專利名稱：一種igbt的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種IGBT。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡稱 IGBT)是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET器件的高輸入阻抗和電力晶體管(即巨型晶體管，簡稱GTR)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，由于IGBT具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低的優(yōu)點(diǎn)，目前IGBT作為一種新型的電力電子器件被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。IGBT在實(shí)際的應(yīng)用中會遇到短路現(xiàn)象，導(dǎo)致器件損壞燒毀，失去正常功能，因此，IGBT通常對抗短路的能力要求非常高，即要求器件在發(fā)生短路時(shí)，能夠在承受高電壓及大電流的情況下維持一段時(shí)間不失效，以便使保護(hù)電路有足夠的響應(yīng)時(shí)間去關(guān)斷IGBT，保護(hù)器件不被燒毀。溝槽型IGBT以其較低的通態(tài)壓降和較大的電流密度得到越來越普遍的應(yīng)用，相對于傳統(tǒng)的表面柵結(jié)構(gòu)的IGBT，溝槽型IGBT是在硅襯底下面形成許多淺而密的溝槽，其溝道為沿溝槽側(cè)壁的垂直溝道。以N型溝道為例，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中溝槽型IGBT的結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的溝槽柵極104 ；位于半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)、溝槽柵極104兩側(cè)的P_ (P型輕摻雜)阱區(qū)102，及位于P-阱區(qū)102的表面內(nèi)、溝槽柵極104兩側(cè)的N+ (N型重?fù)诫s)源區(qū)103 ;位于P—阱區(qū)102和N+源區(qū)103表面上的發(fā)射極105 ；位于P_阱區(qū)102和溝槽柵極104下方的N_(N型輕摻雜)漂移區(qū)100，及位于N_漂移區(qū)100下方的N+緩沖區(qū)101 ；位于N+緩沖區(qū)101背面的P+ (P型重?fù)诫s)集電區(qū)106。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，這種溝槽型IGBT抗短路能力較差，導(dǎo)致器件容易損壞燒毀。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種IGBT，以解決現(xiàn)有技術(shù)中IGBT抗短路能力差的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種 IGBT，包括:半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)；位于所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的開口，所述開口底部為平面，且所述開口的深度小于所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的深度，所述開口的側(cè)壁與所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間均具有間位于所述開口底部的平面假柵結(jié)構(gòu)，所述平面假柵結(jié)構(gòu)的厚度小于或等于所述開口的深度。優(yōu)選的，所述平面假柵結(jié)構(gòu)包括，位于所述開口底部的假柵介質(zhì)層，及位于所述假柵介質(zhì)層表面上的假柵層。優(yōu)選的，所述假柵層覆蓋所述開口底部的全部區(qū)域。優(yōu)選的，所述假柵層為鏤空結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述假柵層包括多個(gè)相互平行的條形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述假柵層的各條形結(jié)構(gòu)均平行于所述開口側(cè)壁與開口底部的交線。優(yōu)選的，所述假柵層的各條形結(jié)構(gòu)均垂直于所述開口側(cè)壁與開口底部的交線。優(yōu)選的，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)各區(qū)域的電位相同。優(yōu)選的，還包括:位于所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的浮空區(qū)，所述浮空區(qū)的摻雜深度比所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的深度深；位于所述浮空區(qū)下方的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)的摻雜類型與所述浮空區(qū)的摻雜類型相反。優(yōu)選的，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容隨假柵層厚度的減小而減小。優(yōu)選的，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容隨假柵層與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間距離的增大而減小。優(yōu)選的，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述漂移區(qū)之間的寄生電容隨假柵層面積的減小而減小。優(yōu)選的，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述漂移區(qū)之間的寄生電容隨假柵層與漂移區(qū)之間距離的增大而減小。優(yōu)選的，所述假柵層的材料為多晶硅或金屬。