CN117712156A - 一种电容可调的sgt igbt结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体器件技术领域，具体说是一种电容可调的SGT IGBT结构及制备方法。它包括半导体衬底，半导体衬底的正面有源区内设置有若干个元胞。元胞中至少有一个深沟槽作为SGT IGBT的栅极，深沟槽两侧有离子注入区与第一接触孔结构。其特点是，元胞的深沟槽下部有第一多晶硅填充区，深沟槽的上部含有三个填充多晶硅的浅沟槽。第一多晶硅填充区用于与IGBT的发射极相连，浅沟槽中的多晶硅用于与IGBT的栅极或发射极相连。采用该结构实现了绝缘栅双极型晶体管输入电容、反馈电容的调节，也实现沟道密度的调节。

Description

一种电容可调的SGT IGBT结构及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体说是一种电容可调的SGT IGBT结构及制备方法。

背景技术

分离栅沟槽(Split-Gate Trench，即SGT)绝缘栅双极型晶体管(Insulator GateBipolar Transistors，即IGBT)相比于传统的IGBT，可以进一步降低晶体管导通电阻，从而减少器件导通损耗，除此之外，还可以通过降低栅沟槽与集电极正对面积大幅度降低反馈电容，减少开关损耗，提高器件波形稳定性。在实际应用中，由于IGBT不断减小的元胞尺寸会提高输入电容，增加开关损耗，然而过低的输入电容也会带来电磁振荡隐患，除此之外，过高的电流密度会降低器件短路安全工作区，过低的电流密度则会使导通损耗与动态损耗折中变差，因此，通过电容调节实现性能的最优折中对于满足不同应用需求来说，具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电容可调的SGT IGBT结构及制备方法，实现了绝缘栅双极型晶体管输入电容、反馈电容的调节，也实现沟道密度的调节。

为解决上述问题，提供以下技术方案：

本发明的电容可调的SGT IGBT结构包括具有第一导电类型的半导体衬底，半导体衬底的正面有源区内设置有若干个元胞。所述元胞中至少有一个深沟槽作为SGT IGBT的栅极，深沟槽两侧有离子注入区与第一接触孔结构。其特点是，所述元胞的深沟槽下部有第一多晶硅填充区，深沟槽的上部含有三个填充多晶硅的浅沟槽，浅沟槽间呈依次并排布置，第一多晶硅填充区与深沟槽侧壁之间、第一多晶硅填充区和浅沟槽内多晶硅之间、浅沟槽内多晶硅与深沟槽侧壁之间、浅沟槽内多晶硅之间均有氧化物隔离。所述第一多晶硅填充区用于与IGBT的发射极相连；所述浅沟槽中的多晶硅用于与IGBT的栅极或发射极相连。

其中，用于连接IGBT发射极的浅沟槽中的多晶硅通过浅沟槽上面的第二接触孔与发射极相连。

相邻两个浅沟槽间的距离均相等。

所述离子注入区包括位于深沟槽以外的第二导电类型的第一注入区和第一导电类型的第二注入区，第一注入区的深度小于所述浅沟槽的深度，第二注入区深度小于第一注入区深度，所述第一接触孔结构深度贯穿第二注入区，且不超过第一注入区，第一接触孔用于与IGBT的发射极相连。

所述浅沟槽中的多晶硅，至少有一个在深沟槽外侧位置的浅沟槽中的多晶硅用于连接IGBT的栅极，另一个在深沟槽外侧位置的浅沟槽中的多晶硅用于连接IGBT栅极或发射极，在深沟槽中间位置的浅沟槽中的多晶硅用于连接IGBT的发射极。

上述电容可调的SGT IGBT的制备方法的特点是，所述IGBT的正面沟槽工艺如下：

第一步，腐蚀出深沟槽；

第二步，在深沟槽的侧壁氧化形成氧化物；

第三步，在深沟槽内填充多晶硅，并且腐蚀去除多余多晶硅，形成第一多晶硅填充区；

第四步，去除第一多晶硅填充区上方的深沟槽侧壁的氧化物；

第五步，重新进行栅极氧化，使第一多晶硅填充区上表面和第一多晶硅填充区上方的深沟槽侧壁氧化形成氧化物；

第六步，向深沟槽中二次填充多晶硅；

第七步，根据浅沟槽的位置设计，通过光刻板遮挡去除多余多晶硅；

第八步，再次氧化形成相邻两个浅沟槽间的氧化物即可完成IGBT的正面沟槽工艺。

采取以上方案，具有以下优点：

由于本发明的电容可调的SGT IGBT结构的将上下型分离栅的上半部分由原来的一整块栅极分为至少三块填充多晶硅的浅沟槽，并通过浅沟槽连接不同电极以及浅沟槽之间尺寸调节，实现绝缘栅双极型晶体管输入电容、反馈电容的调节。而且，还可以通过调节栅孔沟槽与发射极沟槽的比例，调节沟道密度，从而更好的匹配不同应用需求。

