型栅极结构，所述复合型栅极结构包括形成于半导体衬底正面上的平面栅以及形成于半导体衬底正面内的沟槽栅，所述沟槽栅可以增加IGBT器件栅极的有效长度，因此可以在减少平面栅的长度，在缩小元胞尺寸的情况下还可以达到实现电子注入增强效应的目的。
[0049]此外，本发明的IGBT器件在P阱区域增加辅助沟槽栅，使得空穴能够在辅助沟槽栅的底部和侧壁堆积，增强P阱区域下方电子注入增强效应。同时，由于此辅助沟槽栅与发射极金属电极电连接，可以有效的提高IGBT器件的发射极与集电极之间电容，提高器件的稳定性。
【附图说明】
[0050]图1是传统的平面栅IEGT器件的结构示意图；
[0051 ]图2a是本发明实施例的IGBT器件的俯视示意图；
[0052]图2b是沿图2a中AA’方向的剖面示意图；
[0053]图2c是沿图2a中BB’方向的剖面示意图；
[0054]图3?5是本发明实施例的IGBT器件制作过程中的器件剖面示意图；
[0055]图6为相同面积下传统的IGBT与本实施例的复合栅型IGBT的输出特性曲线对比图。
【具体实施方式】
[0056]如【背景技术】所述，传统的平面栅结构的IEGT为实现电子注入增强效应(IE效应)，需要较长的多晶栅长度，导致其元胞密度较低，器件面积较大，而采用槽栅结构虽然能够提高器件元胞密度、消除JFET效应，但会使栅极电容增大，影响开关速度和关断损耗。为此，本发明的IGBT器件中采用复合型栅极结构，所述复合型栅极结构包括形成于半导体衬底正面上的平面栅以及形成于半导体衬底正面内的沟槽栅，所述沟槽栅可以增加IGBT器件栅极的有效长度，因此可以在减少平面栅的长度，在缩小元胞尺寸的情况下还可以达到实现电子注入增强效应的目的。此外，本发明的IGBT器件在P阱区域增加辅助沟槽栅，使得空穴能够在辅助沟槽栅的底部和侧壁堆积，增强P阱区域下方电子注入增强效应。同时，由于此辅助沟槽栅与发射极金属电极电连接，可以有效的提高IGBT器件的发射极与集电极之间电容，提尚器件的稳定性。
[0057]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的IGBT器件及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0058]图2a是本发明实施例的IGBT器件的俯视示意图，图2b是沿图2a中AA’方向的剖面示意图，图2c是沿图2a中BB’方向的剖面示意图。如图2a?2c所示，本实施例提出的IGBT器件，包括:N型半导体衬底104、形成于所述半导体衬底104背面的P型集电区102、形成于所述半导体衬底104正面内的P阱105、形成于所述P阱105内的N型发射区107、形成于所述半导体衬底104正面的复合型栅极结构，其中，所述复合型栅极结构包括形成于所述半导体衬底104正面上的平面栅1091以及形成于所述半导体衬底104正面内的沟槽栅1092，既有利于增强电子注入增强效应，又能减小元胞面积。
[0059]本实施例中，所述N型半导体衬底104为N型轻掺杂(N-)，所述P型集电区102为P型重掺杂(P+)，所述N型发射区107为N型重掺杂(N+)。所述N型发射区107和复合型栅极结构构成IGBT器件的M0S部分。所述半导体衬底104作为N型漂移区，所述N型发射区107、P阱105、N型漂移区以及P型集电区102构成了一个寄生的NPNP晶闸管。所述NPNP晶闸管包括NPN晶体管(N型发射区107、P阱105、N型漂移区)与PNP晶体管(P阱105、N型漂移区、P型集电区102)。
[0060]继续参考图2a?2c，所述IGBT器件还包括:形成于所述半导体衬底104背面与P型集电区102之间的N型电场截止层103、形成于所述P型集电区102背面的集电极金属电极101、形成于所述P阱105内且位于所述N型发射区107—侧的P型接触区106、形成于所述平面栅1091上的隔离介质层110、形成于所述隔离介质层110以及半导体衬底104上的发射极金属电极112，所述隔离介质层110具有暴露所述N型发射区107的部分表面以及P型接触区106的通孔110’。所述隔离介质层110的材质例如是磷硅玻璃(PSG)。为更清楚的了解图中的细节，图2a中并未表示出发射极金属电极112，图中未被隔离介质层110覆盖区域即为通孔110，。
