一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术属于绝缘栅场效应晶体管技术领域，特别是涉及一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管及其制造方法。本发明专利技术的沟槽型绝缘栅场效应晶体管是在栅极沟槽底部设有厚的绝缘介质层，以提高绝缘栅场效应晶体管的击穿电压并降低其寄生电容；同时，在所述栅极沟槽的底部设置一个小凹槽，使得场氧化应力过渡区得到延长，很好地解决了场氧化应力造成的漏电流问题和提高了器件的可靠性；本发明专利技术通过自对准工艺形成栅极沟槽底部的凹槽，工艺过程简单，易于控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于绝缘栅场效应晶体管
，特别是涉及。本专利技术的沟槽型绝缘栅场效应晶体管是在栅极沟槽底部设有厚的绝缘介质层，以提高绝缘栅场效应晶体管的击穿电压并降低其寄生电容；同时，在所述栅极沟槽的底部设置一个小凹槽，使得场氧化应力过渡区得到延长，很好地解决了场氧化应力造成的漏电流问题和提高了器件的可靠性；本专利技术通过自对准工艺形成栅极沟槽底部的凹槽，工艺过程简单，易于控制。【专利说明】
本专利技术属于绝缘栅场效应晶体管（IGBT)
，特别是涉及一种沟槽型绝缘栅 场效应晶体管及其制造方法。
技术介绍
绝缘栅场效应晶体管（IGBT)是由M0S晶体管和双极型晶体管复合而成的一种器 件，其输入极为M0S晶体管，输出极为PNP (或NPN)晶体管，它融合了这两种器件的优点， 既具有M0S晶体管驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低和容量 大的优点，其频率特性介于M0S晶体管与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围 内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，特别是占据了较高频率的大、中功率 管应用的主导地位。 公知的沟槽型绝缘栅场效应晶体管器件结构如图1所示，在漏区54之上形成有缓 冲层26和漂移区100, U形沟槽的底部延伸进入漂移区100内，且覆盖U形沟槽形成有栅氧 化层31和栅极35,该结构的IGBT器件为降低导通电阻需要提高漂移区100的掺杂浓度， 然而这会降低IGBT器件的击穿电压。针对上述问题，中国专利申请201210148320. 2提出 了一种改进方法，其剖面结构如图2所示，在U形沟槽内填充与漂移区相反掺杂类型的多晶 硅，从而在漂移区内形成超结结构，以提高器件的击穿电压，该结构的IGBT器件，需要挖深 槽后再填充多晶硅，工艺难度大；同时，现有技术的IGBT器件都是在U形沟槽的表面形成厚 度均匀的栅氧化层，为降低栅氧电容需要增加栅氧化层厚度，然而栅氧化层厚度增加又会 提高器件的工作电压。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足而提供一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管 及其制造方法，本专利技术通过在U形沟槽的底部预置一个小的凹槽，再进行场氧化层的氧化， 确保场氧化应力过渡区得到延长，以大大降低氧化应力造成的漏电流及提高器件的可靠 性，同时还可降低栅氧电容，提高器件的工作速度。 根据本专利技术提出的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管，它包括： 半导体衬底底部的第二掺杂类型的漏区，以及在半导体衬底内形成的位于所述漏区之 上的第一种掺杂类型的漂移区； 半导体衬底内的一个U形沟槽，该U形沟槽的底部延伸进入所述漂移区； 半导体衬底内的第二种掺杂类型的沟道区和第一种掺杂类型的源区，该沟道区和源区 分别位于U形沟槽的侧壁两侧，且该源区位于该沟道区顶部； 在所述U形沟槽的两个侧壁上设有覆盖所述沟道区的栅氧化层； 其特征在于还包括： 在所述U形沟槽的底部形成的场氧化层，该场氧化层的两侧呈鸟嘴形状，且该场氧化 层的厚度大于所述栅氧化层的厚度； 在所述U形沟槽内设有覆盖所述栅氧化层和场氧化层的多晶硅栅极。 本专利技术所述的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的进一步优化方案是： 本专利技术所述U形沟槽的底部设有一个开口宽度小于所述U形沟槽开口宽度的凹槽，该 凹槽的深度为10-100纳米，所述场氧化层填满该凹槽。 本专利技术所述第一种掺杂类型为η型掺杂，则所述第二种掺杂类型为p型掺杂；或所 述第一种掺杂类型为Ρ型掺杂，则所述第二种掺杂类型为η型掺杂。 本专利技术所述漏区与漂移区之间设有第一种掺杂类型的缓冲区。 