一种沟槽栅IGBT结构的制作方法

一种沟槽栅igbt结构
技术领域
1.本实用新型涉及igbt结构领域，尤其是一种降低失效率的沟槽栅igbt结构。


背景技术：

2.绝缘栅双极型晶体管(igbt)作为一种被广泛使用的功率器件。绝缘栅双极晶体管(igbt)是在场效应晶体管(mosfet)的结构上发展来的。igbt可以看成由bjt与mos部分串联而成，所以它包含了bjt与mosfet两者的结构优点。相较于mosfet，其导通期间内部存在电导调制效应，igbt的饱和电压因此显著降低。
3.igbt经过多年发展，工艺和结构都有了一定升级。从原本的平面栅极改进成的沟槽栅极，其消除了jfet效应，并减小了导通电阻。同时发明出了pt-igbt、npt-igbt、fs-igbt等结构，进一步优化了器件性能和结构。
4.然而，igbt在应用过程中仍会出现很多失效问题。在研究过电压失效的过程中，发现器件的栅极拐角处碰撞电离率较大，容易被击穿，导致过电压失效。而器件的栅氧层较薄容易破裂，导致漏电流失效。因此，需要一种新型igbt结构，降低器件在实际应用中的失效率，保证器件的正常使用。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有的技术缺陷，提供一种可以降低漏电流失效、过电压失效率的沟槽栅igbt结构。
6.为实现上述实用新型目的，本实用新型技术方案如下：
7.一种沟槽栅igbt结构，元胞结构主要包括集电极、集电极上方的场截止层3、场截止层3上方的n型漂移区4，所述n型漂移区4内部设有纵向沟槽6，所述纵向沟槽6底部置于p浮层5中，所述纵向沟槽6内壁上及底壁上设有栅极氧化层8，栅极氧化层8内部为栅极多晶硅层7，在沟槽两侧设有p基区9，所述p基区9上方设置n
+
发射极区11和p
+
型短路区10，所述n
+
发射极区11位于p基区9上方靠近纵向沟槽6的位置，所述p
+
型短路区10位于p基区9上方远离纵向沟槽6的位置，所述纵向沟槽6顶部设有氧化层12和发射极金属13，所述氧化层12中设置金属层形成发射极和栅极。
8.作为优选方式，所述集电极包括集电极金属1和p
+
集电极2，所述p
+
集电极2位于场截止层3与集电极金属1之间。
9.作为优选方式，所述纵向沟槽6有弧度。
10.作为优选方式，所述纵向沟槽6内壁的栅极氧化层8为二氧化铪hfo2氧化层。
11.本实用新型的有益效果为：在保证器件电学参数的同时，一定弧度的纵向沟槽栅极以及p浮层结构都可以降低栅极周围的碰撞电离率，降低器件发生过电压失效的可能。本实用新型使用高k介质材料hfo2作为器件的栅极氧化层材料，可以明显优化器件的电学参数，降低栅极周围的漏电流密度，防止器件发生漏电流失效。
附图说明
12.图1为本实用新型实施例中一种沟槽栅igbt结构示意图。
13.图2为常规沟槽栅fs型igbt示意图。
14.1、集电极金属；2、p
+
集电极；3、场截止层；4、n型漂移区；5、p浮层；6、纵向沟槽；7、栅极多晶硅层；8、栅极氧化层；9、p基区；10、p
+
型短路区；11、n
+
发射极区；12、氧化层；13、发射极金属；14、sio2材料栅极氧化层。
具体实施方式
15.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
16.为了降低当前igbt在实际应用中的失效几率，本实用新型提供了一种新型的沟槽栅igbt结构。如图1所示，
17.一种沟槽栅igbt结构，元胞结构主要包括集电极、集电极上方的场截止层3、场截止层3上方的n型漂移区4，所述n型漂移区4内部设有纵向沟槽6，所述纵向沟槽6底部置于p浮层5中，所述纵向沟槽6内壁上及底壁上设有栅极氧化层8，栅极氧化层8内部为栅极多晶硅层7，在沟槽两侧设有p基区9，所述p基区9上方设置n
+
发射极区11和p
+
型短路区10，所述n
+
发射极区11位于p基区9上方靠近纵向沟槽6的位置，所述p
+
型短路区10位于p基区9上方远离纵向沟槽6的位置，所述纵向沟槽6顶部设有氧化层12和发射极金属13，所述氧化层12中设置金属层形成发射极和栅极。
18.所述集电极包括集电极金属1和p
+
集电极2，所述p
+
集电极2位于场截止层3与集电极金属1之间。
19.所述纵向沟槽6有一定弧度。
20.所述纵向沟槽6内壁的栅极氧化层8为二氧化铪hfo2氧化层。
21.如图1和图2所示，该实用新型相比普通的沟槽栅igbt，采用了在纵向沟槽6底部形成p浮层5的方法。
22.相比较普通的沟槽栅igbt，增加p浮层结构可以降低沟槽附近的电场分布，减少沟槽底部被击穿的可能。
23.该实用新型相比较普通的沟槽栅igbt，采用了用高k介质材料hfo2作为栅极氧化层8材料，降低器件失效风险。
24.具体原理如下所述，栅电容表达式为，
[0025][0026]
(1)式中c为栅电容，a为面积电容，ε
ox
是栅氧层介电常数，ε0为真空介电常数，t
ox
为栅氧化层厚度。
[0027]
根据式(1)，当减小器件尺寸时，栅电容面积则会减小。为了维持栅电容保持不变，则会减小器件的栅氧层厚度。而随着器件的栅氧层厚度的减小，器件的漏电流失效问题就会变得愈发严重。而通过使用介电常数较高的材料hfo2作为栅氧层材料可以在保证一定栅
氧厚度的同时对器件的栅电容进行调节。
[0028]
本实施例的降低失效率的igbt结构制造关键过程如下；
[0029]
1.在n型漂移区4的背面通过外延的方法形成场截止层3。
[0030]
2.正面工艺结束后，通过在场截止层3背面离子注入的方式形成p
+
集电极2。
[0031]
3.沟槽刻蚀之后，在纵向沟槽6底部通过不同角度离子注入的方式形成p浮层5。
[0032]
4.纵向沟槽6上的栅极氧化层8可以采用磁控溅射的方法进行制备。
[0033]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。