[0061]优选方案中，所述IGBT器件还包括形成于所述P阱105—侧并与发射极金属电极112电连接的辅助沟槽栅1093。通过增加与发射极金属电极112电连接的辅助沟槽栅1093，使得空穴能够在辅助沟槽栅1093的底部和侧壁堆积，增强P阱下方电子注入增强效应。同时，由于此辅助沟槽栅1093与发射极金属电极112电连接，可以有效的提高IGBT器件的发射极与集电极之间的电容，提高器件的稳定性。在传统的IGBT器件发生短路的情况下，由于IEGT的电子注入增强效应，IGBT器件的栅极区域下方积累的大量载流子在强电场的作用下向IGBT的栅极氧化层以及沟道区域注入电荷，使得IGBT器件的栅压出现不稳定，从而引起器件失效。而在本发明提供的IGBT器件中，由于元胞发射区的P阱区域增加与发射极电连接的辅助沟槽栅1093，在器件发生短路现象时，能够有效的吸收由于电子注入增强效应导致的注入电荷，维持栅极电压的稳定性，提供器件的可靠性。
[0062]其中，所述平面栅1091包括平面多晶硅栅极1091a以及位于平面多晶硅栅极1091a与半导体衬底104之间的平面栅介质层1091b，所述沟槽栅1092包括沟槽多晶硅栅极1092a以及位于沟槽多晶硅栅极1092a与半导体衬底104之间的沟槽栅介质层1092b，所述辅助沟槽栅1093包括辅助沟槽多晶硅栅极1093a以及位于辅助沟槽多晶硅栅极1093a与半导体衬底104之间的辅助沟槽栅介质层1093b。作为一个非限制的例子，沟槽栅1092的深度为3μπι?6μπι，沟槽栅1092的宽度为0.6μπι?1.5μπι，沟槽栅1092与辅助沟槽栅1093的间距为5μπι?25μm。应当理解的是，本发明并不限制沟槽栅1092的深度、宽度以及沟槽栅1092与辅助沟槽栅1093的间距，可以根据器件参数设定要求适应性调节所述IGBT器件的沟槽栅1092的深度和宽度以及沟槽栅1092与辅助沟槽栅1093的间距。
[0063]由上可知，在本实施例提出的IGBT器件中，沟槽栅1092和辅助沟槽栅1093同时起到电子注入增强效应的效果。具体而言，集电极产生的空穴会在平面栅1091和沟槽栅1092下方堆积，为了达到电荷平衡，会引起发射极的电子注入增强效应(IE效应)，由于沟槽栅1092的纵向延伸，可以提高IGBT器件的栅极的有效长度，无需如传统的IEGT器件一般以增加平面栅长度、牺牲器件面积为代价实现电子注入增强的效果。另外，在本实施例提出的IGBT器件导通时，集电极产生的空穴能够在与发射极金属电极112电连接的辅助沟槽栅1093的底部以及侧壁进行堆积，增强与发射极电连接的辅助沟槽栅附近的空穴浓度，从而增加元胞发射区边缘的载流子浓度。
[0064]下面结合图2a?2c以及图3?5所示详细介绍本发明提出的IGBT器件的制作方法。
[0065]如图3所示，首先，提供一N型轻掺杂(N-)的半导体衬底104，所述半导体衬底104作为N型漂移区，所述半导体衬底104例如是晶向为〈100〉的区熔硅衬底。接着，在所述半导体衬底104的正面形成分压环终端结构以及待加工器件元胞结构的有源区(图3中未示出)，并在所述有源区内通过光刻和刻蚀工艺形成第一沟槽1092’和第二沟槽1093’，再通过氧化工艺形成栅介质层108，所述栅介质层108覆盖所述半导体衬底104的正面以及第一沟槽1092’和第二沟槽1093’的表面。
[0066]如图4所示，在所述第一沟槽1092’和第二沟槽1093’内填充多晶硅109，所述多晶硅109同时覆盖所述栅介质层108的表面。
[0067]如图5所示，刻蚀所述多晶硅109和栅介质层108形成平面栅1091、沟槽栅1092、