優(yōu)選的，所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)分別為第一溝槽柵結(jié)構(gòu)和第二溝槽柵結(jié)構(gòu)，在該IGBT的剖面圖中，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的第二側(cè)與第二溝槽柵結(jié)構(gòu)的第一側(cè)相對，且二者距離最近，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的第一側(cè)與第二溝槽柵結(jié)構(gòu)的第二側(cè)距離最遠(yuǎn)，該IGBT還包括:位于所述半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，位于所述第一阱區(qū)表面內(nèi)的第一源區(qū)，位于所述第二阱區(qū)表面內(nèi)的第二源區(qū)，其中，所述第一阱區(qū)位于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)第一側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)，所述第二阱區(qū)位于所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)第二側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)。優(yōu)選的，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的電位相同。從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型較現(xiàn)有技術(shù)至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型所提供的IGBT，在一個(gè)元胞中，設(shè)置有兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)和一個(gè)平面假柵結(jié)構(gòu)，由于該平面假柵結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間，且三者之間有一定的距離，所以能夠使溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離較現(xiàn)有技術(shù)中的變大，從而使單位面積芯片導(dǎo)電溝道的密度降低，飽和電流密度減小，因此本實(shí)用新型所提供的IGBT較現(xiàn)有技術(shù)中的能夠承受更大的短路電流，具有更強(qiáng)的抗短路能力；并且，本實(shí)用新型所提供的IGBT，在溝槽柵結(jié)構(gòu)之間具有平面假柵結(jié)構(gòu)，該平面假柵結(jié)構(gòu)并不形成導(dǎo)電溝道，且能夠改善溝槽柵處的電場分布，使本實(shí)用新型所提供的IGBT在保證器件具有較強(qiáng)的抗短路能力的基礎(chǔ)上，其擊穿電壓不會減小。

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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實(shí)用新型的一些實(shí)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(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中溝槽型IGBT的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的IGBT的剖面圖；圖3為設(shè)有平面假柵結(jié)構(gòu)與不設(shè)平面假柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件柵區(qū)的電場分布對比圖；圖4為溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的IGBT的剖面圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的鏤空結(jié)構(gòu)的假柵層的IGBT的立體圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種柵狀結(jié)構(gòu)的假柵層的IGBT的立體圖；圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的另一種柵狀結(jié)構(gòu)的假柵層的IGBT的立體圖。
具體實(shí)施方式
正如背景技術(shù)所述，常規(guī)的溝槽型IGBT抗短路能力較差，導(dǎo)致器件容易損壞燒毀，發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是，常規(guī)的溝槽型IGBT的柵極是做在溝槽側(cè)壁上的，其溝道為沿溝槽側(cè)壁的垂直溝道，因此，其每個(gè)元胞所占據(jù)的芯片的面積較小，即單位面積芯片中的溝道數(shù)較多，造成飽和電流密度較大，器件所能承受的短路電流較小，當(dāng)發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，器件容易損壞燒毀。為了提高溝槽型IGBT的抗短路能力，可以采用溝槽型假柵的結(jié)構(gòu)，即器件的所有溝槽柵結(jié)構(gòu)中，只有一部分溝槽柵結(jié)構(gòu)起溝道的作用，其它溝槽柵結(jié)構(gòu)作為假柵結(jié)構(gòu)，只用于維持器件耐壓，這種結(jié)構(gòu)雖然能夠有效地降低飽和電流密度，同時(shí)又不會使器件的導(dǎo)通壓降增大，但是，由于引入的溝槽假柵結(jié)構(gòu)與柵極或發(fā)射極之間都會存在較大的寄生電容，因此會導(dǎo)致器件的開關(guān)速度下降。基于此，本實(shí)用新型提供一種IGBT，包括:半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)；位于所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的開口，所述開口底部為平面，且所述開口的深度小于所述溝槽柵的深度，所述開口的側(cè)壁與所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間均具有間隙；位于所述開口底部的平面假柵結(jié)構(gòu)，所述平面假柵結(jié)構(gòu)的厚度小于或等于所述開口的深度。