技术特征：
1.一种沟槽栅igbt结构，其特征在于：元胞结构主要包括集电极、集电极上方的场截止层(3)、场截止层(3)上方的n型漂移区(4)，所述n型漂移区(4)内部设有纵向沟槽(6)，所述纵向沟槽(6)底部置于p浮层(5)中，所述纵向沟槽(6)内壁上及底壁上设有栅极氧化层(8)，栅极氧化层(8)内部为栅极多晶硅层(7)，在沟槽两侧设有p基区(9)，所述p基区(9)上方设置n
+
发射极区(11)和p
+
型短路区(10)，所述n
+
发射极区(11)位于p基区(9)上方靠近纵向沟槽(6)的位置，所述p
+
型短路区(10)位于p基区(9)上方远离纵向沟槽(6)的位置，所述纵向沟槽(6)顶部设有氧化层(12)和发射极金属(13)，所述氧化层(12)中设置金属层形成发射极和栅极。2.根据权利要求1所述的一种沟槽栅igbt结构，其特征在于：所述集电极包括集电极金属(1)和p
+
集电极(2)，所述p
+
集电极(2)位于场截止层(3)与集电极金属(1)之间。3.根据权利要求1所述的一种沟槽栅igbt结构，其特征在于：所述纵向沟槽(6)有弧度。4.根据权利要求1所述的一种沟槽栅igbt结构，其特征在于：所述纵向沟槽(6)内壁的栅极氧化层(8)为二氧化铪氧化层。

技术总结
本实用新型提供了一种可以降低失效率的沟槽栅IGBT的结构，包括集电极金属，在集电极金属上依次设置有P


技术研发人员：周露妍 莫晓亮 任洪瑞 张攀
受保护的技术使用者：成都稳海半导体有限公司
技术研发日：2022.05.13
技术公布日：2022/8/23