本發(fā)明涉及半導體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法。

背景技術(shù)：

溝槽柵IGBT是通過增加溝道密度的方法增強了其陰極注入效率，但與此同時也增加了其寄生的密勒電容。如果密勒電容過大的話，會降低IGBT的開關(guān)速度，增加IGBT開關(guān)損耗。同時，由于多晶硅柵方塊電阻較大，降低了外部串聯(lián)柵電阻對IGBT開關(guān)時的di/dt以及dv/dt的控制能力，進而削弱了IGBT的電氣特性和應用范圍。

為減小該寄生電容，K.OHI等人提出了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過采用在溝槽柵內(nèi)部串聯(lián)隔離的電容減小側(cè)邊寄生電容，降低IGBT的開關(guān)延遲時間，提高IGBT的開關(guān)速度。雖然這種方法，在一定程度上能降低柵極寄生電容，但是，不僅工藝方法較為復雜，需要采用復雜的多晶硅刻蝕工藝，而且容易在工藝過程中引入沾污及缺陷，增大柵極漏電流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法，一方面降低晶硅柵電阻，提高外部串聯(lián)柵電阻的開關(guān)控制能力，另一發(fā)面阻止電流從柵集寄生電容處流出，從而加快IGBT的開關(guān)速度，降低IGBT的開關(guān)損耗。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法，包括：

步驟1，在IGBT器件主體進行P-base區(qū)和N型增強區(qū)注入；

步驟2，對所述IGBT器件主體進行溝槽刻蝕之后，沉積柵氧化層；

步驟3，在所述柵氧化層上沉積N型摻雜的多晶硅層；

步驟4，在所述N型摻雜的多晶硅層上沉積P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層將所述溝槽填滿；

步驟5，在所述P型摻雜的多晶硅層上生長多晶硅氧化層；

步驟6，對完成所述多晶硅氧化層生長的所述IGBT器件主體進行源極注入，形成源極區(qū)；

步驟7，對形成所述源極區(qū)的所述IGBT器件主體進行鈍化層淀積與刻蝕，形成柵電極和陰極接觸區(qū)。

其中，所述N型摻雜的多晶硅層為通過原位摻雜形成的N型摻雜的多晶硅層。

其中，所述N型摻雜的多晶硅層的厚度為0.5μm～1μm。

其中，所述P型摻雜的多晶硅層為通過原位摻雜形成的P型摻雜的多晶硅層。

其中，在所述步驟4與所述步驟5之間，還包括：

步驟41，對所述P型摻雜的多晶硅層進行刻蝕，將所述溝槽外的多余的所述P型摻雜的多晶硅層去除。

除此之外，本發(fā)明實施例還提供了一種新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，包括至少一個穿過N型增強層的溝槽，所述溝槽的內(nèi)側(cè)依次沉積設置有N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層上設置有多晶硅氧化層。

其中，所述N型摻雜的多晶硅層的厚度為0.5μm～1μm。

其中，所述N型摻雜的多晶硅層為通過原位摻雜形成的N型摻雜的多晶硅層，和/或所述P型摻雜的多晶硅層為通過原位摻雜形成的P型摻雜的多晶硅層。

本發(fā)明實施例所提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法，包括：

步驟1，在IGBT器件主體進行P-base區(qū)和N型增強區(qū)注入；

步驟2，對所述IGBT器件主體進行溝槽刻蝕之后，沉積柵氧化層；

步驟3，在所述柵氧化層上沉積N型摻雜的多晶硅層；

步驟4，在所述N型摻雜的多晶硅層上沉積P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層將所述溝槽填滿；

步驟5，在所述P型摻雜的多晶硅層上生長多晶硅氧化層；

步驟6，對完成所述多晶硅氧化層生長的所述IGBT器件主體進行源極注入，形成源極區(qū)；

步驟7，對形成所述源極區(qū)的所述IGBT器件主體進行鈍化層淀積與刻蝕，形成柵電極和陰極接觸區(qū)。

本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，包括至少一個穿過N型增強層的溝槽，所述溝槽的內(nèi)側(cè)依次沉積設置有N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層上設置有多晶硅氧化層。

