一种沟道型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种沟道型绝缘栅双极型晶体管（Trench?IGBT）和制作该Trench?IGBT的方法，该Trench?IGBT中采用了肖特基接触结构，降低了自身的导通压降。本发明提供的Trench?IGBT为：Trench?IGBT包括栅氧化层、Pbody耐压区、N型低掺杂衬底基区、金属化阴极和肖特基接触层；所述肖特基接触层位于栅氧化层和Pbody耐压区之间，并且与N型低掺杂衬底基区和金属化阴极接触。制作该Trench?IGBT的方法包括：在N型低掺杂衬底基区上形成Pbody耐压区和栅氧化层后，在栅氧化层和Pbody耐压区之间的N型低掺杂衬底基区上形成肖特基接触层；在肖特基接触层上形成金属化阴极。
【专利说明】一种沟道型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子【技术领域】，尤其涉及一种沟道型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]Trench IGBT (Trench Insulated Gate Bipolar Transistor,沟道型绝缘栅双极型晶体管)的出现，与普通IGBT相比可靠性增强，减小寄生晶闸管效应。积累层控制的沟道型IGBT具有相比于常规IGBT具有更大的优势，其结构如图1所示，其中包括金属化阳极IUP型重掺杂区阳极12、N型轻掺杂衬底基区13、栅氧化层14、栅电极15、金属化阴极16、N型重掺杂区17、Pbody耐压区18。
[0003]现有Trench IGBT通过正面P型重掺杂与N型轻掺杂结的内建电场形成的电子势垒来控制器件的阻断，通过外加栅压形成积累层沟道来控制器件的正常工作，极大地减小了传统绝缘栅双极型晶体管结构中的寄生晶闸管效应，器件的安全工作区、可靠性和高温工作特性都得到大幅度的提升，与普通的IGBT相比可获得更低的导通压降，更大的饱和电流密度。同时，由于积累层的作用，使得发射极电子的注入效率大大增强，优化了 N型轻掺杂基区中的载流子浓度分布，可实现导通压降和关断损耗之间更好的折衷。
[0004]虽然积累层沟道的存在降低了积累层沟道型IGBT的导通压降，但无法使积累层沟道型IGBT的导通压降降的更低。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种沟道型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法，该沟道型绝缘栅双极型晶体管相对于现有的沟道型绝缘栅双极型晶体管，导通压降有所降低。
[0006]本发明提供的一种道型绝缘栅双极型晶体管Trench IGBT，所述Trench IGBT包括栅氧化层、Pbody耐压区、N型低掺杂衬底基区、金属化阴极和肖特基接触层；
[0007]所述肖特基接触层与栅氧化层、Pbody耐压区、N型低掺杂衬底基区和金属化阴极接触。
[0008]所述Pbody耐压区和金属化阴极之间不包括N型重掺杂区。
[0009]所述栅氧化层和Pbody耐压区不接触，栅氧化层和Pbody耐压区之间的沟道区填有N型低掺杂衬底基区。
[0010]所述肖特基接触层位于所述沟道区中。
[0011]本发明还提供了制造上述沟道型绝缘栅双极型晶体管Trench IGBT的方法，该方法包括:
[0012]在N型低掺杂衬底基区上形成Pbody耐压区和栅氧化层后，在栅氧化层和Pbody耐压区之间的N型低掺杂衬底基区上形成肖特基接触层，所述肖特基接触层与栅氧化层和Pbody耐压区接触；
[0013]在肖特基接触层上形成金属化阴极。[0014]所述方法还包括:
[0015]在肖特基接触层上形成金属化阴极的同时在栅氧化层和Pbody耐压区形成金属化阴极。
[0016]所述在N型低掺杂衬底基区上形成Pbody耐压区和栅氧化层包括:
[0017]在N型低掺杂衬底基区上挖取槽型结构；
[0018]将Pbody耐压区和栅氧化层分别形成于N型低掺杂衬底基区上的至少两个不连通的槽中。
[0019]所述形成肖特基接触层的方法为在Pbody耐压区和栅氧化层之间的N型低掺杂衬底上形成肖特基孔。
