溝槽柵型igbt器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及IGBT器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及一種溝槽柵型IGBT器件及其 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)是近年來最令人矚目而且發(fā)展很快的一種新型電力 電子器件。IGBT器件具有柵極高輸入阻抗、開通和關(guān)斷時(shí)具有較寬的安全工作區(qū)等特性，因 此IGBT器件在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電焊機(jī)、電磁爐，UPS電源等方面有很廣泛的應(yīng)用。
[0003] 隨著IGBT器件的不斷發(fā)展，單位面積內(nèi)的電流密度提升要求也日趨緊迫，因此在 本領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提出了溝槽型IGBT器件。與最初的平面柵IGBT器件相比，溝槽柵 IGBT器件單位面積上的電流密度大幅度提高，器件的面積也相應(yīng)的下降，但由于溝槽密度 增加，目前的溝槽型IGBT器件的輸入電容大幅度增加，導(dǎo)致了不容易驅(qū)動(dòng)的問題。另外，由 于常規(guī)的溝槽型IGBT器件電流比平面柵IGBT器件的電流增加很多，因此導(dǎo)致溝槽型IGBT 器件的魯棒性能也較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽柵型IGBT器件及其制造方法，能夠有 效降低輸入電容，還可以使得IGBT器件的魯棒性能可調(diào)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種溝槽柵型IGBT器件，包括：
[0006] N型摻雜的漂移區(qū)，具有正面以及與該正面相對的背面，所述正面和背面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面；
[0007] P型摻雜的集電區(qū)，與所述漂移區(qū)的背面直接或間接地電接觸；
[0008] P型摻雜的基區(qū)，與所述漂移區(qū)的正面直接或間接地電接觸；
[0009] 第一溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述Z方 向垂直于所述XY平面；
[0010] N型摻雜的發(fā)射區(qū)，位于所述基區(qū)內(nèi)且位于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)；
[0011] 第二溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第 三溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)具有N型摻雜的類發(fā)射區(qū)，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)以及類發(fā)射區(qū) 與所述發(fā)射區(qū)電性連接；
[0012] 第三溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第 三溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述發(fā)射區(qū)電性連接。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY 平面內(nèi)的延伸方向相互平行。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY 平面內(nèi)的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述器件還包括：第四溝槽柵結(jié)構(gòu)，由所述基區(qū)的表面 沿Z方向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第四溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向平行 于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第三溝槽柵 結(jié)構(gòu)位于相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間且與所述相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵連通。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)與緊鄰的第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的 距離記為W1，距離W1可調(diào)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，相鄰的兩個(gè)第二溝槽柵結(jié)構(gòu)之間具有一個(gè)或多個(gè)第三 溝槽柵結(jié)構(gòu)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，緊鄰的兩個(gè)第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離記為W2,所述 第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與緊鄰的第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離記為W3,距離W2與距離W3之間的比 例可調(diào)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述器件還包括：
[0020] 介質(zhì)層，覆蓋所述基區(qū)、發(fā)射區(qū)、第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第三溝槽柵 結(jié)構(gòu)的表面，所述介質(zhì)層中形成有接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、類 發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)；
[0021] 發(fā)射極電極，填充在所述接觸孔內(nèi)，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、類發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)經(jīng)由 所述發(fā)射極電極電性連接。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述漂移區(qū)的背面具有N型摻雜的緩沖區(qū)，所述集電 區(qū)經(jīng)由所述緩沖區(qū)與所述漂移區(qū)的背面電接觸。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述漂移區(qū)的正面具有N型摻雜的JFET摻雜區(qū)，所述 基區(qū)形成在所述JFET摻雜區(qū)內(nèi)并經(jīng)由所述JFET摻雜區(qū)與所述漂移區(qū)的正面電接觸。
[0024] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種溝槽柵型IGBT器件的制造方法，包 括：
[0025] 在半導(dǎo)體襯底的正面上生長N型摻雜的外延層，所述半導(dǎo)體襯底的正面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面，所述外延層作為IGBT器件的漂移區(qū)；
[0026] 在所述外延層內(nèi)形成沿Z方向縱向延伸的第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第 三溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述Z方向垂直于所述XY平面；
[0027] 對所述外延層進(jìn)行離子注入，以在所述外延層內(nèi)形成P型摻雜的基區(qū)；
[0028] 對所述基區(qū)進(jìn)行離子注入，以在所述基區(qū)內(nèi)形成N型摻雜的發(fā)射區(qū)和類發(fā)射區(qū)， 所述發(fā)射區(qū)位于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)，所述類發(fā)射區(qū)位于所述第三溝槽柵結(jié) 構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)；
