本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT及其制作方法。

背景技術(shù)：

IGBT是雙極型器件依靠雙載流子導(dǎo)電，其導(dǎo)通電流能力受基區(qū)(漂移區(qū))載流子濃度影響?；鶇^(qū)載流子濃度越高，其電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)越強，IGBT導(dǎo)通電流能力越強，則其導(dǎo)通壓降越低；反之則其導(dǎo)通壓降越高。因此，為降低IGBT的導(dǎo)通壓降，必須增大其正向?qū)〞r體內(nèi)載流子濃度。然而，IGBT正向?qū)〞r，大量空穴直接從Pbase/Ndrift結(jié)流出，造成導(dǎo)電載流子損失，增大了其導(dǎo)通壓降。為降低IGBT的導(dǎo)通壓降，必須限制空穴從該PN結(jié)流出。

針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中的一種IGBT結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種溝槽柵IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。通過復(fù)雜的刻蝕形成“葫蘆”形狀的溝槽柵結(jié)構(gòu)(虛線框所包圍的區(qū)域)，以此減小Pbase/Ndrift結(jié)面積，進(jìn)而遏制空穴的損失，降低IGBT的導(dǎo)通壓降。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的上述IGBT的工藝實現(xiàn)十分復(fù)雜而且困難。首先刻蝕形成下寬上窄的溝槽形結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與普通的一次等離子刻蝕就形成溝槽不同，該“葫蘆”狀溝槽需要分兩步刻蝕，首先需要等離子異向刻蝕，然后需要對刻蝕槽壁進(jìn)行保護再做同向刻蝕，刻蝕難度復(fù)雜而且難以控制；其次刻蝕完畢之后的柵氧質(zhì)量較差，由于溝槽結(jié)構(gòu)特殊，刻蝕后的缺陷及殘留物去除十分困難，會極大降低柵氧質(zhì)量，最后是溝槽柵的多晶硅填充十分困難，由于該“葫蘆”狀溝槽下寬上窄，在多晶硅填充過程中必然容易形成空洞及間隙，增大柵電阻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT及其制作方法，通過在溝槽柵IGBT底部引入一定厚度的埋氧化層，縮小從其源極流出的空穴路徑的面積，從而遏制源極空穴電流大小，降低IGBT的導(dǎo)通壓降。

本發(fā)明提供的一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，包括：

在N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成N型區(qū)，所述N型硅襯底形成N-漂移區(qū)；

在所述N型區(qū)的表面進(jìn)行硼注入，形成P基區(qū)；

在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入，形成第一埋氧層和第二埋氧層，經(jīng)后續(xù)高溫工藝后，所述第一埋氧層和所述第二埋氧層分別形成第一埋氧化層和第二埋氧化層，所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層之間形成具有預(yù)設(shè)寬度的溝道，所述溝道用于對從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間流出的空穴進(jìn)行限流；

制作溝槽柵并形成IGBT結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法中，所述在N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成N型區(qū)為：

在所述N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成摻雜濃度高于所述N型硅襯底的N型增強層。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法中，所述在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入為：

利用光刻版在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法中，所述制作溝槽柵包括：

在所述第一埋氧層和所述第二埋氧層的上方分別刻蝕出溝槽；

在所述溝槽中生長氧化層并淀積多晶硅。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法中，所述形成IGBT結(jié)構(gòu)包括：

在所述溝槽柵旁邊的位置進(jìn)行N+注入，形成源極；

淀積鈍化層并刻蝕；

在正面淀積金屬；

進(jìn)行背面注入并退火，沉積背面金屬。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法中，所述N型增強層為摻雜濃度為1*10¹⁵cm^-3至1*10¹⁶cm^-3。

本發(fā)明提供的一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT，包括N-漂移區(qū)，所述N-漂移區(qū)的表面設(shè)置有N型區(qū)，所述N型區(qū)的表面設(shè)置有P基區(qū)，所述N型區(qū)的下部具有第一埋氧化層和第二埋氧化層，所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層之間具有預(yù)設(shè)寬度的溝道，所述溝道用于對從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間流出的空穴進(jìn)行限流，所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層上分別設(shè)置有溝槽柵。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT中，所述N型區(qū)為摻雜濃度高于所述N-漂移區(qū)的N型增強層。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT中，所述溝槽柵包括：

在所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層的上方的溝槽，以及設(shè)置于所述溝槽中的氧化層和淀積在所述氧化層上的多晶硅。