所述新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法，通過在柵極的溝槽內(nèi)設置N型多晶硅層和P型多晶硅層形成內(nèi)嵌多晶硅二極管，利用二極管單向?qū)щ娞匦?，增大從陽極經(jīng)柵極流出電流通道的電阻，由此遏制柵極寄生電容對IGBT開關(guān)速度的影響。另一方面，引入該多晶硅二極管并不影響IGBT的正常開啟與關(guān)斷，同時多晶硅二極管還具備一定的電導調(diào)制效應，能一定程度上降低柵電阻，由此在芯片應用時可提高外部串聯(lián)柵電阻對于IGBT的開關(guān)速度的控制作用。

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，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，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)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的另一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例所提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

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。

請參考圖1～圖2，圖1為本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的另一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種具體實施方式中，所述新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法，包括：

步驟1，在IGBT器件主體進行P-base區(qū)和N型增強區(qū)注入；

步驟2，對所述IGBT器件主體進行溝槽刻蝕之后，沉積柵氧化層；

步驟3，在所述柵氧化層上沉積N型摻雜的多晶硅層；

步驟4，在所述N型摻雜的多晶硅層上沉積P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層將所述溝槽填滿；

步驟5，在所述P型摻雜的多晶硅層上生長多晶硅氧化層；

步驟6，對完成所述多晶硅氧化層生長的所述IGBT器件主體進行源極注入，形成源極區(qū)；

步驟7，對形成所述源極區(qū)的所述IGBT器件主體進行鈍化層淀積與刻蝕，形成柵電極和陰極接觸區(qū)。

通過在柵極的溝槽內(nèi)設置N型多晶硅層和P型多晶硅層形成內(nèi)嵌多晶硅二極管，利用二極管單向?qū)щ娞匦?，增大從陽極經(jīng)柵極流出電流通道的電阻，由此遏制柵極寄生電容對IGBT開關(guān)速度的影響。另一方面，引入該多晶硅二極管并不影響IGBT的正常開啟與關(guān)斷，相反多晶硅二極管具備一定的電導調(diào)制效應，能一定程度上降低柵電阻，由此在芯片應用時可提高外部串聯(lián)柵電阻對于IGBT的開關(guān)速度的控制作用。

在一種具體實施方式中，所述N型摻雜的多晶硅層為通過原位摻雜形成的N型摻雜的多晶硅層。

原位摻雜是在外延生長的過程中直接摻入所需要的雜質(zhì)。由于它是在外延生長過程中完成的，無需別的過程，特別是不要高溫過程。通過原位摻雜形成的N型摻雜的多晶硅層，制作工藝簡單。

所述N型摻雜的多晶硅層的厚度一般為0.5μm～1μm。

在一種具體實施方式中，所述P型摻雜的多晶硅層為通過原位摻雜形成的P型摻雜的多晶硅層。

需要指出的是，本發(fā)明對所述N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層的摻雜濃度和具體的摻雜雜質(zhì)不做具體限定。

在本發(fā)明中，除了可以使用原位摻雜形成N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層，還可以使用其它的方式形成N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層，但是這就需要先進行多晶硅層的生長，然后再進行摻雜，優(yōu)點是可以摻雜到很高的濃度，缺點是工藝步驟多。

而使用原位摻雜的優(yōu)點是不要高溫過程，工藝簡單，工藝步驟少，缺點是比較難達到較高濃度的摻雜。

在本發(fā)明中，如果N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層的摻雜濃度都比較低，使用原位摻雜即可，如果需要摻雜很高的濃度，一般會選擇傳統(tǒng)的如擴散等摻雜方法。

由于在淀積P型摻雜的多晶硅層后，P型摻雜的多晶硅層在頂面為水平面，不利于后期的柵極進入溝道。在溝槽外多余的P型摻雜的多晶硅部分需要被清除，因此在所述步驟4與所述步驟5之間，還包括：

