一種溝道型絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溝道型絕緣柵雙極型晶體管（Trench?IGBT）和制作該Trench?IGBT的方法，該Trench?IGBT中采用了肖特基接觸結(jié)構(gòu)，降低了自身的導(dǎo)通壓降。本發(fā)明提供的Trench?IGBT為：Trench?IGBT包括柵氧化層、Pbody耐壓區(qū)、N型低摻雜襯底基區(qū)、金屬化陰極和肖特基接觸層；所述肖特基接觸層位于柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間，并且與N型低摻雜襯底基區(qū)和金屬化陰極接觸。制作該Trench?IGBT的方法包括：在N型低摻雜襯底基區(qū)上形成Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層后，在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的N型低摻雜襯底基區(qū)上形成肖特基接觸層；在肖特基接觸層上形成金屬化陰極。
【專利說明】一種溝道型絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種溝道型絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Trench IGBT (Trench Insulated Gate Bipolar Transistor,溝道型絕緣柵雙極型晶體管)的出現(xiàn)，與普通IGBT相比可靠性增強(qiáng)，減小寄生晶閘管效應(yīng)。積累層控制的溝道型IGBT具有相比于常規(guī)IGBT具有更大的優(yōu)勢(shì)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包括金屬化陽極IUP型重?fù)诫s區(qū)陽極12、N型輕摻雜襯底基區(qū)13、柵氧化層14、柵電極15、金屬化陰極16、N型重?fù)诫s區(qū)17、Pbody耐壓區(qū)18。
[0003]現(xiàn)有Trench IGBT通過正面P型重?fù)诫s與N型輕摻雜結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)形成的電子勢(shì)壘來控制器件的阻斷，通過外加?xùn)艍盒纬煞e累層溝道來控制器件的正常工作，極大地減小了傳統(tǒng)絕緣柵雙極型晶體管結(jié)構(gòu)中的寄生晶閘管效應(yīng)，器件的安全工作區(qū)、可靠性和高溫工作特性都得到大幅度的提升，與普通的IGBT相比可獲得更低的導(dǎo)通壓降，更大的飽和電流密度。同時(shí)，由于積累層的作用，使得發(fā)射極電子的注入效率大大增強(qiáng)，優(yōu)化了 N型輕摻雜基區(qū)中的載流子濃度分布，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗之間更好的折衷。
[0004]雖然積累層溝道的存在降低了積累層溝道型IGBT的導(dǎo)通壓降，但無法使積累層溝道型IGBT的導(dǎo)通壓降降的更低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種溝道型絕緣柵雙極型晶體管及其制造方法，該溝道型絕緣柵雙極型晶體管相對(duì)于現(xiàn)有的溝道型絕緣柵雙極型晶體管，導(dǎo)通壓降有所降低。
[0006]本發(fā)明提供的一種道型絕緣柵雙極型晶體管Trench IGBT，所述Trench IGBT包括柵氧化層、Pbody耐壓區(qū)、N型低摻雜襯底基區(qū)、金屬化陰極和肖特基接觸層；
[0007]所述肖特基接觸層與柵氧化層、Pbody耐壓區(qū)、N型低摻雜襯底基區(qū)和金屬化陰極接觸。
[0008]所述Pbody耐壓區(qū)和金屬化陰極之間不包括N型重?fù)诫s區(qū)。
[0009]所述柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)不接觸，柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的溝道區(qū)填有N型低摻雜襯底基區(qū)。
[0010]所述肖特基接觸層位于所述溝道區(qū)中。
[0011]本發(fā)明還提供了制造上述溝道型絕緣柵雙極型晶體管Trench IGBT的方法，該方法包括:
[0012]在N型低摻雜襯底基區(qū)上形成Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層后，在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的N型低摻雜襯底基區(qū)上形成肖特基接觸層，所述肖特基接觸層與柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)接觸；