[0020]本发明实施例提供的Trench IGBT，有肖特基接触层，所述肖特基接触层与栅氧化层和Pbody耐压区接触，且与N型低掺杂区和金属化阴极接触。肖特基势垒的引入，大幅度的降低了器件导通压降，并且由于肖特基接触层取代了之前与N型低掺杂区和金属化阴极接触的N型重掺杂区，给Trench IGBT提供电压时，降低了该区域的电子浓度，使得器件的饱和电流密度有所降低，短路安全工作区的性能得到显著提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为现有Trench IGBT结构示意图；
[0022]图2为本发明Trench IGBT实施例结构示意图；
[0023]图3为本发明制作Trench IGBT的方法实施例流程图；
[0024]图4为本发明制作Trench IGBT形成沟道的实施例流程图；
[0025]图5为本发明制作Trench IGBT的具体方法实施例流程图。
【具体实施方式】
[0026]本发明提供的Trench IGBT与现有Trench IGBT相比，导通压降有了较大幅度的降低。
[0027]下面结合附图，对本发明实施例中的Trench IGBT结构进行说明。如图2所示，本实施例中的Trench IGBT包括:金属化阳极21、P型重掺杂区22、N型低掺杂衬底基区23、栅氧化层24、栅电极25、金属化阴极26、阴极金属肖特基接触层27以及Pbody耐压区28。
[0028]其中，P型重掺杂区22与金属化阳极21接触，N型低掺杂衬底基区23与P型重掺杂区22接触，栅氧化层24与N型低掺杂衬底基区23接触，栅电极25与栅氧化层24接触，Pbody耐压区28与N型低掺杂衬底基区23接触，肖特基接触层27与栅氧化层24和Pbody耐压区28接触，与N型低掺杂衬底基区23和金属化阴极26也接触。
[0029]栅氧化层24的材质可以为二氧化硅，栅电极25的材质为多晶硅。N型低掺杂衬底基区23和P型重掺杂区22以及Pbody耐压区28的材质应为半导体，可以为硅，也可以用碳化硅、砷化镓、磷化铟或者锗化硅等半导体代替。
[0030]如图2所示的Trench IGBT,从下往上依次为金属化阳极21、P型重掺杂区22、N型低掺杂衬底基区23。在N型低掺杂衬底基区23上方还有栅氧化层24和Pbody耐压区28，而栅氧化层24包裹栅电极25。栅氧化层24和Pbody耐压区28之间呈沟道状，沟道中填有N型低掺杂衬底。[0031]本实施例中的金属化阳极21、P型重掺杂区22和N型低掺杂衬底基区23之间采用平面接触，而Pbody耐压区28和栅氧化层24之间形成沟道。
[0032]当本实施例中的Trench IGBT工作时，与金属化阴极和N型低掺杂衬底基区之间是N型重掺杂区的其他Trench IGBT中相比，原位于金属化阴极26和N型低掺杂衬底基区23之间的N型重掺杂区被肖特基接触所代替。
[0033]金属化阴极和N型低掺杂衬底基区之间是N型重掺杂区的其他Trench IGBT工作时的导通压降由几个部分组成，其中有两个部分是最重要的，一是N型低掺杂衬底基区的压降部分，二是沟道的压降部分。本实施例中的Trench IGBT，用肖特基接触取代了 N型重掺杂区，也就是这个从下到上的类似二极管的结构的导通压降，只是PN结的导通压降变成了肖特基导通压降，而肖特基接触导通压降比普通PN结导通压降低至少0.2伏以上，故导通压降整体下降，N型低掺杂衬底区域的压降部分二者是相同的，所以总体下降。并且，由于Pbody耐压区未和沟道接触，低耐压工作时沟道浓度比Pbody和沟道接触时的浓度要高，因此降低了沟道的压降。综上所述，本实施例中的Trench IGBT的导通压降比其他的TrenchIGBT的导通压降有所降低，适合需要更低导通压降的情形。
[0034]并且，本实施例中的Trench IGBT由于使用了肖特基接触使得自身的导通压降有所降低，因此在金属化阴极和N型低掺杂衬底基区之间是N型重掺杂区的其他Trench IGBT中，原本采用的降低栅氧化层厚度以降低Trench IGBT导通压降的手段可以被取代。所以，本实施例中使用了肖特基接触的Trench IGBT的栅氧化层的厚度可以增加。而由于本实施例中的栅氧化层的厚度有所增加，使得在栅电压开启后，栅氧化层正下方的半导体表面的电子积累更多，提高了 Trench IGBT中的电流密度。而本实施例中的Pbody区实际为P型重掺杂区，该区可使得Trench IGBT中Pbody区和栅氧化层之间的区域在很小的反向电压下就可关断。
