有屏蔽柵極的IGBT可以降低Crss并減小E_on損耗，進(jìn)一步利用這種IGBT器件的再次表面動(dòng)作，提高擊穿電壓。
[0009]本發(fā)明的另一方面在于，提出了一種新型、改良的帶有IGBT器件結(jié)構(gòu)及制備方法，帶有虛擬溝槽的屏蔽柵，可以增大晶胞間距，獲得較低的J-sat。
[0010]本發(fā)明的另一方面在于，提出了一種新型、改良的屏蔽柵溝槽的IGBT器件結(jié)構(gòu)及制備方法，該IGBT帶有二維的通道，無需很深的本體區(qū)或特別深的溝槽就可以獲得較長(zhǎng)的通道。二維通道包括一個(gè)水平(平面柵極)和垂直(溝槽柵極)部分，從而通過較低的Jsat獲得相對(duì)較高的通道電阻。因此該器件可以利用很小的晶胞間距，獲得改良后的耐用的短路性能。
[0011]本發(fā)明的較佳實(shí)施例主要提出了一種絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件的制備方法，包括:1)利用位于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層，制備半導(dǎo)體襯底；2)利用一個(gè)柵極溝槽掩膜，打開第一溝槽和第二溝槽，然后制備一個(gè)柵極絕緣層，襯墊溝槽，并用多晶硅層填充溝槽，構(gòu)成第一溝槽柵極和第二溝槽柵極；3)注入第一導(dǎo)電類型的摻雜物，在外延層中形成一個(gè)頂部重?fù)诫s區(qū)；以及4)在第一溝槽柵極上方制備一個(gè)平面柵極，利用注入掩膜，注入本體摻雜物和源極摻雜物，在半導(dǎo)體襯底的頂面附近形成一個(gè)本體區(qū)和一個(gè)源極區(qū)。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，IGBT器件包括一個(gè)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件。IGBT器件位于半導(dǎo)體襯底上，半導(dǎo)體襯底包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的外延層，位于第二導(dǎo)電類型的底層上，電連接設(shè)置在半導(dǎo)體襯底底面上的集電極。第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的頂面附近，包圍著半導(dǎo)體襯底頂面下方的第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)。外延層還包括一個(gè)頂部重?fù)诫s層，在本體區(qū)下方具有較高的第一導(dǎo)電類型摻雜濃度。第一溝槽柵極和第二溝槽柵極設(shè)置在本體區(qū)的兩個(gè)對(duì)邊上，平面柵極設(shè)置在半導(dǎo)體襯底頂面上，在第一溝槽柵極上方水平延伸到本體區(qū)。
[0013]在一個(gè)可選實(shí)施例中，輕摻雜源極(LDS)區(qū)可以位于柵極和較重?fù)诫s的源極區(qū)之間，以提高電阻，改善器件的短路耐用性。
[0014]另外，本發(fā)明提出了一種在半導(dǎo)體襯底中制備半導(dǎo)體功率器件的方法。該方法包括為半導(dǎo)體襯底中的IGBT制備一個(gè)虛擬溝槽，以增大晶胞間距，降低IGBT的J-sat。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括通過制備IGBT的溝槽柵極，利用二維通道制備IGBT，在本體區(qū)上方水平延伸到源極區(qū)，從而使該通道具有一個(gè)水平部分和一個(gè)垂直部分。也可以通過器件頂部附近的屏蔽電極制備屏蔽溝槽，并且在器件的頂面上方制備平面柵極，制備IGBT。
[0015]閱讀以下詳細(xì)說明并參照附圖之后，本發(fā)明的這些和其他的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，無疑將顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1A至IC表示傳統(tǒng)的IGBT器件的三種不同結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0017]圖1D表示IGBT器件性能的取舍關(guān)系圖。
[0018]圖2表示帶有溝槽柵極和溝槽屏蔽的屏蔽柵IGBT的剖面圖。
[0019]圖3A表示一種屏蔽柵IGBT器件的剖面圖，該IGBT器件具有一個(gè)溝槽屏蔽和一個(gè)帶有水平延伸物的2D溝槽柵極，通過本發(fā)明所述的水平和垂直通道部分控制二維(2D)通道。
[0020]圖3B是一個(gè)帶有增加的輕摻雜源的相似的結(jié)構(gòu)。
[0021]圖4表示具有溝槽屏蔽和平面柵極的屏蔽柵IGBT器件的剖面圖，其中平面柵極平行于溝槽屏蔽。
[0022]圖5表示類似的具有溝槽屏蔽和平面柵極的屏蔽柵IGBT器件的剖面圖，其中平面柵極平行于溝槽屏蔽。
[0023]圖5-1除了在器件底部附近含有一個(gè)場(chǎng)終止層之外，其他都與圖5的剖面圖類似。
[0024]圖6表示具有溝槽屏蔽和平面柵極的屏蔽柵IGBT器件的剖面透視圖，其中在第三維度上，平面柵極平行于溝槽屏蔽。
[0025]圖7A-7C和7E為圖6可能的俯視圖。
[0026]圖7D表示類似于圖6的可選剖面透視圖。
[0027]圖8A-8J表示本發(fā)明所述器件的制備工藝剖面圖。
[0028]圖9A-9D表示本發(fā)明所述另一種器件的制備工藝剖面圖。
[0029]圖10A-10C表示本發(fā)明所述的IGBT封閉式晶胞布局的俯視圖。