步驟41，對所述P型摻雜的多晶硅層進行刻蝕，將所述溝槽外的多余的所述P型摻雜的多晶硅層去除。

通過將溝槽外的多余的P型摻雜的多晶硅層去除，使得容易在溝槽內(nèi)制作歐姆接觸電極，有利于柵極對溝槽的控制。

由于將所述溝槽外的多余的所述P型摻雜的多晶硅層的形狀與溝槽的底部的形狀相似，需要采用各向均勻的濕法刻蝕。

需要指出的是，本發(fā)明對所述P型摻雜的多晶硅層進行刻蝕的具體刻蝕工藝過程不做具體限定。

本發(fā)明中對在所述P型摻雜的多晶硅層上生長的多晶硅氧化層厚度以及具體的生長工藝流程不做具體限定。

除此之外，本發(fā)明實施例還提供了一種新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，如圖3所示，包括至少一個穿過N型增強層10的溝槽，所述溝槽的內(nèi)側(cè)依次沉積設置有N型摻雜的多晶硅層20、P型摻雜的多晶硅層30，所述P型摻雜的多晶硅層上設置有多晶硅氧化層40。

N型增強層10上方為P-base層50。

在本發(fā)明中，通過設置N增強層，增加對IGBT溝道中的少子的耗盡，降低開啟電壓，提高芯片的開關(guān)速度。

需要指出的是，本發(fā)明對所述N增強層的厚度、摻雜類型以及淀積方式不做具體限定。

在本發(fā)明中，由于柵極夠槽的尺寸較小，一般淀積的N型摻雜的多晶硅層的厚度較小，為保證該N型摻雜的多晶硅層與P型摻雜的多晶硅層所形成的內(nèi)嵌多晶硅二極管的特性，在利用二極管單向?qū)щ娞匦?，增大從陽極經(jīng)柵極流出電流通道的電阻，遏制柵極寄生電容對IGBT開關(guān)速度的影響的能力更強一些，一般將N型摻雜的多晶硅層的摻雜濃度較高一些，所述N型摻雜的多晶硅層20的厚度一般為0.5μm～1μm，通常為0.5μm。

在一種具體實施方式中，所述N型摻雜的多晶硅層20為通過原位摻雜形成的N型摻雜的多晶硅層，和/或所述P型摻雜的多晶硅層30為通過原位摻雜形成的P型摻雜的多晶硅層。

由于原位摻雜是在外延生長的過程中直接摻入所需要的雜質(zhì)。由于它是在外延生長過程中完成的，無需別的過程，特別是不需要高溫過程。通過原位摻雜形成的N型摻雜的多晶硅層、P型摻雜的多晶硅層，制作工藝簡單。

需要指出的是，所述N型摻雜的多晶硅層20、P型摻雜的多晶硅層30還可以通過其他的工藝方式淀積在溝槽中，如果需要摻雜的濃度特別高，本發(fā)明對此不作具體限定。

在本發(fā)明中，在所述P型摻雜的多晶硅層上設置有多晶硅氧化層40之前，一般會將溝槽中多余的P型摻雜的多晶硅刻蝕掉，以方便后續(xù)的柵極電極對溝槽的控制，本發(fā)明對刻蝕掉溝槽中多余的P型摻雜的多晶硅的具體刻蝕工藝不做具體限定。

本發(fā)明中，在完成多晶硅氧化層的生長之后，會進行源極注入，形成源極區(qū)域，本發(fā)明對源極注入的方式、粒子種類以及濃度不做具體限定。

在完成源極區(qū)的制作之后，即可記性正面電極和背面電極的制作，在正面中通過鈍化層電極與刻蝕，形成柵極電極以及陰極接觸區(qū)，本發(fā)明對鈍化層的種類、厚度不做具體限定。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法，通過在柵極的溝槽內(nèi)設置N型多晶硅層和P型多晶硅層形成內(nèi)嵌多晶硅二極管，利用二極管單向?qū)щ娞匦?，增大從陽極經(jīng)柵極流出電流通道的電阻，由此遏制柵極寄生電容對IGBT開關(guān)速度的影響。另一方面，引入該多晶硅二極管并不影響IGBT的正常開啟與關(guān)斷，相反多晶硅二極管具備一定的電導調(diào)制效應，能一定程度上降低柵電阻，由此在芯片應用時可提高外部串聯(lián)柵電阻對于IGBT的開關(guān)速度的控制作用。

以上對本發(fā)明所提供的新型具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。