優(yōu)選的，在上述具有埋氧化層的溝槽柵IGBT中，還包括設(shè)置于所述溝槽柵旁邊的源極；

設(shè)置于所述P基區(qū)表面的鈍化層和正面金屬電極；

位于背面的背面金屬電極。

通過上述描述可知，本發(fā)明提供的具有埋氧化層的溝槽柵IGBT及其制作方法，由于該方法包括：在N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成N型區(qū)，所述N型硅襯底形成N-漂移區(qū)；在所述N型區(qū)的表面進(jìn)行硼注入，形成P基區(qū)；在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入，形成第一埋氧層和第二埋氧層，經(jīng)后續(xù)高溫工藝后，所述第一埋氧層和第二埋氧層分別形成第一埋氧化層和第二埋氧化層，所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層之間形成具有預(yù)設(shè)寬度的溝道，所述溝道用于對從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間流出的空穴進(jìn)行限流；制作溝槽柵并形成IGBT結(jié)構(gòu)，因此能夠縮小從其源極流出的空穴路徑的面積，從而遏制源極空穴電流大小，降低IGBT的導(dǎo)通壓降。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種溝槽柵IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實施例提供的第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法的示意圖；

圖3為形成P基區(qū)之后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為高能氧離子注入之后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為制作溝槽柵之后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為最終形成的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心思想在于提供一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT及其制作方法，通過在溝槽柵IGBT底部引入一定厚度的埋氧化層，縮小從其源極流出的空穴路徑的面積，從而遏制源極空穴電流大小，降低IGBT的導(dǎo)通壓降。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本申請實施例提供的第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法如圖2所示，圖2為本申請實施例提供的第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法的示意圖。該方法包括如下步驟：

S1：在N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成N型區(qū)，所述N型硅襯底形成N-漂移區(qū)；

具體的，首先進(jìn)行磷注入，然后進(jìn)行熱擴散，形成N型區(qū)。

S2：在所述N型區(qū)的表面進(jìn)行硼注入，形成P基區(qū)；

參考圖3，圖3為形成P基區(qū)之后的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，該結(jié)構(gòu)包括N-漂移區(qū)1、N型區(qū)2和P基區(qū)3，該P基區(qū)摻雜濃度范圍為1*10¹⁷cm^-3至3*10¹⁷cm^-3。

S3：在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入，形成第一埋氧層和第二埋氧層，經(jīng)后續(xù)高溫工藝后，所述第一埋氧層和第二埋氧層分別形成第一埋氧化層和第二埋氧化層，所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層之間形成具有預(yù)設(shè)寬度的溝道，所述溝道用于對從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間流出的空穴進(jìn)行限流；

參考圖4，圖4為高能氧離子注入之后的結(jié)構(gòu)示意圖，在高能氧離子注入之后，形成了第一埋氧層4和第二埋氧層5。需要說明的是，埋氧層特指氧離子注入的區(qū)域，該區(qū)域存在大量的氧離子，但未經(jīng)過高溫工藝；經(jīng)過后面的高溫工藝后，該氧離子與硅反應(yīng)生成二氧化硅，即埋氧化層。另外需要說明的是，這種工藝實現(xiàn)起來并不復(fù)雜，易于控制，從理論上來說，也可以將這種埋氧層換成其他的非導(dǎo)電介質(zhì)層，但在工藝實現(xiàn)的可能性不大。

S4：制作溝槽柵并形成IGBT結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，只要在制作IGBT結(jié)構(gòu)時制作上述第一埋氧化層和第二埋氧化層，則不管具體的其他部位的結(jié)構(gòu)如何，均在本實施例的保護范圍之內(nèi)。

通過上述描述可知，本申請實施例提供的第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，由于包括：在N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成N型區(qū)，所述N型硅襯底形成N-漂移區(qū)；在所述N型區(qū)的表面進(jìn)行硼注入，形成P基區(qū)；在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入，形成第一埋氧層和第二埋氧層，經(jīng)后續(xù)高溫工藝后，所述第一埋氧層和第二埋氧層分別形成第一埋氧化層和第二埋氧化層，所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層之間形成具有預(yù)設(shè)寬度的溝道，所述溝道用于對從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間流出的空穴進(jìn)行限流；制作溝槽柵并形成IGBT結(jié)構(gòu)，因此能夠縮小從其源極流出的空穴路徑的面積，從而遏制源極空穴電流大小，降低IGBT的導(dǎo)通壓降。

本申請實施例提供的第二種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，是在上述第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述在N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成N型區(qū)為：

在所述N型硅襯底表面進(jìn)行磷注入形成摻雜濃度高于所述N型硅襯底的N型增強層。

需要說明的是，該N型增強層的目的在于提高該處的電子濃度，以改善源極電子注入效率。該N型增強層一方面可成為空穴勢壘，進(jìn)一步阻擋空穴從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間的結(jié)流出，另一方面減小埋氧化層之間N型區(qū)的電阻，為電子電流提供電流通道。與上述埋氧化層之間形成的溝道相互促進(jìn)，可以明顯降低IGBT的導(dǎo)通壓降。該層的摻雜濃度越高，則第一埋氧化層和第二埋氧化層之間的預(yù)設(shè)寬度可以設(shè)置的越小，有利于IGBT的正向?qū)ㄌ匦裕搮^(qū)域摻雜濃度越低，則該預(yù)設(shè)寬度可以設(shè)置的越大，有利于IGBT的正向?qū)ㄌ匦浴?/p>