由以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型所提供的IGBT，在一個(gè)元胞中設(shè)置有兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)和一個(gè)平面假柵結(jié)構(gòu)，由于平面假柵結(jié)構(gòu)位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間，且三者之間有一定的距離，所以能夠使溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離較現(xiàn)有技術(shù)中的變大，從而降低了單位面積芯片導(dǎo)電溝道的密度，減小了飽和電流密度，使本實(shí)用新型所提供的IGBT較現(xiàn)有技術(shù)能夠承受更大的短路電流，具有更強(qiáng)的抗短路能力；并且，本實(shí)用新型所提供的IGBT，在溝槽柵結(jié)構(gòu)之間具有平面假柵結(jié)構(gòu)，該平面假柵結(jié)構(gòu)并不形成導(dǎo)電溝道，且能夠改善溝槽柵結(jié)構(gòu)處的電場分布，使本實(shí)用新型所提供的IGBT在保證器件具有較強(qiáng)的抗短路能力的基礎(chǔ)上，其擊穿電壓不會減小。此外，由于本實(shí)用新型所提供的IGBT平面假柵結(jié)構(gòu)非常薄且為平面結(jié)構(gòu)，則其與溝槽柵結(jié)構(gòu)和漂移區(qū)的交疊面積較上述溝槽型假柵的IGBT大大減少，所以本實(shí)用新型中的平面假柵結(jié)構(gòu)與溝槽柵結(jié)構(gòu)和漂移區(qū)之間的寄生電容較上述溝槽型假柵的IGBT減小，從而使本實(shí)用新型所提供的IGBT的開關(guān)速度較快，即本實(shí)用新型所提供的IGBT能夠保證在器件開關(guān)速度不降低的條件下，提高自身抗短路能力。為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本實(shí)用新型結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種IGBT，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，為了提高抗短路能力，本實(shí)施例在兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有一個(gè)平面假柵結(jié)構(gòu)，下面僅以N溝道的IGBT為例進(jìn)行說明，但是上述結(jié)構(gòu)同樣適用于P溝道的IGBT，具體的，該器件包括:N型半導(dǎo)體襯底；位于該N型半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)；位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的開口，該開口底部為平面，且該開口的深度小于第兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的深度，該開口的側(cè)壁與兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間均具有間隙；位于上述開口底部的平面假柵結(jié)構(gòu)208，該平面假柵結(jié)構(gòu)208的厚度小于或等于開口的深度；上述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)連接器件的柵極G ;本實(shí)施例中，上述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)分別為第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206和第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的第二側(cè)與第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207的第一側(cè)相對，且二者距離最近，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的第一側(cè)與第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207的第二側(cè)距離最遠(yuǎn)；上述IGBT還包括，位于第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206第一側(cè)的P型輕摻雜的第一阱區(qū)202，及位于第一阱區(qū)202表面內(nèi)的N型重?fù)诫s的第一源區(qū)204 ;位于第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207第二側(cè)的P型輕摻雜的第二阱區(qū)203，及位于第二阱區(qū)203表面內(nèi)N型重?fù)诫s的第二源區(qū)205 ;上述第一阱區(qū)202、第二阱區(qū)203、第一源區(qū)204和第二源區(qū)205連接器件的源極E ；位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的P型輕摻雜的浮空區(qū)209，該浮空區(qū)209的底部與上述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)底部基本持平；位于浮空區(qū)209下方的N型輕摻雜的漂移區(qū)200 ;位于漂移區(qū)200下方的N型重?fù)诫s的緩沖層201 ;位于緩沖層201下方的P型重?fù)诫s的集電區(qū)210 ；上述集電區(qū)210連接器件的集電極C。需要說明的是，本實(shí)施例中上述的IGBT結(jié)構(gòu)僅為該器件一個(gè)元胞的基本結(jié)構(gòu)，所謂元胞是指在整個(gè)芯片上的IGBT的最小重復(fù)單元，即本實(shí)用新型所提供的IGBT是由多個(gè)上述結(jié)構(gòu)的元胞構(gòu)成的。此外，以上所述的“半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)”是指由半導(dǎo)體襯底表面向下延伸的一定深度的區(qū)域，該區(qū)域?qū)儆诎雽?dǎo)體襯底的一部分。