[0030]圖11A-11D表示本發(fā)明所述的帶有封閉式晶胞布局的IGBT制備方法的俯視圖。
[0031]圖12表不另一種含有雙柵極溝槽的IGBT剖面圖，溝槽多晶娃位于平面柵極下方，連接到柵極電極上，用于提高VCESAT，降低柵極振蕩，并且依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，斷開電壓過沖。
[0032]圖13表示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例，帶有浮動(dòng)掩埋P-型屏蔽的圖12所示類型的IGBT剖面圖。
[0033]圖14A表示圖13所示的IGBT剖面透視圖。
[0034]圖14B表示圖14所示類型的可選IGBT的剖面透視圖。
[0035]圖14C表示構(gòu)成浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)的兩種模式的島的俯視圖。
[0036]圖14D表示帶有浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)的封閉式晶胞IGBT結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0037]圖14D-1表示沿圖14D的A-A’線的剖面圖。
[0038]圖15A-15C表示圖13所示類型的器件制備過程的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0040]圖2表示具有溝槽屏蔽的IGBT器件，以及帶有本發(fā)明所述的虛擬溝槽的溝槽柵極結(jié)構(gòu)的剖面圖。IGBT器件100形成在半導(dǎo)體襯底105中，半導(dǎo)體襯底105具有第一導(dǎo)電類型，例如P型襯底105。第二導(dǎo)電類型的外延層110，例如N-外延層110在P-型襯底105上方。還可選擇，由于P型襯底105和外延層110通常都具有單晶結(jié)構(gòu)；因此它們可以一起作為半導(dǎo)體襯底；另外，P型襯底105更通常地作為底部或下部半導(dǎo)體層，外延層110更通常地作為頂部半導(dǎo)體層。IGBT 100為垂直IGBT器件，集電極120設(shè)置在襯底的底面上，發(fā)射極131設(shè)置在頂面上。如圖2所示的IGBT器件具有一個(gè)屏蔽柵溝槽135，延伸到絕緣層襯墊溝槽構(gòu)成的外延層中，用頂部柵極部分135-1和底部屏蔽部分135-2填充絕緣襯墊溝槽，頂部柵極部分135-1和底部屏蔽部分135-2通過中間部分絕緣層138相互絕緣。用柵極氧化物125內(nèi)襯頂部柵極部分135-1。用氧化層126內(nèi)襯底部柵極部分135-2。IGBT器件還包括一個(gè)用電介質(zhì)層填充的虛擬溝槽135-DM,可選擇用多晶娃層135-DM-多晶娃填充,多晶硅層135-DM-多晶硅沉積在遠(yuǎn)離屏蔽柵溝槽135的地方。IGBT器件還包括一個(gè)P-型本體/發(fā)射區(qū)140，在屏蔽柵溝槽135和虛擬溝槽135-DM之間延伸，包圍著屏蔽柵溝槽135附近的N-型源極區(qū)130，在半導(dǎo)體襯底的頂面附近。本體/發(fā)射區(qū)140在屏蔽柵溝槽135和虛擬溝槽135-DM之間延伸，還從外延層110的頂面開始垂直延伸到與半導(dǎo)體襯底中頂部柵極部分135-1的底部深度大致一樣深的地方。我們希望頂部柵極部分135-1延伸得比本體/發(fā)射區(qū)140更深一些。IGBT器件還包括一個(gè)重?fù)诫sN區(qū)145，作為N-型區(qū)設(shè)置在本體/發(fā)射區(qū)140下方，以及N-型外延層110的底部上方。剩余的N-型外延層110作為漂流區(qū)，在半導(dǎo)體襯底底面上的底部P-型集電極區(qū)105上方。重?fù)诫sN區(qū)145設(shè)置在本體/發(fā)射區(qū)140下方，還從本體/發(fā)射區(qū)140開始垂直延伸到與底部屏蔽部分135-2的深度大致一樣深的地方。重?fù)诫sN區(qū)145的導(dǎo)電類型與漂流區(qū)/外延層110的導(dǎo)電類型相同，但是重?fù)诫sN區(qū)145的摻雜濃度較高。重?fù)诫sN區(qū)145和N漂流/外延區(qū)110可以一起作為IGBT器件PNP雙極晶體管部分的基極。屏蔽柵溝槽135底面上方的厚溝槽絕緣層126襯墊底部屏蔽部分135-2。
[0041]IGBT器件100的優(yōu)勢(shì)在于，屏蔽柵溝槽和重?fù)诫sN區(qū)具有較低的EofT和Eon損耗，從而提高了導(dǎo)電性。重?fù)诫sN區(qū)的存在，提高了該器件頂部區(qū)域附近的載流子濃度，從而無需提高載流子注入能級(jí)和Eoff，就能獲得較低的Vce，sat。重?fù)诫sN區(qū)提高了器件的導(dǎo)電調(diào)制，通過將具有許多多數(shù)載流子的重?fù)诫sN區(qū)置于漂流/外延區(qū)上方，在漂流/外延區(qū)上方少數(shù)載流子濃度通常會(huì)下降。另外，本實(shí)施例的屏蔽電極可以降低Crss以及Eon和Eoff損耗，還可利用該IGBT器件的再次表面效應(yīng)動(dòng)作，防止通過P本體下方的重?fù)诫sN區(qū)引起擊穿電壓的減小。屏蔽電極還使重?fù)诫sN區(qū)的重?fù)诫s程度更高，從而增大了 Vce, sat。虛擬溝槽為可選件，但可以增大晶胞間距，獲得較低的Jsat，改善器件的短路耐用性。通過除去虛擬溝槽上的MOS通道動(dòng)作(例如將虛擬溝槽多晶硅135-DM-多晶硅連接到源極電壓，或者通過不將源極區(qū)130置于虛擬溝槽135-DM周圍)，可以用虛擬溝槽制備溝槽135-DM。