附图说明

图1是本发明的电容可调的SGT IGBT结构示意图(实施例一结构下)；

图2是本发明的电容可调的SGT IGBT结构在实施二结构下的示意图。

具体实施方式

所述的“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于N型SGT IGBT器件，第一导电类型指N型，第二导电类型为P型；对于P型SGT IGBT器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与N型半导体器件正好相反。以下均以N型SGT IGBT器件为实施例结合附图1和图2对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，本实施例的电容可调的SGT IGBT结构包括N型的半导体衬底1，半导体衬底1的正面有源区内设置有若干个元胞。元胞中至少有一个深沟槽101作为SGT IGBT的栅极，深沟槽101两侧有离子注入区与第一接触孔结构113。深沟槽101的下部有第一多晶硅填充区102，深沟槽101的上部含有三个填充多晶硅的浅沟槽，浅沟槽中的多晶硅用于与IGBT的栅极或发射极相连。本实施例中，三个浅沟槽分别为浅沟槽103、浅沟槽104和浅沟槽105。

如图1所示，浅沟槽103、浅沟槽104和浅沟槽105间呈依次并排布置，第一多晶硅填充区102与深沟槽101侧壁之间、第一多晶硅填充区102和浅沟槽内多晶硅之间、浅沟槽内多晶硅与深沟槽101侧壁之间、浅沟槽内多晶硅之间均有氧化物隔离106，从而将第一多晶硅填充区102内的多晶硅、三个浅沟槽内多晶硅隔离，本实施例中，氧化物为二氧化硅。第一多晶硅填充区102用于与IGBT的发射极相连，通过减小控制栅与集电极的正对面积降低器件反馈电容。浅沟槽中，至少有一个用于连接IGBT的栅极，至少有一个用于连接IGBT的发射极，剩下的浅沟槽用于连接IGBT的栅极或发射极，即可以有两个浅沟槽连接发射极，也可以有两个浅沟槽连接栅极，通过调节栅控沟槽与发射极沟槽的比例调节沟道密度、输入电容以及反馈电容。

如图1所示，本实施例中，浅沟槽103和浅沟槽105位于深沟槽101两侧的位置，浅沟槽104位于深沟槽101的中间位置。浅沟槽103连接IGBT的栅极，浅沟槽104和浅沟槽105通过第二接触孔109连接IGBT的发射极。

如图1所示，相邻两个浅沟槽间的距离均相等，相邻两个浅沟槽间的距离为T1，可通过对浅沟槽间氧化层厚度T1的进一步调整达到理想的输入电容。

如图1所示，离子注入区包括位于深沟槽101外侧的第二导电类型的第一注入区，本实施例中，第二导电类型为P型，第二导电类型的第一注入区为P注入区，即为P阱107。P阱107上有第一导电类型的第二注入区，本实施例中，第一导电类型为N型，第一导电类型的第二注入区为N+注入区，即为N阱109。N阱109深度小于P阱107深度。P阱107和N阱109均与深沟槽101的侧壁接触。为了确保栅极控制晶体管的开启，P阱107深度小于浅沟槽的深度，第一接触孔113深度贯穿N阱109，且不超过P阱107。

如图1所示，半导体衬底的正面积淀有氧化层112，第一接触孔113和第二接触孔109均贯穿氧化层112。半导体衬底的背面P注入有P+型的集电极110，P+型的集电极110上部N注入有N型的缓冲层111。

实施例二

如图2所示，本实施例的电容可调的SGT IGBT结构与实施例相比，除了三个浅沟槽结构不同外，其它结构均与实施例一相同。本实施例的电容可调的SGT IGBT结构的三个浅沟槽分别浅沟槽203、浅沟槽204和浅沟槽205，浅沟槽203和浅沟槽205连接栅极，浅沟槽204通过第二接触孔209连接至发射极。浅沟槽204位于为浅沟槽203和浅沟槽205间。