[0013]在肖特基接觸層上形成金屬化陰極。[0014]所述方法還包括:
[0015]在肖特基接觸層上形成金屬化陰極的同時(shí)在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)形成金屬化陰極。
[0016]所述在N型低摻雜襯底基區(qū)上形成Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層包括:
[0017]在N型低摻雜襯底基區(qū)上挖取槽型結(jié)構(gòu)；
[0018]將Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層分別形成于N型低摻雜襯底基區(qū)上的至少兩個(gè)不連通的槽中。
[0019]所述形成肖特基接觸層的方法為在Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層之間的N型低摻雜襯底上形成肖特基孔。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例提供的Trench IGBT，有肖特基接觸層，所述肖特基接觸層與柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)接觸，且與N型低摻雜區(qū)和金屬化陰極接觸。肖特基勢(shì)壘的引入，大幅度的降低了器件導(dǎo)通壓降，并且由于肖特基接觸層取代了之前與N型低摻雜區(qū)和金屬化陰極接觸的N型重?fù)诫s區(qū)，給Trench IGBT提供電壓時(shí)，降低了該區(qū)域的電子濃度，使得器件的飽和電流密度有所降低，短路安全工作區(qū)的性能得到顯著提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有Trench IGBT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明Trench IGBT實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明制作Trench IGBT的方法實(shí)施例流程圖；
[0024]圖4為本發(fā)明制作Trench IGBT形成溝道的實(shí)施例流程圖；
[0025]圖5為本發(fā)明制作Trench IGBT的具體方法實(shí)施例流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明提供的Trench IGBT與現(xiàn)有Trench IGBT相比，導(dǎo)通壓降有了較大幅度的降低。
[0027]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的Trench IGBT結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖2所示，本實(shí)施例中的Trench IGBT包括:金屬化陽極21、P型重?fù)诫s區(qū)22、N型低摻雜襯底基區(qū)23、柵氧化層24、柵電極25、金屬化陰極26、陰極金屬肖特基接觸層27以及Pbody耐壓區(qū)28。
[0028]其中，P型重?fù)诫s區(qū)22與金屬化陽極21接觸，N型低摻雜襯底基區(qū)23與P型重?fù)诫s區(qū)22接觸，柵氧化層24與N型低摻雜襯底基區(qū)23接觸，柵電極25與柵氧化層24接觸，Pbody耐壓區(qū)28與N型低摻雜襯底基區(qū)23接觸，肖特基接觸層27與柵氧化層24和Pbody耐壓區(qū)28接觸，與N型低摻雜襯底基區(qū)23和金屬化陰極26也接觸。
[0029]柵氧化層24的材質(zhì)可以為二氧化硅，柵電極25的材質(zhì)為多晶硅。N型低摻雜襯底基區(qū)23和P型重?fù)诫s區(qū)22以及Pbody耐壓區(qū)28的材質(zhì)應(yīng)為半導(dǎo)體，可以為硅，也可以用碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺化硅等半導(dǎo)體代替。
[0030]如圖2所示的Trench IGBT,從下往上依次為金屬化陽極21、P型重?fù)诫s區(qū)22、N型低摻雜襯底基區(qū)23。在N型低摻雜襯底基區(qū)23上方還有柵氧化層24和Pbody耐壓區(qū)28，而柵氧化層24包裹柵電極25。柵氧化層24和Pbody耐壓區(qū)28之間呈溝道狀，溝道中填有N型低摻雜襯底。[0031]本實(shí)施例中的金屬化陽極21、P型重?fù)诫s區(qū)22和N型低摻雜襯底基區(qū)23之間采用平面接觸，而Pbody耐壓區(qū)28和柵氧化層24之間形成溝道。