上述“第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的第一側(cè)”是指圖2中第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的左側(cè)的側(cè)壁，上述“第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的第二側(cè)”是指圖2中第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的右側(cè)的側(cè)壁；同樣的，上述“第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207的第一側(cè)”是指圖2中第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207的左側(cè)的側(cè)壁，上述“第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207的第二側(cè)”是指圖2中第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207的右側(cè)的側(cè)壁。另外，本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底可以包括半導(dǎo)體元素，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe);也可以包括混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導(dǎo)體或其組合；也可以是絕緣體上硅(SOI);此外，該漂移區(qū)200還可以包括其它的材料，例如外延層或埋氧層的多層結(jié)構(gòu)。雖然在此描述了可以作為半導(dǎo)體襯底的材料的幾個(gè)示例，但是能夠作為IGBT的半導(dǎo)體襯底的任何材料均落入本實(shí)用新型的精神和范圍。本實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底可以采用硅襯底，理論上可采用N型或P型襯底，本實(shí)施例中優(yōu)選為輕摻雜的N型襯底。在本實(shí)施例中，上述平面假柵結(jié)構(gòu)208包括，位于開口底部的假柵介質(zhì)層，及位于假柵介質(zhì)層表面上的假柵層。此外，本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208可采用光刻-刻蝕-氧化-淀積工藝形成，即首先利用光刻工藝在漂移區(qū)200的表面上形成平面假柵208的圖形，再對漂移區(qū)200進(jìn)行刻蝕，形成底部為平面的開口，之后采用氧化工藝在開口內(nèi)部的表面生長氧化層，作為假柵介質(zhì)層，最后在開口的底部淀積柵材料(如多晶硅或金屬)，形成假柵層，完成平面假柵結(jié)構(gòu)208的制作。需要說明的是，本實(shí)施例僅以上述工藝及形成過程為例對平面假柵結(jié)構(gòu)208的形成過程進(jìn)行說明，但是本實(shí)用新型對以上形成過程及過程中所涉及的工藝并不限定，具體的，對漂移區(qū)200進(jìn)行刻蝕可以采用濕法刻蝕(如化學(xué)刻蝕、電解刻蝕)或干法刻蝕(如等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、離子銑刻蝕)，形成假柵層可以采用淀積、蒸發(fā)或?yàn)R射等工藝。由以上對本實(shí)施所提供的IGBT不難發(fā)現(xiàn)，平面假柵結(jié)構(gòu)208位于半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的開口內(nèi)，該開口的側(cè)壁和底部均與浮空區(qū)209接觸，浮空區(qū)209為P型輕摻雜，可見本實(shí)施中的平面假柵結(jié)構(gòu)208并不與PN結(jié)接觸，即平面假柵結(jié)構(gòu)208不能作為導(dǎo)電溝道。本實(shí)施例中，兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)分別位于半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的兩個(gè)溝槽內(nèi)，并且具有相同的結(jié)構(gòu)，溝槽柵結(jié)構(gòu)包括位于溝槽內(nèi)部表面上的柵介質(zhì)層及位于溝槽內(nèi)部柵介質(zhì)層表面上的溝槽柵。此外，本實(shí)施例中溝槽柵結(jié)構(gòu)可采用光刻-刻蝕-氧化-淀積工藝形成，即首先利用光刻工藝在漂移區(qū)200的表面上形成溝槽柵結(jié)構(gòu)的圖形，再對漂移區(qū)200進(jìn)行刻蝕，形成溝槽，之后采用氧化工藝在溝槽內(nèi)部的表面生長氧化層，最后在溝槽內(nèi)部、氧化層的表面上填充柵材料(如多晶硅或金屬)，完成溝槽柵結(jié)構(gòu)的制作。并且，本實(shí)施例中通過在兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間加入一個(gè)平面假柵結(jié)構(gòu)，使兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離加大，則本實(shí)施例中的單位面積芯片溝槽柵結(jié)構(gòu)的密度降低，從而有效地減小了飽和電流密度，避免了由于溝槽柵結(jié)構(gòu)密度過大所造成的器件飽和電流密度增大的缺陷，因此，本實(shí)施例所提供的IGBT能夠承受更大的短路電流，即增強(qiáng)了器件的抗短路能力。本實(shí)施例中，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206的第一側(cè)直接與第一源區(qū)204和第一阱區(qū)202接觸，并且第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206延伸至漂移區(qū)200的表面內(nèi)，則其底部的一部分是與漂移區(qū)200接觸的，由于第一源區(qū)204為N型摻雜，第一阱區(qū)202為P型摻雜，漂移區(qū)200為N型摻雜，三者形成了基本的NPN結(jié)構(gòu)，因此第一溝槽柵結(jié)構(gòu)206能夠形成導(dǎo)電溝道；同樣的，第二溝槽柵結(jié)構(gòu)207也能夠形成導(dǎo)電溝道。