[0042]圖3A表示另一種IGBT器件的剖面圖，該IGBT器件具有一個(gè)帶有本發(fā)明所述的二維(2D)通道的屏蔽柵溝槽雙極晶體管結(jié)構(gòu)。IGBT器件100’形成在半導(dǎo)體襯底105中，半導(dǎo)體襯底105具有第一導(dǎo)電類型，例如P型襯底105。外延層110為第二導(dǎo)電類型，例如N-外延層110，位于P-型襯底105上方。IGBT 100’為垂直IGBT器件，集電極120設(shè)置在襯底底面上，發(fā)射極131設(shè)置在頂面上。IGBT器件具有屏蔽柵溝槽135’，屏蔽柵溝槽135’含有一個(gè)溝槽，用絕緣層襯墊溝槽，并用頂部柵極部分135-1-V和底部屏蔽部分135-2填充溝槽，頂部柵極部分135-1-V和底部屏蔽部分135-2通過中間部分絕緣層138分開。IGBT器件100’還包括虛擬溝槽135-DM，虛擬溝槽135-DM可選具有一個(gè)電極，例如多晶硅層135-DM-多晶硅，沉積在遠(yuǎn)離屏蔽柵溝槽135的地方。IGBT器件還包括一個(gè)本體/發(fā)射區(qū)140，在屏蔽柵溝槽135’和虛擬溝槽135-DM之間延伸，包圍著設(shè)置在屏蔽柵溝槽135’和半導(dǎo)體襯底頂面附近的虛擬溝槽135-DM之間的源極區(qū)130’。在屏蔽柵溝槽135’和虛擬溝槽135-DM之間延伸的本體/發(fā)射區(qū)140，還垂直延伸到比半導(dǎo)體襯底中的頂部柵極部分135-1-V的深度更淺的地方。發(fā)射極131連接到源極130’和本體/發(fā)射區(qū)140 (并且延伸到虛擬溝槽電極135-DM-多晶硅)。頂部柵極部分135-1-V還在其頂部延伸到平面柵極部分135-1-P，平面柵極部分135-1-P在本體/發(fā)射區(qū)140上方的半導(dǎo)體襯底的頂面上方，并且觸及源極區(qū)130’。頂部柵極部分135-1-V通過垂直柵極氧化物125-V，與半導(dǎo)體襯底絕緣。屏蔽柵極氧化物125-P使平面柵極部分135-1-P與半導(dǎo)體表面絕緣。IGBT器件100’還包括一個(gè)重?fù)诫s區(qū)145，作為N-型區(qū)，設(shè)置在本體/發(fā)射區(qū)140下方，以及N-型外延層110的底部上方。N-型外延層110作為源極-摻雜物-型漂流區(qū)，在半導(dǎo)體襯底底面上的底部本體-摻雜物-型集電極區(qū)105上方。設(shè)置在本體-摻雜區(qū)140下方的重?fù)诫sN+區(qū)145，還垂直延伸到與底部屏蔽部分135-2的深度大致一樣深的地方。本體區(qū)140下方的重?fù)诫sN+區(qū)145和N-外延層110可以認(rèn)為是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的MOSFET部分的漏極，也可以是IGBT的雙極結(jié)型晶體管(BJT)的基極區(qū)。屏蔽柵溝槽135’底面上方的厚柵極絕緣層126襯墊底部屏蔽部分135-2。底部屏蔽部分135-2連接到源極/發(fā)射極電壓。
[0043]利用新型、改良的器件結(jié)構(gòu)和制備方法，制備圖3A所示的IGBT器件100’，提供帶有二維通道的屏蔽柵溝槽雙極晶體管，無需很深的本體區(qū)，就能獲得較長(zhǎng)的通道。二維通道包括水平和垂直部分，無需制備困難并且昂貴的深溝槽，或者較寬的晶胞間距，就能通過增大通道長(zhǎng)度，獲得相當(dāng)高的通道電阻，高通道電阻可以降低飽和電流密度Jsat。因此，器件具有小晶胞間距的同時(shí)，還可以提聞耐用的短路性能。
[0044]圖3B表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中IGBT 100”除了在重?fù)诫sN-型源極區(qū)130和平面柵極部分135-1-P的起點(diǎn)之間含有N-型輕摻雜源極(LDS)區(qū)133之外，其他都與圖3A所示的IGBT’類似。輕摻雜源極區(qū)133提供額外的串聯(lián)電阻，在電流流經(jīng)時(shí)，增大了電壓降，導(dǎo)致發(fā)射極去偏。在正常的工作電流下，該電壓降很小并且可忽略，但是在高電流下，例如短路時(shí)產(chǎn)生的高電流，該電壓降就會(huì)很大，這會(huì)顯著降低飽和電流密度Jsat，提高器件承受短路的能力。這樣還可以實(shí)現(xiàn)較小的晶胞間距，同時(shí)保持很低的飽和電流密度Jsat。
[0045]圖4表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中IGBT101的柵極為平面柵極136。溝槽僅有一個(gè)被電介質(zhì)(例如氧化物)126包圍的屏蔽電極137，構(gòu)成屏蔽溝槽135-S ;屏蔽溝槽135-S沒有柵極電極部分。該器件不需要溝槽柵極電極。屏蔽電極137連接到源極/發(fā)射極電壓。在本實(shí)施例中，通道僅僅是水平的，在本體區(qū)140上方，平面柵極136的下方，從源極130(可選輕摻雜源極133)開始延伸到重?fù)诫sN+區(qū)145的頂部。由于本實(shí)施例中帶有單獨(dú)電極的屏蔽溝槽135-S比帶有多個(gè)電極的屏蔽柵溝槽結(jié)構(gòu)更加容易制備，因此本實(shí)施例更易于制備平面柵極。屏蔽溝槽135-S仍然電荷補(bǔ)償N+區(qū)145，以保持很高的擊穿電壓(BV)，而且保持很低的電容Crss，易于快速、高效地切換。
