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

背景技術(shù)：

在IGBT器件中，采用從大規(guī)模集成(LSI)工藝借鑒來的硅干法刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新刻蝕工藝，實(shí)現(xiàn)了在通態(tài)電壓和關(guān)斷時間之間折衷。溝槽柵IGBT是通過增加溝道密度的方法增強(qiáng)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。如果器件的寄生的密勒電容過大的話，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(jìn)而削弱了IGBT的電氣特性和應(yīng)用范圍。

為減小該寄生密勒電容，現(xiàn)有技術(shù)中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。這種方法雖然在一定程度上能降低柵極寄生電容，但是，其缺點(diǎn)是工藝方法較為復(fù)雜，需要采用復(fù)雜的多晶硅刻蝕工藝，同時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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法，降低多晶硅柵電阻，提高外部串聯(lián)柵電阻的開關(guān)控制能力，阻止電流從柵集寄生電容處流出，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(shí)施例提供了一種具有柵極內(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(jìn)行P-base區(qū)和N型增強(qiáng)區(qū)注入；

步驟2，對所述IGBT器件主體進(jìn)行溝槽刻蝕并沉積柵氧化層；

步驟3，對IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行N型摻雜的多晶硅層沉積并填充滿所述溝槽；

步驟4，刻蝕掉所述IGBT器件主體的溝槽外多余的N型摻雜的多晶硅；

步驟5，對所述IGBT器件主體的表面進(jìn)行多晶硅氧化層的沉積；

步驟6，對完成所述多晶硅氧化層沉積的所述IGBT器件主體進(jìn)行源極注入，形成源極區(qū)；

步驟7，對所述IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行P型摻雜，在所述溝槽柵的頂部形成P型摻雜的多晶硅區(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，所述步驟7包括:

對所述IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行硼離子注入，在所述溝槽柵的頂部形成P型摻雜的多晶硅區(qū)。

其中，所述P型摻雜的多晶硅區(qū)的厚度為所述溝槽深度的三分之一到二分之一。

其中，在所述步驟7之后，還包括：

步驟8，在所述IGBT器件主體進(jìn)行鈍化層淀積與刻蝕，形成柵電極及陰極接觸區(qū)。

除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，包括至少一個穿過N型增強(qiáng)層的溝槽，所述溝槽的內(nèi)沉積設(shè)置有位于所述溝槽下部的N型摻雜的多晶硅層和位于所述溝槽上部且與所述N型摻雜的多晶硅層頂面接觸的P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層上設(shè)置有多晶硅氧化層。

其中，所述P型摻雜的多晶硅區(qū)的厚度為所述溝槽深度的三分之一到二分之一。

其中，所述P型摻雜的多晶硅層為摻硼多晶硅層。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的具有柵極內(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(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的具有柵極內(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(jìn)行P-base區(qū)和N型增強(qiáng)區(qū)注入；

步驟2，對所述IGBT器件主體進(jìn)行溝槽刻蝕并沉積柵氧化層；

步驟3，對IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行N型摻雜的多晶硅層沉積并填充滿所述溝槽；

步驟4，刻蝕掉所述IGBT器件主體的溝槽外多余的N型摻雜的多晶硅；

步驟5，對所述IGBT器件主體的表面進(jìn)行多晶硅氧化層的沉積；

步驟6，對完成所述多晶硅氧化層沉積的所述IGBT器件主體進(jìn)行源極注入，形成源極區(qū)；

步驟7，對所述IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行P型摻雜，在所述溝槽柵的頂部形成P型摻雜的多晶硅區(qū)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，包括至少一個穿過N型增強(qiáng)層的溝槽，所述溝槽的內(nèi)沉積設(shè)置有下部的N型摻雜的多晶硅層和位于所述溝槽上部且與所述N型摻雜的多晶硅層頂面接觸的P型摻雜的多晶硅層，所述P型摻雜的多晶硅層上設(shè)置有多晶硅氧化層。

所述具有柵極內(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(shè)置N型多晶硅層，然后去除掉溝槽外多余的N型摻雜的多晶硅、多晶硅氧化層的沉積、源極注入，最后在溝槽內(nèi)進(jìn)行P型摻雜，將溝槽柵的頂部的N型多晶硅層轉(zhuǎn)化為P型摻雜的多晶硅區(qū)與下部的N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(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，能一定程度上降低柵電阻，由此在芯片應(yīng)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(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，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(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(shí)施例提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的另一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；

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

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)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(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖1～圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT的制備方法的另一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖。

在一種具體實(shí)施方式中，所述具有柵極內(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(jìn)行P-base區(qū)和N型增強(qiáng)區(qū)注入；在IGBT器件主體上從上到下形成P-base區(qū)和N型增強(qiáng)區(qū)，本發(fā)明對P-base區(qū)和N型增強(qiáng)區(qū)的摻雜類型、濃度以及厚度不做限定，