[0029] 移除所述半導(dǎo)體襯底以暴露出所述外延層的背面；
[0030] 對所述外延層的背面進(jìn)行離子注入，以形成P型摻雜的集電區(qū)；
[0031] 其中，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)以及類發(fā)射區(qū)與所述發(fā)射區(qū)電性連接，所述第三溝槽 柵結(jié)構(gòu)與所述發(fā)射區(qū)電性連接。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY 平面內(nèi)的延伸方向相互平行。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY 平面內(nèi)的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、第三溝 槽柵結(jié)構(gòu)時(shí)，還一并形成第四溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述第四溝槽柵結(jié)構(gòu)由所述基區(qū)的表面沿Z方 向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第四溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向平行于所 述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第三溝槽柵結(jié)構(gòu) 位于相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間且與所述相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵連通。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)與緊鄰的第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的 距離記為W1，距離W1可調(diào)。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，相鄰的兩個(gè)第二溝槽柵結(jié)構(gòu)之間具有一個(gè)或多個(gè)第三 溝槽柵結(jié)構(gòu)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，緊鄰的兩個(gè)第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離記為W2,所述 第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與緊鄰的第三溝槽柵結(jié)構(gòu)之間的距離記為W3, W2與W3之間的比例可調(diào)。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述制造方法還包括：
[0039] 形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層覆蓋所述基區(qū)、發(fā)射區(qū)、第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié) 構(gòu)和第三溝槽柵結(jié)構(gòu)的表面；
[0040] 對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以形成接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述第二溝槽柵 結(jié)構(gòu)、類發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)；
[0041] 在所述接觸孔中填充發(fā)射極電極，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、類發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)經(jīng)由 所述發(fā)射極電極電性連接。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、第三溝 槽柵結(jié)構(gòu)之前，還包括：對所述外延層進(jìn)行離子注入，以在所述外延層中形成N型摻雜的 JFET摻雜區(qū)，所述基區(qū)形成在所述JFET摻雜區(qū)內(nèi)。
[0043] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了另外一種溝槽柵型IGBT器件的制造方 法，包括：
[0044] 在半導(dǎo)體襯底的正面上生長N型摻雜的外延層，所述半導(dǎo)體襯底的正面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面，所述外延層作為IGBT器件的漂移區(qū)；
[0045] 在所述外延層內(nèi)形成沿Z方向縱向延伸的第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第 三溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述Z方向垂直于所述XY平面；
[0046] 對所述外延層進(jìn)行離子注入，以在所述外延層內(nèi)形成P型摻雜的基區(qū)；
[0047] 對所述基區(qū)進(jìn)行離子注入，以在所述基區(qū)內(nèi)形成N型摻雜的發(fā)射區(qū)和類發(fā)射區(qū)， 所述發(fā)射區(qū)位于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)，所述類發(fā)射區(qū)位于所述第三溝槽柵結(jié) 構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)；
[0048] 研磨所述半導(dǎo)體襯底的背面以將所述半導(dǎo)體襯底減薄至預(yù)設(shè)的厚度，保留的半導(dǎo) 體襯底作為所述IGBT器件的緩沖區(qū)；
[0049] 對保留的半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)行離子注入，以形成P型摻雜的集電區(qū)；
[0050] 其中，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)以及類發(fā)射區(qū)與所述發(fā)射區(qū)電性連接，所述第三溝槽 柵結(jié)構(gòu)與所述發(fā)射區(qū)電性連接。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY 平面內(nèi)的延伸方向相互平行。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)與所述第三溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY 平面內(nèi)的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)、第二溝槽柵結(jié)構(gòu)、第三溝 槽柵結(jié)構(gòu)時(shí)，還一并形成第四溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述第四溝槽柵結(jié)構(gòu)由所述基區(qū)的表面沿Z方 向縱向延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)，所述第四溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向平行于所 述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)在所述XY平面內(nèi)的延伸方向，所述第二溝槽柵結(jié)構(gòu)和第三溝槽柵結(jié)構(gòu) 位于相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵結(jié)構(gòu)之間且與所述相鄰的兩個(gè)第四溝槽柵連通。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一溝槽柵結(jié)構(gòu)