由上述對平面假柵結(jié)構(gòu)208和溝槽柵結(jié)構(gòu)的描述，可知本實(shí)施例中，溝槽柵結(jié)構(gòu)能夠形成導(dǎo)電溝道，連接器件的柵極，起導(dǎo)電的作用，平面假柵結(jié)構(gòu)208不能形成導(dǎo)電溝道，即不起導(dǎo)電作用；并且，平面假柵結(jié)構(gòu)208位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間，當(dāng)器件導(dǎo)通時(shí)，由于該平面假柵結(jié)構(gòu)208自身并不導(dǎo)電，所以能夠改變兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)trench corner (溝槽拐角)處的電場分布，使該處的電場趨于緩和，而如果只是單純的增大溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離，電場會由于距離的增大集中于trench corner處,使該處成為擊穿的薄弱區(qū)，也即導(dǎo)致器件的擊穿電壓下降，影響器件的安全使用；因此，本實(shí)施例所提供的IGBT，雖然加大了溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離，但是通過在溝槽柵結(jié)構(gòu)之間設(shè)置平面假柵結(jié)構(gòu)，以改變trenchcorner處的電場分布，彌補(bǔ)了溝槽柵結(jié)構(gòu)密度減小所造成的器件擊穿電壓下降的缺陷，保證了器件具有較高的耐壓性。具體的，參考圖3，其中(a)為減小溝槽密度后IGBTtrench corner處的電場分布圖，圖中301為溝槽柵結(jié)構(gòu)，與器件的柵極G相連，溝槽柵結(jié)構(gòu)301之間的一組曲線為該處的電場線302 ; (b)為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的IGBT的trench corner處的電場分布圖，圖中311溝槽柵結(jié)構(gòu)，與器件的柵極G相連，313為平面假柵結(jié)構(gòu)，溝槽柵結(jié)構(gòu)311之間、平面假柵結(jié)構(gòu)313底部的一組曲線為該處的電場線312。由圖3 (a)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離較大時(shí),trench corner處的電場會變得比較陡峭，導(dǎo)致器件的擊穿電壓變小，容易被擊穿；而圖3 (b)中，由于在溝槽柵結(jié)構(gòu)之間加入了平面假柵結(jié)構(gòu)，從而使trench corner處的電場趨于平緩，即器件的擊穿電壓較大，不易被擊穿。本實(shí)施例所提供的IGBT除了具有上述的優(yōu)點(diǎn)外，較其它提高器件抗短路能力的方法也具有非常明顯的優(yōu)勢。目前現(xiàn)有技術(shù)中為了提高溝槽型IGBT的抗短路能力，一般采用溝槽型假柵的結(jié)構(gòu)，即器件的所有溝槽柵結(jié)構(gòu)中，只有一部分溝槽柵結(jié)構(gòu)起溝道的作用，其它溝槽柵結(jié)構(gòu)作為假柵，只用于維持器件耐壓，如圖4所示，這種器件包括，N型輕摻雜的漂移區(qū)400，位于漂移區(qū)400表面內(nèi)的P型輕摻雜的阱區(qū)402，位于阱區(qū)402表面內(nèi)的N型重?fù)诫s的源區(qū)403，阱區(qū)402和源區(qū)403與器件的發(fā)射極E相連，位于漂移區(qū)400表面內(nèi)且側(cè)壁與阱區(qū)402和源區(qū)403接觸的兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)404，這兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)404與器件的柵極G相連，位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)404之間的3個(gè)溝槽假柵結(jié)構(gòu)405，3個(gè)溝槽假柵結(jié)構(gòu)405之間電位相同，連接假柵極D，位于溝槽柵結(jié)構(gòu)404和溝槽假柵結(jié)構(gòu)405之間及相鄰兩個(gè)溝槽假柵結(jié)構(gòu)405之間的P型輕摻雜的浮空區(qū)406，位于漂移區(qū)400下方的N型重?fù)诫s的緩沖區(qū)401，位于緩沖區(qū)401下方的P型重?fù)诫s的集電區(qū)407，集電區(qū)407和器件的集電極C相連。上述溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的IGBT，在兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)404之間引入了 3個(gè)溝槽假柵結(jié)構(gòu)405，相應(yīng)的增加了非常多寄生電容，具體的主要有，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405和溝槽柵結(jié)構(gòu)404之間的寄生電容，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405和浮空區(qū)406之間的寄生電容，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405和漂移區(qū)400之間的寄生電容，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405和發(fā)射極E，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405和集電極C之間的寄生電容，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405和耗盡層之間的電容，該耗盡層為漂移區(qū)400表面反型時(shí)，阱區(qū)402和漂移區(qū)400之間形成的；由以上描述可見，溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的IGBT雖然能夠有效地提高器件抗短路能力，同時(shí)不使器件的擊穿電壓降低，但是，引入的溝槽假柵結(jié)構(gòu)會引入較大的寄生電容，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，電容必須放電，因此較大的寄生電容會導(dǎo)致這種溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的IGBT的開關(guān)速度下降。相比上述溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的IGBT，本實(shí)用新型所提供的平面假柵結(jié)構(gòu)的IGBT，為了使器件在提高自身抗短路能力的同時(shí)，保證擊穿電壓不降低，所引入的平面假柵結(jié)構(gòu)208與器件其它部分的交疊面積大大減少，從而使平面假柵結(jié)構(gòu)208與器件其它部分的寄生電容大大減小，器件的開關(guān)速度不會下降。