[0046]圖5表示對(duì)圖4所示的IGBT 101稍作改動(dòng)，使得IGBT 101’不包含輕摻雜源極133，而是僅僅含有N+源極區(qū)130。它還包括重?fù)诫s的P+本體接觸區(qū)142，以便與P-本體區(qū)140形成良好接觸。雖然沒有特別表示出發(fā)射極，但是發(fā)射極連接了源極130和P+本體接觸區(qū)142，并且還連接到屏蔽溝槽電極137。
[0047]本發(fā)明的實(shí)施例還可與不同的底部結(jié)構(gòu)相結(jié)合。例如在圖5-1中，IGBTlOl’-l除了在N-外延漂流層110底部含有一個(gè)N-型場(chǎng)闌層111之外，其他都與圖5所示的IGBT101’類似。
[0048]圖6表示與圖5所示IGBT器件101’類似的IGBT器件102的剖面透視圖。在IGBT102中，剖面柵極136的方向與屏蔽溝槽135-S的方向不同。雖然它們都平行于器件的主平面，例如沿半導(dǎo)體材料襯底的(重?fù)诫s底部襯底和外延層一起的)頂面，但卻是沿表面上不同的方向。例如，如圖6所示，平面柵極136垂直于屏蔽溝槽135-S ;平面柵極136沿X-軸方向，而屏蔽溝槽135-S沿Z-軸方向。
[0049]圖7A表示圖6所示的IGBT 102—種可能的俯視圖，沿X-Z平面的俯視圖，平面柵極136、源極130、本體140以及本體接觸區(qū)142在X-軸方向上呈條形。屏蔽溝槽135-S沿Z-軸方向。屏蔽電極137被溝槽氧化物126覆蓋，其輪廓用虛線表示。另外，為了清晰，沒有表示出發(fā)射極和頂部鈍化層。
[0050]圖7 B表示類似于圖6的另一種俯視圖，除了在這種情況下，平面柵極136及其下方的柵極氧化物125都表示為透明的，以顯示出下面的結(jié)構(gòu)；而且屏蔽電極137在圖中用陰影表示，雖然它實(shí)際上是被溝槽氧化物126覆蓋著的。一部分本體區(qū)140位于源極區(qū)130和N+區(qū)145的頂部之間，而且MOS通道就形成在這部分本體區(qū)140以內(nèi)。然而，屏蔽溝槽135-S附近的通道區(qū)177中存在電勢(shì)問題。在區(qū)域177中，在小柵極偏壓下，屏蔽溝槽135-S附近的P-本體140中形成一個(gè)反轉(zhuǎn)層。這不僅降低了器件的閾值電壓Vt，還會(huì)導(dǎo)致器件中漏電的增多。
[0051]為了解決該問題，必須抑制屏蔽溝槽135-S附近的晶體管動(dòng)作。圖7C表示抑制屏蔽溝槽135-S附近的晶體管動(dòng)作的一種可能方法的俯視圖。圖7C所示的IGBT 102’與圖7B所示的IGBT 102類似，不同的是源極區(qū)130’在X-軸方向上遠(yuǎn)離屏蔽溝槽135-S，從而使晶體管動(dòng)作遠(yuǎn)離屏蔽溝槽135-S，保持了閾值電壓Vt。
[0052]圖7D表示抑制屏蔽溝槽135-S附近的晶體管動(dòng)作的另一種方式的透視圖。圖7D所示的IGBT 102”與圖6所示的IGBT 102類似，不同的是屏蔽電極137’的頂部凹陷，使得屏蔽電極137’的頂部將不會(huì)靠近圖7B所示的通道區(qū)177。這就防止屏蔽電極干擾屏蔽溝槽135-S附近通道區(qū)中的閾值電壓。
[0053]然而，另一種抑制晶體管動(dòng)作的方法是切換屏蔽電極137的導(dǎo)電類型。在典型的η-通道IGBT器件中，屏蔽電極由η-型多晶硅構(gòu)成。然而，為了提高屏蔽溝槽附近通道區(qū)中的閾值電壓，屏蔽電極可以由P-型多晶硅制成。這將防止屏蔽溝槽135-S附近通道區(qū)中的閾值電壓下降。
[0054]圖7Ε表示與圖7C所示的IGBT 102’非常相似的本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例，不同的是圖7Ε所示的IGBT器件102’”還包括一個(gè)與圖5Α類似的輕摻雜源極133。封閉式晶胞布局等其他布局當(dāng)然也是可以的。
[0055]作為示例，圖8A-8J表示制備本發(fā)明所述的IGBT器件的簡(jiǎn)便方法。圖8Α表示初始的半導(dǎo)體襯底，包括(P-型)底部半導(dǎo)體層105，帶有相反導(dǎo)電類型的(N-型)半導(dǎo)體頂層110在它上面。在圖8B中，在頂部半導(dǎo)體層110中刻蝕溝槽135。在圖8C中，用電介質(zhì)(例如氧化物)126和底部屏蔽電極135-2內(nèi)襯的溝槽，形成在溝槽底部。在圖8D中，中間部分電介質(zhì)138形成在底部屏蔽電極135-2上方。在圖8E中，柵極電介質(zhì)(例如氧化物)125形成在溝槽的頂部側(cè)壁上，在圖8F中，柵極電極(例如多晶硅)材料139填充在溝槽中。在圖8G中，回刻?hào)艠O電極材料139，構(gòu)成頂部柵極電極135-1以及可選的虛擬溝槽電極135-DM-多晶硅。在一個(gè)可選實(shí)施例中，如圖8G-1所示，形成柵極電極材料139的圖案，在頂面上方構(gòu)成垂直柵極部分135-1-V和平面柵極部分135-1-P。在圖8H中，重?fù)诫s層的導(dǎo)電類型與頂部半導(dǎo)體層110相同，但是摻雜濃度高于頂部半導(dǎo)體層110，重?fù)诫s層形成在溝槽底部附近。重?fù)诫s(N-型)層當(dāng)然也可以在制備過程的初期完成，也就是在沉積柵極材料139之前完成。在圖81中，沿半導(dǎo)體層110的頂部，制備(例如通過注入)源極和本體區(qū)。在圖8J中，發(fā)射極電極131形成在頂面上，接觸源極區(qū)130、本體區(qū)140和屏蔽電極135-2 (連接沒有表示出來)，集電極120形成在背面上，接觸底部半導(dǎo)體層105。