本申請實施例提供的第三種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，是在上述第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入為：

利用光刻版在所述N型區(qū)的下部進(jìn)行高能氧離子注入。

在該步驟中，光刻板的作用在于確定第一埋氧層和第二埋氧層的位置、尺寸和范圍，這種方式具有成本低的優(yōu)點，且易于實現(xiàn)。

本申請實施例提供的第四種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，是在上述第一種至第三種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法中任一種的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

參考圖5，圖5為制作溝槽柵之后的結(jié)構(gòu)示意圖，所述制作溝槽柵包括：

在所述第一埋氧層和所述第二埋氧層的上方分別刻蝕出溝槽6；

在所述溝槽6中生長氧化層并淀積多晶硅。

需要說明的是，經(jīng)過這種高溫過程之后，第一埋氧層4就變成了第一埋氧化層41，第二埋氧層5就變成了第二埋氧化層51。

本申請實施例提供的第五種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，是在上述第四種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

參考圖6，圖6為最終形成的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖，所述形成IGBT結(jié)構(gòu)包括：

在所述溝槽柵6旁邊的位置進(jìn)行N+注入，形成源極7；

淀積鈍化層8并刻蝕；

在正面淀積金屬，形成正面金屬電極9并再次刻蝕；

進(jìn)行背面注入并退火，沉積背面金屬，該背面金屬可以優(yōu)選為鋁，但不限于鋁，形成N-緩沖層10、P-發(fā)射區(qū)11和背面電極12。

本申請實施例提供的第六種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法，是在上述第二種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的制作方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述N型增強層為摻雜濃度為1*10¹⁵cm^-3至1*10¹⁶cm^-3。

需要說明的是，該層的注入劑量約為1*10¹⁴cm^-2量級，結(jié)深為5μm至6μm。

本申請實施例提供的第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT，繼續(xù)參考圖6，該溝槽柵IGBT包括N-漂移區(qū)1，所述N-漂移區(qū)1的表面設(shè)置有N型區(qū)2，所述N型區(qū)2的表面設(shè)置有P基區(qū)3，所述N型區(qū)2的下部具有第一埋氧化層41和第二埋氧化層51，所述第一埋氧化層41和所述第二埋氧化層51之間具有預(yù)設(shè)寬度的溝道，所述溝道用于對從所述N-漂移區(qū)1和所述P基區(qū)3之間流出的空穴進(jìn)行限流，所述第一埋氧化層41和所述第二埋氧化層51上分別設(shè)置有溝槽柵6。

通過上述描述可知，由于設(shè)置了第一埋氧化層和第二埋氧化層，且二者之間具有溝道，利用這種溝道，就能夠縮小從其源極流出的空穴路徑的面積，從而遏制源極空穴電流大小，降低IGBT的導(dǎo)通壓降，這種IGBT的制作工藝更簡單，成本更低。

本申請實施例提供的第二種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT，是在上述第一種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述N型區(qū)為摻雜濃度高于所述N-漂移區(qū)的N型增強層。

需要說明的是，該N型增強層的目的在于提高該處電子濃度，以改善源極電子注入效率。該N型增強層一方面可成為空穴勢壘，進(jìn)一步阻擋空穴從所述N-漂移區(qū)和所述P基區(qū)之間的結(jié)流出，另一方面減小埋氧化層之間N型區(qū)的電阻，為電子電流提供電流通道。與上述埋氧化層之間形成的溝道相互促進(jìn)，可以明顯降低IGBT的導(dǎo)通壓降。該層的摻雜濃度越高，則第一埋氧化層和第二埋氧化層之間的預(yù)設(shè)寬度可以設(shè)置的越小，有利于IGBT的正向?qū)ㄌ匦?，而該區(qū)域摻雜濃度越低，則該預(yù)設(shè)寬度可以設(shè)置的越大，有利于IGBT的正向?qū)ㄌ匦浴?/p>

本申請實施例提供的第三種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT，是在上述第一種或第二種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述溝槽柵包括：

在所述第一埋氧化層和所述第二埋氧化層的上方的溝槽，以及設(shè)置于所述溝槽中的氧化層和淀積在所述氧化層上的多晶硅。

本申請實施例提供的第四種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT，是在上述第三種具有埋氧化層的溝槽柵IGBT的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

還包括設(shè)置于所述溝槽柵旁邊的源極7；

設(shè)置于所述P基區(qū)表面的鈍化層8和正面金屬電極9；

位于背面的背面金屬電極12，該背面金屬可以優(yōu)選為鋁，但不限于鋁。

綜上所述，該具有埋氧化層的溝槽柵IGBT易于制作，成本低，能夠明顯提高源極處載流子濃度，降低IGBT導(dǎo)通壓降。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。