具體的，本實(shí)施例優(yōu)選的使平面假柵結(jié)構(gòu)208的厚度為0.5 10 μ m，則平面假柵結(jié)構(gòu)208與每個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的交疊面積均為其自身厚度與其所在開口長度的乘積，而上述溝槽假柵結(jié)構(gòu)的IGBT，溝槽假柵結(jié)構(gòu)405與溝槽柵結(jié)構(gòu)404的交疊面積為溝槽假柵結(jié)構(gòu)405的深度與其所在溝槽長度的乘積，上述溝槽假柵結(jié)構(gòu)的深度一般為5 10 μ m，顯而易見的，平面假柵結(jié)構(gòu)208的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溝槽假柵結(jié)構(gòu)405的深度，由于器件的長度是一定的，那么本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208與每個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的交疊面積比上述溝槽假柵結(jié)構(gòu)的IGBT中溝槽假柵結(jié)構(gòu)405與溝槽柵結(jié)構(gòu)404的交疊面積小得多，由于兩個(gè)物體間的電容量與二者的交疊面積成正比，所以可以得到，本實(shí)施例中的平面假柵結(jié)構(gòu)208與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容較上述溝槽假柵結(jié)構(gòu)的IGBT大大減小。需要說明的是，雖然平面假柵結(jié)構(gòu)208與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容隨假柵層厚度的減小而減小，平面假柵結(jié)構(gòu)208的厚度不宜太厚，但是如果厚度過薄，其改變trenchcorner處電場分布的效果則會不太好，并且也會加大工藝上的實(shí)現(xiàn)難度，因此，本實(shí)施例提供了平面假柵結(jié)構(gòu)208 —個(gè)較佳的厚度范圍，但是，本實(shí)用新型并不限定平面假柵結(jié)構(gòu)208的厚度。另外，同樣的道理，平面假柵結(jié)構(gòu)208為平面結(jié)構(gòu)，其所覆蓋的半導(dǎo)體襯底的面積相較于溝槽假柵結(jié)構(gòu)405的表面積(即側(cè)壁和底部的總面積)減少，由于兩個(gè)物體間的電容量與二者的交疊面積成正比，因此，本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208與漂移區(qū)200、浮空區(qū)209、發(fā)射極E、集電極C及耗盡層等之間的寄生電容均比溝槽假柵結(jié)構(gòu)405所引入的寄生電容減小很多。由上述的分析可以得到，平面假柵結(jié)構(gòu)208與漂移區(qū)200、浮空區(qū)209、發(fā)射極E、集電極C及耗盡層等之間的寄生電容隨假柵層面積的減小而減小，而上述的平面假柵結(jié)構(gòu)208的假柵層覆蓋了所在開口底部的全部區(qū)域，因此，在不影響平面假柵結(jié)構(gòu)改善trenchcorner處電場分布效果的前提下，可以適當(dāng)?shù)娜サ舨糠旨贃艑?，以進(jìn)一步的減小平面假柵結(jié)構(gòu)與器件其它部分的交疊面積，進(jìn)而減小平面假柵結(jié)構(gòu)所引入的寄生電容，如假柵層可以為鏤空結(jié)構(gòu)，具體的，如圖5所示，平面假柵結(jié)構(gòu)505的假柵層為鏤空結(jié)構(gòu)，再如，假柵層可以由多個(gè)相互平行的條形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如圖6所示，平面假柵結(jié)構(gòu)605的假柵層為各條形結(jié)構(gòu)均平行于開口側(cè)壁與開口底部的交線的柵狀結(jié)構(gòu)，即假柵層的各條形結(jié)構(gòu)均為垂直于紙面方向，如圖7所示，平面假柵結(jié)構(gòu)705的假柵層為各條形結(jié)構(gòu)均垂直于所述開口側(cè)壁與開口底部的交線的柵狀結(jié)構(gòu)，即假柵層的各條形結(jié)構(gòu)均為平行于紙面方向。需要說明的是，以上所述的各種結(jié)構(gòu)的平面假柵結(jié)構(gòu)，其各區(qū)域的電位是相同的，也就是說，平面假柵結(jié)構(gòu)自身的各部分之間是不存在寄生電容的。此外，除了交疊面積是影響平面假柵結(jié)構(gòu)所引入的寄生電容大小的因素外，平面假柵結(jié)構(gòu)208與器件各部分之間的距離也是一項(xiàng)主要的影響因素，本實(shí)施例優(yōu)選的使平面假柵結(jié)構(gòu)208所在的開口的深度為3 5 μ m，這相對于溝槽假柵結(jié)構(gòu)的深度(5 10 μ m)小很多，即本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208與浮空區(qū)209、漂移區(qū)200、集電極C及耗盡層之間的距離變大，由于兩個(gè)物體間的電容量與二者之間的距離成反比，所以從這方面來講，本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208所引入的寄生電容也比較小?？梢?，平面假柵結(jié)構(gòu)208與浮空區(qū)209、漂移區(qū)200、集電極C及耗盡層之間的寄生電容隨其假柵層與它們之間距離的增大而減小，但是，如果距離過大，即平面假柵結(jié)構(gòu)208所在的開口的深度過小時(shí)，則會造成平面假柵結(jié)構(gòu)208改變trench corner處電場分布的效果比較差；因此，在上述描述中，本實(shí)施例提供了平面假柵結(jié)構(gòu)208所在開口的深度一個(gè)較佳的數(shù)值范圍，但是，在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208所在的開口的深度也是可以超出該范圍的。