[0056]圖9A-9D表示本發(fā)明所述的IGBT器件的另一種制備方法。在圖9A中，與圖8C類似，除了代替底部屏蔽電極135-2形成在溝槽底部之外，形成屏蔽電極137填充大部分的屏蔽溝槽135-S。在圖9B中，重?fù)诫s層145形成在層110的頂部，延伸到屏蔽溝槽135-S底部。還可選擇，重?fù)诫s層145也可以在制備過程的初期制成。在圖9C中柵極電介質(zhì)129-P形成在表面上方，平面柵極電極136形成在柵極電介質(zhì)125-P上方。在圖9D中，本體區(qū)140、源極區(qū)130以及輕摻雜源極區(qū)133形成在半導(dǎo)體區(qū)頂部。
[0057]如上所述，IGBT器件也可以具有封閉式晶胞布局。圖1OA表示本發(fā)明所述的IGBT器件可能的封閉式晶胞布局的示意俯視圖。圖1OA表示一個(gè)單獨(dú)的IGBT六角形封閉式晶胞200，可以具有有些類似于圖5所示的剖面結(jié)構(gòu)。封閉式晶胞200含有鄰近的晶胞，但為了簡(jiǎn)化，沒有在圖中表示出來。P+本體接觸區(qū)142位于晶胞中心。N+源極區(qū)130包圍著P+本體接觸區(qū)142。P-本體區(qū)140包圍著N+源極區(qū)130。重?fù)诫sN區(qū)145 (的表面部分)包圍著P-本體區(qū)140。屏蔽溝槽135-S包圍著重?fù)诫sN區(qū)145。平面柵極136在半導(dǎo)體襯底上方，為了表示清楚，圖1OA中將平面柵極136表示為透明的，其輪廓用粗虛線表示出來。該布局中所示的平面柵極136從源極區(qū)130外邊緣附近開始，延伸到屏蔽溝槽135-S上方。還可選擇，穿過P-本體區(qū)140延伸，從N+源極區(qū)130延伸到重?fù)诫sN-型區(qū)145。發(fā)射極(圖中沒有表示出)可以接觸N+源極區(qū)130和P+本體接觸區(qū)142。
[0058]圖1OB表示與圖1OA相同的封閉式晶胞200的俯視圖，不同的是在本圖中，平面柵極136表示為固體，覆蓋了下面的層一平面柵極136下方的結(jié)構(gòu)輪廓用細(xì)虛線表示。
[0059]平面柵極136可以在單獨(dú)的封閉式晶胞上方向下延伸到附近的IGBT封閉式晶胞，以構(gòu)成平面柵極136的蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)。屏蔽溝槽也可以分配或連接到鄰近的封閉式晶胞上，溝槽類似蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，屏蔽溝槽135-S中的屏蔽電極可以連接到圖10A-10B所示的封閉式晶胞外面(例如有源區(qū)外面)的發(fā)射極電壓上。還可選擇，發(fā)射極電極通過平面柵極中的斷點(diǎn)(圖中沒有表示出)連接到封閉式晶胞中的屏蔽電極。
[0060]在類似于圖1OA所示的封閉式晶胞200的可選實(shí)施例中，圖1OC中的IGBT六角形封閉式晶胞200’具有一個(gè)平面柵極136，從N+源極區(qū)130延伸到重?fù)诫sN-型區(qū)145。然而在這種情況下，平面柵極136沒有在屏蔽柵極135-S上方延伸，而是通過平面柵極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)136-SP連接到鄰近的封閉式晶胞上。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)136-SP可以將該晶胞的平面柵極136連接到鄰近晶胞的平面柵極上。
[0061]圖11A-11D的俯視圖表示用于制備類似于圖1OA中封閉式晶胞IGBT的基本結(jié)構(gòu)。在圖1lA中，所提供的半導(dǎo)體襯底包括一個(gè)P-型底層(圖中沒有表示出)、一個(gè)N-型頂(例如外延)層(圖中沒有表示出)在P-型底層上方，以及一個(gè)重?fù)诫sN-型區(qū)145形成在N-型頂層上方。作為示例，重?fù)诫sN-型區(qū)145可以穿過整個(gè)有源區(qū)。在圖1lB中，屏蔽溝槽135-S形成在封閉式晶胞中，呈六角形。然后，在圖1lC中，平面柵極136結(jié)構(gòu)形成在半導(dǎo)體襯底上方。平面柵極136下方的屏蔽溝槽135-S的輪廓在圖1lC中用細(xì)虛線表示。在圖1lD中，形成本體區(qū)140、源極區(qū)130和本體接觸區(qū)142 ;它們都可以自對(duì)準(zhǔn)到平面柵極136的內(nèi)邊緣(雖然為了表示清楚，平面柵極136在圖1lD中表示為透明的，但其輪廓用粗虛線表示)。作為示例，圖1lD中形成的區(qū)域可以通過注入和擴(kuò)散制成。無需有源區(qū)中的掩膜，就能制備本體140和本體接觸區(qū)142。源極區(qū)130可以利用掩膜制備，以限定源極區(qū)130的內(nèi)邊界。
[0062]實(shí)際上，本發(fā)明提出了一種形成在半導(dǎo)體襯底中的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)器件，包括底部集電極區(qū)和頂部發(fā)射極區(qū)，電流通道形成在本體/發(fā)射極區(qū)和源極-摻雜物漂流區(qū)。IGBT器件還包括屏蔽柵極溝槽，由絕緣層襯墊溝槽制成，用頂部柵極部分和底部屏蔽部分填充，通過中間部分絕緣層將頂部柵極部分和底部屏蔽部分分開，虛擬溝槽設(shè)置在遠(yuǎn)離屏蔽柵極溝槽的地方。在一個(gè)實(shí)施例中，本體/發(fā)射極區(qū)在屏蔽柵極溝槽和虛擬溝槽之間延伸，包圍著屏蔽柵極附近的源極區(qū)，溝槽柵極在半導(dǎo)體襯底的頂面附近。在另一個(gè)實(shí)施例中，IGBT器件還包括一個(gè)重?fù)诫sN+區(qū)，在屏蔽柵極溝槽和虛擬柵極溝槽之間延伸，在本體/發(fā)射區(qū)下方，以及底部集電極區(qū)上方的源極-摻雜物漂流區(qū)上方。