[0035]为了使得Trench IGBT的可靠性更高,本实施例中Trench IGBT的Pbody耐压区和金属化阴极之间不包括N型重掺杂区。去掉了 Pbody耐压区和金属化阴极之间的N型重掺杂区后，可加强Pbody区对反向电压的承受能力，因为原Pbody区需要自身的部分损耗以平衡N型重掺杂区中的电子,而取消了 N型重掺杂区后,Pbody区可完全用于承受反向电压，因此对方向电压的承受能力更大。并且N型重掺杂区的去除，还消除了有N型重掺杂区的Trench IGBT的寄生晶闸管效应，以使得本实施例中的Trench IGBT更可靠。
[0036]较优地，栅氧化层和Pbody耐压区不接触，栅氧化层和Pbody耐压区之间的沟道区填有N型低掺杂衬底基区。由于栅氧化层和Pbody耐压区之间有沟道，Pbody区的耗尽层会向四周扩展，并且此耗尽层和栅氧化层会连接形成内建电势场，在Trench IGBT未工作时，这个电势场会夹断沟道，防止阴极和阳极出现短路，并且当连接反向电压时，反向电压的增大会使得耗尽层向金属化阳极扩展，以使得本实施例中的Trench IGBT能够承受很大的反向电压而不被击穿，这样的Trench IGBT也使得泄露电流非常小，反向的恢复时间也可短至几十纳秒。
[0037]当给金属化阳极施加相对于金属化阴极的正向电压时，大量电子会在栅氧化层的表面聚集形成载流子，这样原本被夹断的沟道导通，原本的Pbody耐压区中P型重掺杂形成的耗尽层变为了 N型区域，这样整个Trench IGBT便导通了。
[0038]本实施例提供的Trench IGBT由于结合了肖特基势垒结构和沟道结构，大幅度地降低了导通压降，降低了导通损耗，同时也优化了器件的可靠性。
[0039]本发明还提供了上述实施例中的Trench IGBT的制造方法，下面结合附图对本发明的方法实施例进行说明。
[0040]如图3所示，本发明的Trench IGBT制作方法实施例包括:
[0041]步骤S301，在N型低掺杂衬底基区上形成Pbody耐压区和栅氧化层。
[0042]步骤S302，在栅氧化层和Pbody耐压区之间的N型低掺杂衬底基区上形成肖特基接触层。肖特基接触层与栅氧化层和Pbody耐压区接触。
[0043]步骤S303，在肖特基接触层上形成金属化阴极。
[0044]步骤S302中在栅氧化层和Pbody耐压区之间的N型低掺杂衬底基区上形成肖特基接触层，再在形成的肖特基接触层上形成金属化阴极，则肖特基接触层会与栅氧化层和Pbody耐压区接触，与N型低掺杂衬底基区和金属化阴极接触。
[0045]在形成栅氧化层还可在栅氧化层上形成N型重掺杂区，这样在形成金属化阴极后，金属化阴极与金属化阴极之间则有一层N型重掺杂区。但是，没有N型重掺杂区其实为Trench IGBT的一种较优实施方式，即在肖特基接触层上形成金属化阴极的同时在栅氧化层和Pbody耐压区形成金属化阴极。所以对于方法实施例来说，没有形成N型重掺杂区的步骤的方法其实为一种较优地方法实施例，这样Trench IGBT的制作步骤也有所简化。其实，肖特基接触层、Pbody耐压区和栅氧化层上的金属化阴极可以是同时形成，也可分别形成连接的三部分金属化阴极。
[0046]使Trench IGBT中的Pbody耐压区和栅氧化层之间形成沟道的步骤如图4所示:
[0047]步骤S401，在N型低掺杂衬底基区上挖取槽型结构。
[0048]步骤S402，将Pbody耐压区和栅氧化层分别形成于N型低掺杂衬底基去上的至少两个不连通的槽中。
[0049]Pbody耐压区和栅氧化层分别注入在N型低掺杂区上挖取的不同的槽中后，Pbody耐压区和栅氧化层就形成了沟道。当沟道形成后，在Pbody耐压区和栅氧化层之间的N型轻掺杂衬底基区上形成肖特基孔以形成肖特基接触层。
[0050]由于本发明实施例提供的Trench IGBT是具有肖特基接触层的，所以在形成了Pbody耐压区和栅氧化层后，需要形成肖特基接触层，然后再形成金属化阴极。
[0051]下面结合图5对本发明提供的方法实施例做具体说明。如图5所示，该方法包括:
[0052]步骤S501，选取N型晶体硅作为衬底基区。