[0032]當(dāng)本實(shí)施例中的Trench IGBT工作時(shí)，與金屬化陰極和N型低摻雜襯底基區(qū)之間是N型重?fù)诫s區(qū)的其他Trench IGBT中相比，原位于金屬化陰極26和N型低摻雜襯底基區(qū)23之間的N型重?fù)诫s區(qū)被肖特基接觸所代替。
[0033]金屬化陰極和N型低摻雜襯底基區(qū)之間是N型重?fù)诫s區(qū)的其他Trench IGBT工作時(shí)的導(dǎo)通壓降由幾個(gè)部分組成，其中有兩個(gè)部分是最重要的，一是N型低摻雜襯底基區(qū)的壓降部分，二是溝道的壓降部分。本實(shí)施例中的Trench IGBT，用肖特基接觸取代了 N型重?fù)诫s區(qū)，也就是這個(gè)從下到上的類似二極管的結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通壓降，只是PN結(jié)的導(dǎo)通壓降變成了肖特基導(dǎo)通壓降，而肖特基接觸導(dǎo)通壓降比普通PN結(jié)導(dǎo)通壓降低至少0.2伏以上，故導(dǎo)通壓降整體下降，N型低摻雜襯底區(qū)域的壓降部分二者是相同的，所以總體下降。并且，由于Pbody耐壓區(qū)未和溝道接觸，低耐壓工作時(shí)溝道濃度比Pbody和溝道接觸時(shí)的濃度要高，因此降低了溝道的壓降。綜上所述，本實(shí)施例中的Trench IGBT的導(dǎo)通壓降比其他的TrenchIGBT的導(dǎo)通壓降有所降低，適合需要更低導(dǎo)通壓降的情形。
[0034]并且，本實(shí)施例中的Trench IGBT由于使用了肖特基接觸使得自身的導(dǎo)通壓降有所降低，因此在金屬化陰極和N型低摻雜襯底基區(qū)之間是N型重?fù)诫s區(qū)的其他Trench IGBT中，原本采用的降低柵氧化層厚度以降低Trench IGBT導(dǎo)通壓降的手段可以被取代。所以，本實(shí)施例中使用了肖特基接觸的Trench IGBT的柵氧化層的厚度可以增加。而由于本實(shí)施例中的柵氧化層的厚度有所增加，使得在柵電壓開啟后，柵氧化層正下方的半導(dǎo)體表面的電子積累更多，提高了 Trench IGBT中的電流密度。而本實(shí)施例中的Pbody區(qū)實(shí)際為P型重?fù)诫s區(qū)，該區(qū)可使得Trench IGBT中Pbody區(qū)和柵氧化層之間的區(qū)域在很小的反向電壓下就可關(guān)斷。
[0035]為了使得Trench IGBT的可靠性更高,本實(shí)施例中Trench IGBT的Pbody耐壓區(qū)和金屬化陰極之間不包括N型重?fù)诫s區(qū)。去掉了 Pbody耐壓區(qū)和金屬化陰極之間的N型重?fù)诫s區(qū)后，可加強(qiáng)Pbody區(qū)對(duì)反向電壓的承受能力，因?yàn)樵璓body區(qū)需要自身的部分損耗以平衡N型重?fù)诫s區(qū)中的電子,而取消了 N型重?fù)诫s區(qū)后,Pbody區(qū)可完全用于承受反向電壓，因此對(duì)方向電壓的承受能力更大。并且N型重?fù)诫s區(qū)的去除，還消除了有N型重?fù)诫s區(qū)的Trench IGBT的寄生晶閘管效應(yīng)，以使得本實(shí)施例中的Trench IGBT更可靠。
[0036]較優(yōu)地，柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)不接觸，柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的溝道區(qū)填有N型低摻雜襯底基區(qū)。由于柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間有溝道，Pbody區(qū)的耗盡層會(huì)向四周擴(kuò)展，并且此耗盡層和柵氧化層會(huì)連接形成內(nèi)建電勢(shì)場(chǎng)，在Trench IGBT未工作時(shí)，這個(gè)電勢(shì)場(chǎng)會(huì)夾斷溝道，防止陰極和陽極出現(xiàn)短路，并且當(dāng)連接反向電壓時(shí)，反向電壓的增大會(huì)使得耗盡層向金屬化陽極擴(kuò)展，以使得本實(shí)施例中的Trench IGBT能夠承受很大的反向電壓而不被擊穿，這樣的Trench IGBT也使得泄露電流非常小，反向的恢復(fù)時(shí)間也可短至幾十納秒。
[0037]當(dāng)給金屬化陽極施加相對(duì)于金屬化陰極的正向電壓時(shí)，大量電子會(huì)在柵氧化層的表面聚集形成載流子，這樣原本被夾斷的溝道導(dǎo)通，原本的Pbody耐壓區(qū)中P型重?fù)诫s形成的耗盡層變?yōu)榱?N型區(qū)域，這樣整個(gè)Trench IGBT便導(dǎo)通了。
