辅助沟槽栅1093，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。
[0068]接着，参考图2a?2c，在所述半导体衬底104内形成P阱105，并在P阱105内形成P型接触区106和N型发射区107。再通过淀积工艺形成隔离介质层110，所述隔离介质层110覆盖所述复合型栅极结构和半导体衬底104的表面，并通过光刻和刻蚀工艺在所述隔离介质层110中形成通孔110’，所述通孔110’的底部暴露出所述N型发射区107、P型接触区106以及辅助沟槽栅1093。接下来，形成发射极金属电极112，所述发射极金属电极112通过所述通孔110’与所述N型发射区107、P型接触区106电连接。
[0069]本实施例中，形成P阱105或P型接触区106时，辅助沟槽栅1093的顶面覆盖隔离介质层110，并通过光刻和刻蚀工艺在隔离介质层110中形成通孔110’以使辅助沟槽栅1093与发射极金属电极112电连接。
[0070]继续参考图2a?2c，接下来，将完成正面工艺的半导体衬底104的背面减薄至预设厚度，并在所述半导体衬底104背面注入N型离子，以形成N型电场截止区103，再在所述N型电场截止区103的下方注入P型离子，形成P型集电区102，最后通过溅射或蒸发工艺形成集电极金属电极101。
[0071]图6为相同面积下传统的IGBT与本实施例的复合栅型IGBT在Vg= 15V条件时输出特性曲线对比图。由图6可知，本实施例的IGBT在相同集电极电压V (co 11 ector)情况下，输出电流I(collector)较大，因此集电极-发射极间的饱和电压Vce (sat)较低。
[0072]综上所述，本发明提出的IGBT器件中，复合型栅极和辅助沟槽栅均可起到电子注入增强效应的效果。集电极产生的空穴会在复合型栅极的平面栅部分和沟槽栅的下方堆积，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。并且，在本发明提出的复合栅型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电连接的辅助沟槽栅的底部以及侧壁进行堆积，增强与发射极金属电极电连接的辅助多晶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。同时，由于此辅助沟槽栅与发射极金属电极电连接，可以有效的提高复合栅IGBT器件的发射极与集电极之间电容，提高器件的稳定性。
[0073]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【主权项】
1.一种IGBT器件，包括: N型半导体衬底； 形成于所述半导体衬底背面的P型集电区； 形成于所述半导体衬底正面内的P阱； 形成于所述P阱内的N型发射区； 形成于所述半导体衬底正面的复合型栅极结构； 其特征在于，所述复合型栅极结构包括形成于所述半导体衬底正面上的平面栅以及形成于所述半导体衬底正面内的沟槽栅。2.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，所述平面栅包括平面多晶硅栅极以及位于平面多晶硅栅极与半导体衬底之间的平面栅介质层，所述沟槽栅包括沟槽多晶硅栅极以及位于沟槽多晶硅栅极与半导体衬底之间的沟槽栅介质层。3.如权利要求1所述的IGBT器件，其特征在于，还包括: 形成于所述半导体衬底正面上以及所述平面栅上的隔离介质层，所述隔离介质层具有暴露所述N型发射区部分表面的通孔； 形成于所述半导体衬底正面上以及所述隔离介质层上的发射极金属电极。4.如权利要求3所述的IGBT器件，其特征在于，还包括: 形成于所述P阱远离所述沟槽栅一侧并与所述发射极金属电极电连接的辅助沟槽栅。5.如权利要求4所述的IGBT器件，其特征在于，所述辅助沟槽栅包括辅助沟槽多晶硅栅极以及位于辅助沟槽多晶硅栅极与半导体衬底之间的辅助沟槽栅介质层。6.如权利要求4所述的IGBT器件，其特征在于，还包括: 形成于所述辅助沟槽栅顶面的隔离介质层，所述隔离介质层中形成有通孔以使所述辅助沟槽栅与所述发射极金属电极电连接。7.如权利要求1至6中任意一项所述的IGBT器件，其特征在于，还包括: 形成于所述半导体衬底背面和P型集电区之间的N型电场截止层。8.如权利要求1至6中任意一项所述的IGBT器件，其特征在于，还包括: 形成于所述P型集电区背面的集电极金属电极。9.如权利要求1至6中任意一项所述的IGBT器件，其特征在于，还包括: 形成于所述P阱内且位于所述N型发射区一侧的P型接触区。10.如权利要求1至6中任意一项所述的IGBT器件，其特征在于，所述N型半导体衬底为N型轻掺杂，所述P型集电区为P型重掺杂，所述N型发射区为N型重掺杂。11.一种IGBT器件制作方法，其特征在于，包括: 提供一 N型半导体衬底； 在所述半导体衬底背面形成P型集电区，在所述半导体衬底正面内形成P阱，在所述P阱内形成N型发射区，在所述半导体衬底正面形成复合型栅极结构;其中，所述复合型栅极结构包括形成于所述半导体衬底正面上的平面栅以及形成于所述半导体衬底正面内的沟槽栅。12.如权利要求11所述的IGBT器件制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底正面形成复合型栅极结构的步骤包括: 在所述半导体衬底中形成第一沟槽和第二沟槽，再通过氧化工艺形成覆盖所述半导体衬底正面以及第一沟槽和第二沟槽表面的栅介质层； 在所述第一沟槽和第二沟槽内填充多晶硅，所述多晶硅覆盖所述栅介质层的表面； 刻蚀所述多晶硅和栅介质层形成平面栅、沟槽栅以及辅助沟槽栅。13.如权利要求11所述的IGBT器件制作方法，其特征在于，还包括: 在所述半导体衬底正面上以及所述平面栅上形成隔离介质层，所述隔离介质层具有暴露所述N型发射区部分表面的通孔； 在所述半导体衬底正面上以及所述隔离介质层上形成发射极金属电极。14.如权利要求11所述的IGBT器件制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底正面形成复合型栅极结构的同时，在所述P阱远离所述沟槽栅一侧形成与所述发射极金属电极电连接的辅助沟槽栅。15.如权利要求14所述的IGBT器件制作方法，其特征在于，还包括: 在所述辅助沟槽栅顶面形成隔离介质层，所述隔离介质层中形成有通孔以使所述辅助沟槽栅与所述发射极金属电极电连接。16.如权利要求11至15中任意一项所述的IGBT器件制作方法，其特征在于，还包括: 在所述半导体衬底背面和P型集电区之间形成N型电场截止层。17.如权利要求11至15中任意一项所述的IGBT器件制作方法，其特征在于，还包括: 在所述P型集电区背面形成集电极金属电极。
【专利摘要】本发明提供了一种IGBT器件及其制作方法，所述IGBT器件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，提高器件的稳定性。
【IPC分类】H01L21/331, H01L29/739, H01L21/28, H01L29/423
【公开号】CN105489644
【申请号】CN201511023881
【发明人】韩健, 顾悦吉, 黄示, 陈琛
【申请人】杭州士兰集成电路有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日