[0053]步骤S502，在衬底基区上挖取槽。
[0054]步骤S503，在槽中形成栅氧化层。本步骤可利用干氧方法是栅氧化层生长。
[0055]步骤S504,在槽中形成Pbody区。形成Pbody区实际是形成P型重掺杂结构。Pbody区和栅氧化层分别形成于不同的槽中，不接触，这样Pbody区和栅氧化层之间才能形成沟道。
[0056]步骤S505，在形成的栅氧化层上形成栅电极。形成栅电极的方法为诸如栅多晶硅。为了使栅氧化层包裹栅电极，可在注入栅多晶硅后继续淀积栅氧化层。
[0057]步骤S505必须在步骤S503之后，但步骤S504在步骤S503之前或者在步骤S505之后都可。
[0058]步骤S506,对Pbody区、N型轻掺杂区和栅氧化层的表面磨平,形成钝化层。[0059]步骤S507，在钝化层上将需要刻蚀肖特基接触层的部分曝光后，形成肖特基接触层。如果需要使得Trench IGBT的Pbody区与金属化阴极之间还有N型重掺杂区，则需要在步骤S507后，再形成N型重掺杂区。
[0060]步骤S508，在Pbody区、肖特基接触层、栅氧化层和N型重掺杂区(如果含有Pbody区与金属化阴极之间的N型重掺杂区)上形成金属化阴极层。
[0061]步骤S509，在N型低掺杂区未挖槽的部分表面形成P型重掺杂区。
[0062]步骤S510，在步骤S509中形成的P型重掺杂区上再形成金属化阳极。
[0063]在上述制作的过程中，可对一些步骤中的方法进行变通。
[0064]上述的Trench IGBT的制作方法与普通的Trench IGBT制作方法的不同在于,在形成金属化阴极前，会在原N型轻掺杂区与金属化阴极之间的N型重掺杂区的位置上形成肖特基接触层，以使得这样制作出的Trench IGBT的导通压降更低。并且，如果不再形成金属化阴极和Pbody耐压区之间的N型重掺杂区的话,还会更简化本Trench IGBT的制作流程。
[0065]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种沟道型绝缘栅双极型晶体管Trench IGBT，其特征在于，所述Trench IGBT包括栅氧化层、Pbody耐压区、N型低掺杂衬底基区、金属化阴极和肖特基接触层； 所述肖特基接触层与栅氧化层、Pbody耐压区、N型低掺杂衬底基区和金属化阴极接触。
2.根据权利要求1所述的TrenchIGBT,其特征在于,所述Pbody耐压区和金属化阴极之间不包括N型重掺杂区。
3.根据权利要求1或2所述的TrenchIGBT,其特征在于，所述栅氧化层和Pbody耐压区不接触，栅氧化层和Pbody耐压区之间的沟道区填有N型低掺杂衬底基区。
4.根据权利要求3所述的TrenchIGBT，其特征在于，所述肖特基接触层位于所述沟道区中。
5.一种制造沟道型绝缘栅双极型晶体管Trench IGBT的方法，其特征在于，该方法包括: 在N型低掺杂衬底基区上形成Pbody耐压区和栅氧化层后，在栅氧化层和Pbody耐压区之间的N型低掺杂衬底基区上形成肖特基接触层，所述肖特基接触层与栅氧化层和Pbody耐压区接触； 在肖特基接触层上形成金属化阴极。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在肖特基接触层上形成金属化阴极的同时在栅氧化层和Pbody耐压区上形成金属化阴极。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述在N型低掺杂衬底基区上形成Pbody耐压区和栅氧化层包括: 在N型低掺杂衬底基区上挖取槽型结构； 将Pbody耐压区和栅氧化层分别形成于N型低掺杂衬底基区上的至少两个不连通的槽中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成肖特基接触层的方法为在Pbody耐压区和栅氧化层之间的N型低掺杂衬底上形成肖特基孔。
【文档编号】H01L29/739GK103489903SQ201210191750
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】方伟 申请人:北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司