[0038]本實(shí)施例提供的Trench IGBT由于結(jié)合了肖特基勢(shì)壘結(jié)構(gòu)和溝道結(jié)構(gòu)，大幅度地降低了導(dǎo)通壓降，降低了導(dǎo)通損耗，同時(shí)也優(yōu)化了器件的可靠性。
[0039]本發(fā)明還提供了上述實(shí)施例中的Trench IGBT的制造方法，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明的Trench IGBT制作方法實(shí)施例包括:
[0041]步驟S301，在N型低摻雜襯底基區(qū)上形成Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層。
[0042]步驟S302，在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的N型低摻雜襯底基區(qū)上形成肖特基接觸層。肖特基接觸層與柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)接觸。
[0043]步驟S303，在肖特基接觸層上形成金屬化陰極。
[0044]步驟S302中在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的N型低摻雜襯底基區(qū)上形成肖特基接觸層，再在形成的肖特基接觸層上形成金屬化陰極，則肖特基接觸層會(huì)與柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)接觸，與N型低摻雜襯底基區(qū)和金屬化陰極接觸。
[0045]在形成柵氧化層還可在柵氧化層上形成N型重?fù)诫s區(qū)，這樣在形成金屬化陰極后，金屬化陰極與金屬化陰極之間則有一層N型重?fù)诫s區(qū)。但是，沒有N型重?fù)诫s區(qū)其實(shí)為Trench IGBT的一種較優(yōu)實(shí)施方式，即在肖特基接觸層上形成金屬化陰極的同時(shí)在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)形成金屬化陰極。所以對(duì)于方法實(shí)施例來說，沒有形成N型重?fù)诫s區(qū)的步驟的方法其實(shí)為一種較優(yōu)地方法實(shí)施例，這樣Trench IGBT的制作步驟也有所簡(jiǎn)化。其實(shí)，肖特基接觸層、Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層上的金屬化陰極可以是同時(shí)形成，也可分別形成連接的三部分金屬化陰極。
[0046]使Trench IGBT中的Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層之間形成溝道的步驟如圖4所示:
[0047]步驟S401，在N型低摻雜襯底基區(qū)上挖取槽型結(jié)構(gòu)。
[0048]步驟S402，將Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層分別形成于N型低摻雜襯底基去上的至少兩個(gè)不連通的槽中。
[0049]Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層分別注入在N型低摻雜區(qū)上挖取的不同的槽中后，Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層就形成了溝道。當(dāng)溝道形成后，在Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層之間的N型輕摻雜襯底基區(qū)上形成肖特基孔以形成肖特基接觸層。
[0050]由于本發(fā)明實(shí)施例提供的Trench IGBT是具有肖特基接觸層的，所以在形成了Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層后，需要形成肖特基接觸層，然后再形成金屬化陰極。
[0051]下面結(jié)合圖5對(duì)本發(fā)明提供的方法實(shí)施例做具體說明。如圖5所示，該方法包括:
[0052]步驟S501，選取N型晶體硅作為襯底基區(qū)。
[0053]步驟S502，在襯底基區(qū)上挖取槽。
[0054]步驟S503，在槽中形成柵氧化層。本步驟可利用干氧方法是柵氧化層生長(zhǎng)。
[0055]步驟S504,在槽中形成Pbody區(qū)。形成Pbody區(qū)實(shí)際是形成P型重?fù)诫s結(jié)構(gòu)。Pbody區(qū)和柵氧化層分別形成于不同的槽中，不接觸，這樣Pbody區(qū)和柵氧化層之間才能形成溝道。
[0056]步驟S505，在形成的柵氧化層上形成柵電極。形成柵電極的方法為諸如柵多晶硅。為了使柵氧化層包裹柵電極，可在注入柵多晶硅后繼續(xù)淀積柵氧化層。
[0057]步驟S505必須在步驟S503之后，但步驟S504在步驟S503之前或者在步驟S505之后都可。