另外，同樣利用兩個(gè)物體間的電容量與二者之間的距離成反比的定理，可以得到本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)208與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容隨假柵層與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間距離的增大而減小，因此，在不影響平面假柵結(jié)構(gòu)改善trench corner處電場分布效果的前提下，可以適當(dāng)?shù)脑龃笃矫婕贃沤Y(jié)構(gòu)208所在開口與相鄰溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離；需要說明的是，所謂“假柵層與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離”是指假柵層所在的開口的側(cè)壁與相鄰溝槽柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間的最短距離。綜合以上描述，可以顯而易見的發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例為了使器件在提高自身抗短路能力的同時(shí)，保證擊穿電壓不降低，在溝槽柵結(jié)構(gòu)之間引入了平面假柵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與器件其它部分的寄生電容非常小，對器件的開關(guān)速度并不產(chǎn)生影響，而其它溝槽假柵型的IGBT的寄生電容卻非常大，嚴(yán)重影響器件的開關(guān)速度；因此，本實(shí)用新型所提供的IGBT在不影響器件開關(guān)速度方面具有非常明顯的優(yōu)勢。本實(shí)施例中所提供的IGBT的平面假柵結(jié)構(gòu)可以有兩種連接方式:當(dāng)平面假柵結(jié)構(gòu)連接到發(fā)射極E上時(shí)，器件柵極G與集電極C之間的電容比較小，柵極G與發(fā)射極E之間的電容比較大，則這種連接方式下，器件一般具有較快的開關(guān)速度，但開關(guān)浪涌電壓較大；當(dāng)平面假柵結(jié)構(gòu)連接到柵極G上時(shí)，柵極G與集電極C之間的電容比較大，柵極G與發(fā)射極E之間的電容比較小，則器件的開關(guān)速度較慢，但開關(guān)浪涌電壓較小。需要說明的是，由于本實(shí)施例中平面假柵結(jié)構(gòu)與柵極G和集電極C之間的寄生電容較圖4中溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的器件小的多，進(jìn)而本實(shí)施例中柵極G與發(fā)射極E之間的電容和柵極G與集電極C之間的電容均相對于溝槽型假柵結(jié)構(gòu)的器件減小，所以本實(shí)施例所提供的IGBT具有更快的開關(guān)速度和更小的浪涌電壓。進(jìn)一步的，本實(shí)施例中浮空區(qū)209為P型輕摻雜，未接電極，其電位是浮空的，能夠改善器件內(nèi)的電場分布，提供器件的擊穿電壓，使器件不容易擊穿。進(jìn)一步的，本實(shí)施例中各個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的電位相同。本使用新型實(shí)施例所提供的IGBT，在一個(gè)元胞中設(shè)置有溝槽柵結(jié)構(gòu)和平面假柵結(jié)構(gòu)，由于平面假柵結(jié)構(gòu)位于溝槽柵結(jié)構(gòu)之間，且二者之間有一定的距離，所以能夠使溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離較現(xiàn)有技術(shù)中的變大，從而降低了單位面積芯片導(dǎo)電溝道的密度，減小了飽和電流密度，使本實(shí)用新型所提供的IGBT較現(xiàn)有技術(shù)能夠承受更大的短路電流，具有更強(qiáng)的抗短路能力；并且，本實(shí)用新型所提供的IGBT，在溝槽柵結(jié)構(gòu)之間具有平面假柵結(jié)構(gòu)，該平面假柵結(jié)構(gòu)并不形成導(dǎo)電溝道，且能夠改善溝槽柵結(jié)構(gòu)處的電場分布，使本實(shí)用新型所提供的IGBT在保證器件具有較強(qiáng)的抗短路能力的基礎(chǔ)上，其擊穿電壓不會減小。此外，由于本實(shí)用新型所提供的IGBT平面假柵結(jié)構(gòu)非常薄且為平面結(jié)構(gòu)，則其與溝槽柵結(jié)構(gòu)和漂移區(qū)的交疊面積較上述溝槽型假柵的IGBT大大減少，所以本實(shí)用新型中的平面假柵結(jié)構(gòu)與溝槽柵結(jié)構(gòu)和漂移區(qū)之間的寄生電容較上述溝槽型假柵的IGBT減小，從而使本實(shí)用新型所提供的IGBT的開關(guān)速度較快，即本實(shí)用新型所提供的IGBT能夠保證在器件開關(guān)速度不降低的條件下，提高自身抗短路能力。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。對所公開的實(shí)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)或使用本實(shí)用新型。對這些實(shí)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實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種IGBT，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底； 位于所述半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)； 位于所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的開口，所述開口底部為平面，且所述開口的深度小于所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的深度，所述開口的側(cè)壁與所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間均具有間隙；位于所述開口底部的平面假柵結(jié)構(gòu)，所述平面假柵結(jié)構(gòu)的厚度小于或等于所述開口的深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)包括，位于所述開口底部的假柵介質(zhì)層，及位于所述假柵介質(zhì)層表面上的假柵層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT，其特征在于，所述假柵層覆蓋所述開口底部的全部區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT，其特征在于，所述假柵層為鏤空結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT，其特征在于，所述假柵層包括多個(gè)相互平行的條形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT，其特征在于，所述假柵層的各條形結(jié)構(gòu)均平行于所述開口側(cè)壁與開口底部的交線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT，其特征在于，所述假柵層的各條形結(jié)構(gòu)均垂直于所述開口側(cè)壁與開口底部的交線。