步驟2，對所述IGBT器件主體進(jìn)行溝槽刻蝕并沉積柵氧化層，這里的溝槽刻蝕以及沉積柵氧化層，是先制作溝槽，溝槽穿過N型增強(qiáng)層，一般在N型增強(qiáng)層的上部的溝槽部分的寬度是不變的，本發(fā)明對溝槽的加工工藝不做限定，然后在溝槽中沉積柵氧化層，柵氧化層的作用是對溝槽兩側(cè)形成絕緣，柵氧化層可以是氧化硅層，也可以是其它的氧化層，本發(fā)明對其類型、厚度以及沉積工藝不做限定。

步驟3，對IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行N型摻雜的多晶硅層沉積并填充滿所述溝槽，由于本發(fā)明的目的是在溝槽中形成內(nèi)嵌二極管，通過先將N型摻雜的多晶硅層填充滿溝槽，然后再進(jìn)行反向摻雜的方式獲得內(nèi)嵌二極管，此工藝過程較柵氧化層的沉積的工藝難度非常低，可以大幅降低成本，本發(fā)明對N型摻雜的多晶硅層的沉積方式以及摻雜雜質(zhì)類型、濃度不做限定。

步驟4，刻蝕掉所述IGBT器件主體的溝槽外多余的N型摻雜的多晶硅，由于是在整個IGBT器件主體表面進(jìn)行N型摻雜的多晶硅層沉積，會在IGBT器件的溝槽外的其它部分沉積有N型摻雜的多晶硅層，這些N型摻雜的多晶硅是多余的，需要去除才能不影響正常的IGBT芯片的工作，一般使用濕法腐蝕即可去除，本發(fā)明對去除多余的N型摻雜的多晶硅的刻蝕工藝不做具體限定。

步驟5，對所述IGBT器件主體的表面進(jìn)行多晶硅氧化層的沉積；通過多晶硅氧化層的沉積，使得后續(xù)的P型摻雜的雜質(zhì)分布更加均勻，提高內(nèi)嵌二極管的性能。

步驟6，對完成所述多晶硅氧化層沉積的所述IGBT器件主體進(jìn)行源極注入，形成源極區(qū)，本發(fā)明對源極注入的雜質(zhì)類型、濃度和深度以及形成的源極區(qū)的范圍不做限定，在步驟2中柵氧化層的設(shè)置，使得源極區(qū)不會與溝槽中的N型多晶硅之間不會發(fā)生雜質(zhì)之間的相互擴(kuò)散。

步驟7，對所述IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行P型摻雜，在所述溝槽柵的頂部形成P型摻雜的多晶硅區(qū)，通過在溝槽柵的頂部進(jìn)行P摻雜，將溝槽中頂部的N型摻雜的多晶硅變?yōu)镻型摻雜的多晶硅，與溝槽中未進(jìn)行P摻雜的N型摻雜的多晶硅形成內(nèi)嵌二極管。

通過在柵極的溝槽內(nèi)設(shè)置N型多晶硅層，然后去除掉溝槽外多余的N型摻雜的多晶硅、多晶硅氧化層的沉積、源極注入，最后在溝槽內(nèi)進(jìn)行P型摻雜，將溝槽柵的頂部的N型多晶硅層轉(zhuǎn)化為P型摻雜的多晶硅區(qū)與下部的N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(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，能一定程度上降低多晶硅柵電阻，由此在芯片應(yīng)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。

在本發(fā)明中，P型摻雜的多晶硅區(qū)不是直接進(jìn)行淀積的，而是在N型多晶硅層的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)散摻雜的，從溝槽的正面向下擴(kuò)散，與溝槽中的未擴(kuò)散的N型多晶硅層部分形成內(nèi)嵌二極管。

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。在一種具體實(shí)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。

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

在一種具體實(shí)施方式中，所述步驟7包括:

對所述IGBT器件主體的溝槽進(jìn)行硼離子注入，在所述溝槽柵的頂部形成P型摻雜的多晶硅區(qū)。

需要指出的是，本發(fā)明對所述硼離子的注入濃度和深度不做具體限定。

在一種具體實(shí)施方式中，所述P型摻雜的多晶硅區(qū)的厚度為所述溝槽深度的三分之一到二分之一，通過控制P型摻雜的多晶硅區(qū)的厚度控制內(nèi)嵌二極管的pn結(jié)的深度。

本發(fā)明中，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，進(jìn)行離子注入，在溝槽柵的頂部形成P型摻雜的多晶硅區(qū)這樣就完成了內(nèi)嵌二極管的制作，之后即可進(jìn)行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。因此，在所述步驟7之后，還包括：