在一個(gè)實(shí)施例中，形成在屏蔽柵極溝槽和虛擬溝槽之間的本體/發(fā)射區(qū)，還可以垂直延伸到與半導(dǎo)體襯底中的頂部柵極部分一樣深的地方。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置在本體/發(fā)射區(qū)下方的重?fù)诫sN區(qū)，還可以垂直延伸到與底部屏蔽部分一樣深的地方。在一個(gè)實(shí)施例中，本體/發(fā)射區(qū)為P-摻雜區(qū)，源極區(qū)為N-摻雜源極區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例中，本體/發(fā)射區(qū)為N-摻雜區(qū)，源極區(qū)為P-摻雜源極區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，屏蔽柵極溝槽底面上方的厚柵極絕緣層，襯墊底部屏蔽部分。在一個(gè)實(shí)施例中，在屏蔽柵極溝槽和虛擬溝槽之間延伸的本體/發(fā)射區(qū)，包圍著設(shè)置在半導(dǎo)體襯底頂面附近的屏蔽柵極溝槽和虛擬溝槽之間的源極區(qū)。頂部柵極部分還在本體/發(fā)射區(qū)上方的半導(dǎo)體襯底的頂面上方延伸，并且水平延伸到源極區(qū)，構(gòu)成平面柵極部分。
[0063]圖12表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，IGBT器件300的整個(gè)間距的剖面圖。與圖5所示的器件101’類似，器件300包括帶有平面柵極的雙柵極，其中溝槽還起到電場(chǎng)屏蔽的功能。IGBT器件300形成在具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底105中，例如P型襯底105。第二導(dǎo)電類型的外延層110，例如N-外延層110，位于P-型襯底105上方。IGBT 300為垂直IGBT器件，集電極120設(shè)置在襯底底面上，發(fā)射極設(shè)置在襯底頂面上(圖中沒有表示出)。圖12所示的IGBT器件具有雙柵極結(jié)構(gòu)。一個(gè)平面柵極部分為多晶硅136-P，在柵極絕緣層125-P上方。利用氧化物厚度約為1000埃的垂直柵極氧化物125-V從半導(dǎo)體襯底中封裝溝槽柵極部分137，其中平面柵極氧化物部分125-P使平面柵極部分136-P與半導(dǎo)體表面絕緣。平面柵極物理連接到IGBT的柵極電極，柵極電極控制IGBT器件的接通和斷開。其他時(shí)間部分為溝槽柵極。一種制備溝槽柵極的方法是將平面柵極136-1-P下方溝槽135’ -1中的溝槽多晶硅137連接到器件的柵極電極。在器件的整個(gè)間距邊緣上的溝槽135-2’中，其他多晶硅層137連接到源極，起到電場(chǎng)屏蔽的作用。
[0064]還可選擇，通過將溝槽135’ -1中的溝槽多晶硅137和某些溝槽135’ _2中的某些溝槽多晶硅137連接到柵極電極，制備溝槽柵極。填充在其他溝槽135’ -2中，沒有連接到柵極上的其他溝槽多晶硅137，應(yīng)全部連接到源極，起電場(chǎng)屏蔽的作用。因此，可以在很寬的范圍內(nèi)，良好控制IGBT的CISS和CRSS，滿足不同的開關(guān)速度要求。
[0065]IGBT器件300的優(yōu)勢(shì)在于，溝槽柵極和溝槽屏蔽功能與摻雜N區(qū)145—起，可以降低EofT和Eon損耗，改善導(dǎo)電性。重?fù)诫sN區(qū)的存在，提高了該器件頂端邊緣附近的載流子濃度，從而無需增大載流子注入能級(jí)和EofT，就能降低Vce，sat。由于溝槽柵極用于積累層，因此Vce，sat還能進(jìn)一步降低。通過將具有多數(shù)載流子的重?fù)诫sN區(qū)置于漂流/外延區(qū)上方，少數(shù)載流子的濃度通常在漂流/外延區(qū)上方下降，使載流子結(jié)構(gòu)在導(dǎo)電調(diào)制時(shí)更加均勻，重?fù)诫sN區(qū)提高了器件的導(dǎo)電調(diào)制。另外，雙柵極結(jié)構(gòu)還具有以下優(yōu)勢(shì):通過增加CISS和CRSS，在硬開關(guān)時(shí)降低了柵極振蕩和過沖電壓。
[0066]圖13表示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，IGBT器件302的整體間距的剖面圖。器件302與圖12所示的器件300類似，不同的是它還包括浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)155，形成在溝槽135’ -2底部。除了上述器件300的優(yōu)勢(shì)之外，IGBT器件302還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì):浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)155獲得了更好的Vce，sat和BV取舍關(guān)系，尤其是改善了器件的屏蔽，增大了垂直N區(qū)145的摻雜濃度，而且浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)155也參與了調(diào)制。另外，無需犧牲Vce, sat、BV和EofT，器件UIS耐用性就能得到改善。