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5任一項(xiàng)所述的IGBT，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)各區(qū)域的電位相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT，其特征在于，還包括， 位于所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的浮空區(qū)，所述浮空區(qū)的摻雜深度比所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)的深度深； 位于所述浮空區(qū)下方的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)的摻雜類型與所述浮空區(qū)的摻雜類型相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的IGBT，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容隨假柵層厚度的減小而減小。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的IGBT，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的寄生電容隨假柵層與溝槽柵結(jié)構(gòu)之間距離的增大而減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的IGBT，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述漂移區(qū)之間的寄生電容隨假柵層面積的減小而減小。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的IGBT，其特征在于，所述平面假柵結(jié)構(gòu)與所述漂移區(qū)之間的寄生電容隨假柵層與漂移區(qū)之間距離的增大而減小。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT，其特征在于，所述假柵層的材料為多晶硅或金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT，其特征在于，所述兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)分別為第一溝槽柵結(jié)構(gòu)和第二溝槽柵結(jié)構(gòu)，在該IGBT的剖面圖中，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的第二側(cè)與第二溝槽柵結(jié)構(gòu)的第一側(cè)相對，且二者距離最近，第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的第一側(cè)與第二溝槽柵結(jié)構(gòu)的第二側(cè)距離最遠(yuǎn)，該IGBT還包括:位于所述半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，位于所述第一阱區(qū)表面內(nèi)的第一源區(qū)， 位于所述第二阱區(qū)表面內(nèi)的第二源區(qū)，其中，所述第一阱區(qū)位于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)第一側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)，所述第二阱區(qū)位于所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)第二側(cè)的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT， 其特征在于，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的電位相同。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種IGBT，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)的兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)；位于兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的開口；位于開口底部的平面假柵結(jié)構(gòu)，該平面假柵結(jié)構(gòu)的厚度小于或等于開口的深度。本實(shí)用新型所提供的IGBT在兩個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有一個(gè)平面假柵結(jié)構(gòu)，使溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離變大，從而使單位面積芯片導(dǎo)電溝道的密度降低，提高了器件的抗短路能力；并且，本實(shí)用新型中的平面假柵結(jié)構(gòu)并不形成導(dǎo)電溝道，且能夠改善溝槽柵處的電場分布，使器件在保證器件具有較強(qiáng)的抗短路能力的基礎(chǔ)上，其擊穿電壓不會減小。
文檔編號H01L29/423GK203013733SQ20122065753
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者張文亮, 朱陽軍, 盧爍今, 趙佳, 吳振興 申請人:上海聯(lián)星電子有限公司, 中國科學(xué)院微電子研究所, 江蘇中科君芯科技有限公司