步驟8，在所述IGBT器件主體進(jìn)行鈍化層淀積與刻蝕，形成柵電極及陰極接觸區(qū)。

本發(fā)明對所述鈍化層及其淀積工藝、刻蝕工藝不做具體限定。

除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種具有柵極內(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(qiáng)層的溝槽，所述溝槽的內(nèi)沉積設(shè)置有位于所述溝槽下部的N型摻雜的多晶硅層20和位于所述溝槽上部且與所述N型摻雜的多晶硅層頂面接觸的P型摻雜的多晶硅層10，所述P型摻雜的多晶硅層10上設(shè)置有多晶硅氧化層。

本發(fā)明中的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，是通過在溝槽中形成內(nèi)嵌二極管，通過先使用N型摻雜的多晶硅填滿溝槽，然后進(jìn)行離子注入摻雜的方式，形成內(nèi)嵌二極管，工藝簡單，對工藝的要求精度較低，工藝成本低。

本發(fā)明中的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT，N型摻雜的多晶硅層20與P型摻雜的多晶硅層10由二者的接觸面分隔開，N型摻雜的多晶硅層20與P型摻雜的多晶硅層10均與溝槽的側(cè)壁接觸，本發(fā)明對N型摻雜的多晶硅層20與P型摻雜的多晶硅層10的設(shè)置方式不做具體限定。

在本發(fā)明中可以是先在溝槽的底部沉積設(shè)置N型摻雜的多晶硅層20，然后在N型摻雜的多晶硅層20上設(shè)置P型摻雜的多晶硅層10，這里的N型摻雜的多晶硅層20與P型摻雜的多晶硅層10的接觸面為平面。另一種設(shè)置方式為，先在溝槽中沉積N型摻雜的多晶硅層20，通過先在N型摻雜的多晶硅層20頂部設(shè)置多晶硅氧化層，再在N型摻雜的多晶硅層20中進(jìn)行P擴(kuò)散，將位于溝槽上部的N型摻雜的多晶硅轉(zhuǎn)換為P型摻雜的多晶硅，這樣使得溝槽中原有的N型摻雜的多晶硅在進(jìn)行P擴(kuò)散后轉(zhuǎn)換為P型摻雜的多晶硅，而未進(jìn)行P擴(kuò)散的部分保持不變，即通過P擴(kuò)散將原有的N型摻雜的多晶硅轉(zhuǎn)化為P型摻雜的多晶硅和N型摻雜的多晶硅，形成pn結(jié)，能夠提高P擴(kuò)散的均勻性，而且制作工藝相對簡單。

通過控制上部的P型摻雜的多晶硅層10的厚度，控制內(nèi)嵌二極管的pn結(jié)的位置，控制對IGBT的開關(guān)速度的影響。所述P型摻雜的多晶硅區(qū)的厚度為所述溝槽深度的三分之一到二分之一。

在一種具體實(shí)施方式中，所述P型摻雜的多晶硅層10為摻硼多晶硅層。

需要指出的是，本發(fā)明對所述N型摻雜的多晶硅層20的摻雜濃度、摻雜粒子、摻雜方式不做具體限定，對P型摻雜的多晶硅層10的摻雜濃度不做具體限定，但是由于P型摻雜的多晶硅層10一般通過離子注入。

而離子注入相對常規(guī)注入有以下的優(yōu)勢：

(1)、多樣性。原則上任何元素都可以作為注入離子；形成的結(jié)構(gòu)可不受熱力學(xué)參數(shù)(擴(kuò)散、溶解度等)限制。

(2)、不改變。不改變工件的原有尺寸和粗糙度等；適合于各類精密零件生產(chǎn)的最后一道工序。

(3)、牢固性。注入離子直接和材料表面原子或分子結(jié)合，形成改性層，改性層和基底材料沒有清晰的界面，結(jié)合牢靠，不存在脫落的現(xiàn)象；

(4)、不受限。注入過程在材料溫度低于零下、高到幾百上千度都可以進(jìn)行。

其中的N型摻雜的多晶硅層20，一般是通過原位置摻雜獲得的。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。

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，即可進(jìn)行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(shí)施例提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法，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(shè)置N型多晶硅層，然后去除掉溝槽外多余的N型摻雜的多晶硅、多晶硅氧化層的沉積、源極注入，最后在溝槽內(nèi)進(jìn)行P型摻雜，將溝槽柵的頂部的N型多晶硅層轉(zhuǎn)化為P型摻雜的多晶硅區(qū)與下部的N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(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，能一定程度上降低多晶硅柵電阻，由此在芯片應(yīng)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)明所提供的具有柵極內(nèi)嵌二極管的溝槽柵IGBT及其制備方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)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(yīng)當(dāng)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(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。