[0067]圖14A表示圖13所示的IGBT器件302的剖面透視圖。如圖所示，剖面柵極136-P基本垂直于屏蔽溝槽135’-1和135’-2，例如剖面柵極136-P沿X-軸方向，而溝槽135’_1和135’-2沿Z-軸方向。而且，如圖14A所示，浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)155形成在條紋中，與溝槽135’ -2對(duì)準(zhǔn)，沿Z-軸方向延伸。在一個(gè)可選實(shí)施例中，如圖14B所示，在IGBT器件302’中，浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)155形成在島中，島Z-軸方向上溝槽135’ -2中所選位置上。圖14C表示構(gòu)成浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)的兩種模式的島的俯視圖。
[0068]圖14D表示帶有浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)的封閉式晶胞IGBT結(jié)構(gòu)400的俯視圖，圖14D-1表示沿圖14D的線AA’的剖面圖。封閉式晶胞結(jié)構(gòu)400與圖1OA所示的封閉式晶胞IGBT結(jié)構(gòu)200類似，封閉式晶胞IGBT結(jié)構(gòu)200為單獨(dú)的IGBT六角形封閉式晶胞。P+本體接觸區(qū)142在晶胞中心。N+源極區(qū)130包圍著P+本體接觸區(qū)142。P-本體區(qū)140包圍著N+源極區(qū)130。重?fù)诫sN區(qū)145 (的表面部分)包圍著P-本體區(qū)140。屏蔽溝槽135-S包圍著重?fù)诫sN區(qū)145。平面柵極136在半導(dǎo)體襯底上方，為了表示清楚，平面柵極136在圖中表示為透明的，其輪廓用粗虛線表示。發(fā)射極電極(圖中沒有表示出)可以連接到N+源極區(qū)130和P+本體接觸區(qū)142。如圖14所示在P+本體接觸區(qū)142內(nèi)部，六角形中心的溝槽135’_2為六角形或圓形孔，通過注入在它下面形成浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)155。溝槽/孔135’ -2內(nèi)襯氧化物125，并用連接到源極金屬(圖中沒有表示出)的多晶硅137填充。六角形或圓形孔狀的溝槽135’ -2可以同時(shí)制備，其寬度和深度與溝槽135’ -1基本相同。
[0069]圖15A-15G表示如圖13所示類型器件的制備過程剖面圖。圖15表示含有(P-型)底部半導(dǎo)體層105的初始半導(dǎo)體襯底，導(dǎo)電類型與之相反的(N-型)半導(dǎo)體頂層110形成在上面。在圖15B中，在頂部半導(dǎo)體層110中，刻蝕溝槽135’ -1和135’ -2。在圖15C中，制備內(nèi)襯電介質(zhì)(例如氧化物)126和屏蔽電極137的溝槽，填充溝槽135’ -1和135’ -2的大部分，然后通過CMP或回刻，使屏蔽電極137的表面平整。在圖15D中，在頂層110中，制備重?fù)诫s層145，并且延伸到溝槽135’-1和135’-2的底部。還可選擇，重?fù)诫s層145也可以在制備過程的初期形成。在圖15E中，在溝槽135’ -2下方，如圖14A-14B所示在條紋或所選的島中，注入浮動(dòng)掩埋P-型環(huán)。在圖15F中，柵極電介質(zhì)125-P形成在溝槽135’-1的頂面上，平面柵極電極136-P形成在柵極電介質(zhì)125-P上方。在圖15G中，本體區(qū)140、源極區(qū)130和重?fù)诫sP+本體接觸區(qū)142形成在半導(dǎo)體區(qū)頂部。按照標(biāo)準(zhǔn)的制備過程，完成整個(gè)器件的制備。
[0070] 盡管本發(fā)明已經(jīng)詳細(xì)說明了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解這些說明不應(yīng)作為本發(fā)明的局限。例如，上述示例中的導(dǎo)電類型表示的是η-通道器件，但是通過轉(zhuǎn)換導(dǎo)電類型的極性，本發(fā)明也可適用于P-通道器件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀上述詳細(xì)說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，應(yīng)認(rèn)為所附的權(quán)利要求書涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍內(nèi)的全部變化和修正。
【權(quán)利要求】
1.一種位于半導(dǎo)體襯底中的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于: 半導(dǎo)體襯底包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的外延層，位于第二導(dǎo)電類型的底層上，所述的底層電連接設(shè)置在半導(dǎo)體襯底底面上的集電極； 所述的絕緣柵雙極晶體管器件還包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的頂面附近，包圍著半導(dǎo)體襯底頂面下方的第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)； 所述的外延層還包括一個(gè)頂部重?fù)诫s層，具有第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s濃度，在本體區(qū)下方；并且 所述的絕緣柵雙極晶體管器件還包括第一溝槽柵極和第二溝槽柵極，設(shè)置在本體區(qū)的兩條對(duì)邊上，一個(gè)平面柵極設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的頂面上，在第一溝槽柵極上方水平延伸到本體區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，還包括:一個(gè)垂直柵極氧化物，所述的垂直柵極氧化物覆蓋并密封平面柵極。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的第一溝槽柵極電連接到柵極電極。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的第二溝槽柵極電連接到源極電極。