上述两个实施例的SGT IGBT结构的正面沟槽工艺如下：

第一步，腐蚀出深沟槽。

第二步，在深沟槽的侧壁氧化出氧化物。

第三步，在深沟槽内填充多晶硅，并且腐蚀去除多余多晶硅，形成第一多晶硅填充区。

第四步，去除第一多晶硅填充区上方的深沟槽侧壁的氧化物。

第五步，重新进行栅极氧化，使第一多晶硅填充区上表面和第一多晶硅填充区上方的深沟槽侧壁氧化出氧化物。

第六步，向深沟槽中二次填充多晶硅。

第七步，根据浅沟槽的位置，通过光刻板遮挡去除多余多晶硅。

第八步，再次氧化形成相邻两个浅沟槽间的氧化物即可完成IGBT的正面沟槽工艺。

上述两个实施例的SGT IGBT结构其他工艺步骤与传统绝缘栅双极型晶体管一致，属于现有技术，这里不再赘述。

本发明的SGT IGBT结构，将上下型分离栅的上半部分由原来的一整块栅极分为三块多晶硅区域，并通过多晶硅区域连接不同电极以及多晶硅之间尺寸调节，实现绝缘栅双极型晶体管输入电容、反馈电容的调节，并且可以通过调节栅孔沟槽与发射极沟槽的比例，调节沟道密度，更好的匹配不同应用需求。

Claims (6)

1.一种电容可调的SGTIGBT结构，包括具有第一导电类型的半导体衬底，半导体衬底的正面有源区内设置有若干个元胞；所述元胞中至少有一个深沟槽作为SGTIGBT的栅极，深沟槽两侧有离子注入区与第一接触孔结构；其特征在于，所述元胞的深沟槽下部有第一多晶硅填充区，深沟槽的上部含有三个填充多晶硅的浅沟槽，浅沟槽间呈依次并排布置，第一多晶硅填充区与深沟槽侧壁之间、第一多晶硅填充区和浅沟槽内多晶硅之间、浅沟槽内多晶硅与深沟槽侧壁之间、浅沟槽内多晶硅之间均有氧化物隔离；所述第一多晶硅填充区用于与IGBT的发射极相连；所述浅沟槽中的多晶硅用于与IGBT的栅极或发射极相连。

2.如权利要求1所述的电容可调的SGTIGBT结构，其特征在于，用于连接IGBT发射极的浅沟槽中的多晶硅通过浅沟槽上面的第二接触孔与发射极相连。

3.如权利要求1所述的电容可调的SGTIGBT结构，其特征在于，相邻两个浅沟槽间的距离均相等。

4.如权利要求1所述的电容可调的SGTIGBT结构，其特征在于，所述离子注入区包括位于深沟槽以外的第二导电类型的第一注入区和第一导电类型的第二注入区，第一注入区的深度小于所述浅沟槽的深度，第二注入区深度小于第一注入区深度，所述第一接触孔结构深度贯穿第二注入区，且不超过第一注入区，第一接触孔用于与IGBT的发射极相连。

5.如权利要求1所述的电容可调的SGTIGBT结构，其特征在于，所述浅沟槽中的多晶硅，至少有一个在深沟槽外侧位置的浅沟槽中的多晶硅用于连接IGBT的栅极，另一个在深沟槽外侧位置的浅沟槽中的多晶硅用于连接IGBT栅极或发射极，在深沟槽中间位置的浅沟槽中的多晶硅用于连接IGBT的发射极。

6.如权利要求1所述的电容可调的SGTIGBT的制备方法，其特征在于，所述IGBT的正面沟槽工艺如下：

第一步，腐蚀出深沟槽；

第二步，在深沟槽的侧壁氧化形成氧化物；

第三步，在深沟槽内填充多晶硅，并且腐蚀去除多余多晶硅，形成第一多晶硅填充区；

第四步，去除第一多晶硅填充区上方的深沟槽侧壁的氧化物；

第五步，重新进行栅极氧化，使第一多晶硅填充区上表面和第一多晶硅填充区上方的深沟槽侧壁氧化形成氧化物；

第六步，向深沟槽中二次填充多晶硅；

第七步，根据浅沟槽的位置设计，通过光刻板遮挡去除多余多晶硅；

第八步，再次氧化形成相邻两个浅沟槽间的氧化物即可完成IGBT的正面沟槽工艺。