[0058]步驟S506,對(duì)Pbody區(qū)、N型輕摻雜區(qū)和柵氧化層的表面磨平,形成鈍化層。[0059]步驟S507，在鈍化層上將需要刻蝕肖特基接觸層的部分曝光后，形成肖特基接觸層。如果需要使得Trench IGBT的Pbody區(qū)與金屬化陰極之間還有N型重?fù)诫s區(qū)，則需要在步驟S507后，再形成N型重?fù)诫s區(qū)。
[0060]步驟S508，在Pbody區(qū)、肖特基接觸層、柵氧化層和N型重?fù)诫s區(qū)(如果含有Pbody區(qū)與金屬化陰極之間的N型重?fù)诫s區(qū))上形成金屬化陰極層。
[0061]步驟S509，在N型低摻雜區(qū)未挖槽的部分表面形成P型重?fù)诫s區(qū)。
[0062]步驟S510，在步驟S509中形成的P型重?fù)诫s區(qū)上再形成金屬化陽極。
[0063]在上述制作的過程中，可對(duì)一些步驟中的方法進(jìn)行變通。
[0064]上述的Trench IGBT的制作方法與普通的Trench IGBT制作方法的不同在于,在形成金屬化陰極前，會(huì)在原N型輕摻雜區(qū)與金屬化陰極之間的N型重?fù)诫s區(qū)的位置上形成肖特基接觸層，以使得這樣制作出的Trench IGBT的導(dǎo)通壓降更低。并且，如果不再形成金屬化陰極和Pbody耐壓區(qū)之間的N型重?fù)诫s區(qū)的話,還會(huì)更簡(jiǎn)化本Trench IGBT的制作流程。
[0065]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝道型絕緣柵雙極型晶體管Trench IGBT，其特征在于，所述Trench IGBT包括柵氧化層、Pbody耐壓區(qū)、N型低摻雜襯底基區(qū)、金屬化陰極和肖特基接觸層； 所述肖特基接觸層與柵氧化層、Pbody耐壓區(qū)、N型低摻雜襯底基區(qū)和金屬化陰極接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TrenchIGBT,其特征在于,所述Pbody耐壓區(qū)和金屬化陰極之間不包括N型重?fù)诫s區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TrenchIGBT,其特征在于，所述柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)不接觸，柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的溝道區(qū)填有N型低摻雜襯底基區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的TrenchIGBT，其特征在于，所述肖特基接觸層位于所述溝道區(qū)中。
5.一種制造溝道型絕緣柵雙極型晶體管Trench IGBT的方法，其特征在于，該方法包括: 在N型低摻雜襯底基區(qū)上形成Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層后，在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)之間的N型低摻雜襯底基區(qū)上形成肖特基接觸層，所述肖特基接觸層與柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)接觸； 在肖特基接觸層上形成金屬化陰極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在肖特基接觸層上形成金屬化陰極的同時(shí)在柵氧化層和Pbody耐壓區(qū)上形成金屬化陰極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述在N型低摻雜襯底基區(qū)上形成Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層包括: 在N型低摻雜襯底基區(qū)上挖取槽型結(jié)構(gòu)； 將Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層分別形成于N型低摻雜襯底基區(qū)上的至少兩個(gè)不連通的槽中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成肖特基接觸層的方法為在Pbody耐壓區(qū)和柵氧化層之間的N型低摻雜襯底上形成肖特基孔。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK103489903SQ201210191750
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】方偉 申請(qǐng)人:北大方正集團(tuán)有限公司, 深圳方正微電子有限公司