5.如權(quán)利要求1 所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的第二溝槽柵極電連接到柵極電極。
6.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，還包括:厚度約為1000埃的垂直柵極氧化物，覆蓋并密封著平面柵極。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的第一溝槽柵極和第二溝槽柵極用柵極絕緣層襯墊，厚度約為5000埃，第一溝槽柵極和第二溝槽柵極用多晶娃層填充。
8.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的第一溝槽柵極和第二溝槽柵極垂直延伸到外延層上方的頂部重?fù)诫s區(qū)的底面附近。
9.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，還包括:一個(gè)浮動(dòng)掩埋環(huán)，所述的浮動(dòng)掩埋環(huán)設(shè)置在第二溝槽柵極的溝槽底面以下。
10.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，還包括:一個(gè)第二導(dǎo)電類型的浮動(dòng)掩埋環(huán)，所述的第二導(dǎo)電類型的浮動(dòng)掩埋環(huán)設(shè)置在第二溝槽的溝槽底面以下。
11.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的頂部重?fù)诫s層與外延層一起作為絕緣柵雙極晶體管的基極區(qū)，所述的本體區(qū)作為通道區(qū)，從絕緣柵雙極晶體管的源極區(qū)到基極區(qū)。
12.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，所述的平面柵極沿第一溝槽柵極和第二溝槽柵極垂直方向延伸。
13.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管器件，其特征在于，還包括:一個(gè)浮動(dòng)掩埋環(huán)型設(shè)置在第二溝槽的溝槽底面以下； 所述的平面柵極沿第一溝槽柵極和第二溝槽柵極垂直方向延伸；以及 所述的浮動(dòng)掩埋環(huán)呈條形水平延伸，并與第一溝槽柵極和第二溝槽柵極對(duì)準(zhǔn)。
14.如權(quán)利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，還包括:一個(gè)浮動(dòng)掩埋環(huán)型設(shè)置在第二溝槽的溝槽底面以下； 所述的平面柵極沿第一溝槽柵極和第二溝槽柵極垂直方向延伸；以及 所述的浮動(dòng)掩埋環(huán)由掩埋環(huán)構(gòu)成， 所述的浮動(dòng)掩埋環(huán)作為島設(shè)置在所選位置，沿第二溝槽沿平面柵極垂直方向延伸。
15.如一種制備絕緣柵雙極晶體管器件的方法，包括: 制備一個(gè)半導(dǎo)體襯底，第一導(dǎo)電類型的外延層位于第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上；利用柵極溝槽掩膜，打開第一溝槽和第二溝槽，然后制備柵極絕緣層，襯墊溝槽，并用多晶硅層填充溝槽，構(gòu)成第一溝槽柵極和第二溝槽柵極； 注入第一導(dǎo)電類型的摻雜物，以便在外延層中形成一個(gè)頂部重?fù)诫s區(qū)；并且在第一溝槽柵極上方制備平面柵極，并利用注入掩膜，注入本體摻雜物和源極摻雜物，以便在外延層的頂面附近形成本體區(qū)和源極區(qū)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括:制備一個(gè)垂直柵極氧化物，覆蓋和密封平面柵極。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括:將第一溝槽柵極電連接到柵極電極。
18.如權(quán)利要求15 所述的方法，其特征在于，還包括:將第二溝槽柵極電連接到源極電極。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括:將第二溝槽柵極電連接到柵極電極。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括:通過第二溝槽，注入第二導(dǎo)電類型的摻雜物，以便在第二溝槽柵極的溝槽底面下方形成一個(gè)浮動(dòng)掩埋環(huán)。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK104051509SQ201410065951
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】胡軍, 馬督兒·博德, 哈姆扎·依瑪茲 申請(qǐng)人:萬(wàn)國(guó)半導(dǎo)體股份有限公司