本专利技术基于上述一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的制造方法，它包括起始步骤： (1) 在所述第二种掺杂类型的漏区之上外延第一种掺杂类型的硅外延层； (2) 在所述硅外延层内形成一个U形沟槽； (3) 在所述U形沟槽的表面依次形成第一层绝缘薄膜和第二层绝缘薄膜； 其特征在于还包括以下继续步骤： (4) 通过各向异性的刻蚀方法刻蚀掉U形沟槽底部的第二层绝缘薄膜； (5) 刻蚀掉暴露的U形沟槽底部的第一层绝缘薄膜，并继续在U形沟槽的底部位置进行 10-100纳米厚度的硅外延层的刻蚀； (6) 通过氧化工艺在U形沟槽的底部形成场氧化层； (7) 完全刻蚀掉所述第二层绝缘薄膜、暴露的第一层绝缘薄膜和硬掩膜层； (8) 进行热氧化，在U形沟槽的两个侧壁上分别形成栅氧化层，该栅氧化层的厚度小于 该U形沟槽底部形成的场氧化层厚度； (9) 进行多晶硅淀积和各向同性刻蚀，在U形沟槽内形成覆盖场氧化层和栅氧化层的 多晶硅栅极，该多晶硅栅极的顶部低于硅外延层的上表面； (10) 进行离子注入，在U形沟槽两侧的硅外延层内形成第二种掺杂类型的沟道区； (11) 进行源极光刻和离子注入，在沟道区顶部形成第一种掺杂类型的源区。 本专利技术所述的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的制造方法的进一步优选方案 是： 本专利技术所述第一层绝缘薄膜的材质为氧化硅。 本专利技术所述第二层绝缘薄膜的材质为氮化硅或氮氧化硅。 本专利技术步骤（10)所述的离子注入可在步骤（1)之后接着进行，在整个所述硅外延 层的顶部形成掺杂区，之后再进行U形沟槽的刻蚀。 本专利技术与现有技术相比其显著优点在于：第一，本专利技术的沟槽型绝缘栅场效应晶 体管是在U形沟槽即栅极沟槽的底部形成厚的场氧化层，能够提高绝缘栅场效应晶体管的 击穿电压并降低其寄生电容，以提高器件的工作速度；第二，本专利技术在U形沟槽的底部设置 一个小的凹槽，使得场氧化应力在过渡区得到延长，很好地解决了场氧化应力造成的漏电 流问题，提高了器件的可靠性；第三，本专利技术通过自对准工艺形成U形沟槽底部的凹槽，工 艺过程简单，易于控制。 【专利附图】【附图说明】 图1是现有技术的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的剖面结构示意图。 图2是现有技术的另一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的剖面结构示意图。 图3是本专利技术的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的一个实施例的剖面结构示意 图。 图4是本专利技术的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的另一个实施例的剖面结构示 意图。 图5至图14是本专利技术的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的制造方法的一个实施 例的工艺流程示意图。 图15是本专利技术的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的一个实施例的俯视示意图。 图16是本专利技术的一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管的另一个实施例的俯视图示意 图。 【具体实施方式】 为清楚地说明本专利技术的【具体实施方式】，说明书附图中所列示图，放大了本专利技术所 述的层和区域的厚度，且所示图形大小并不代表实际尺寸；附图是示意性的，不应限定本发 明的范围。说明书中所列实施例不应仅限于附图中所示区域的特定形状，而是包括所得到 的形状如制造引起的偏差等、再如刻蚀得到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，但在本发 明实施例中均以矩形表示；同时在下面的描述中，所使用的术语半导体衬底可理解为包括 正在工艺加工中的半导体晶片，还包括在其上所制备的其它薄膜层。 以下所述本专利技术的剖面结构，如无特殊说明，均为沿采用条状元胞结构的沟道长 度方向的剖面结构。 下面结合附图和实施例对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的详细说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽型绝缘栅场效应晶体管，它包括：半导体衬底底部的第二掺杂类型的漏区，以及在半导体衬底内形成的位于所述漏区之上的第一种掺杂类型的漂移区；半导体衬底内的一个U形沟槽，该U形沟槽的底部延伸进入所述漂移区；半导体衬底内的第二种掺杂类型的沟道区和第一种掺杂类型的源区，该沟道区和源区分别位于U形沟槽的侧壁两侧，且该源区位于该沟道区顶部；在所述U形沟槽的两个侧壁上设有覆盖所述沟道区的栅氧化层；其特征在于还包括：在所述U形沟槽的底部设有场氧化层，该场氧化层的两侧呈鸟嘴形状，且该场氧化层的厚度大于所述栅氧化层的厚度；在所述U形沟槽内设有覆盖所述栅氧化层和场氧化层的多晶硅栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，林曦，王鹏飞，龚轶，
申请(专利权)人：苏州东微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32