一种提高IGBT开启可控性的元胞结构制造技术

本申请涉及半导体制造领域，特别是一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，包括N‑型基区，和场氧化层，场氧化层位于N‑型基区上方，N‑型基区内设置有沟槽型栅极区，沟槽型栅极区包括栅氧层、多晶栅和栅电极，多晶栅位于栅氧层的内部，并延伸至场氧化层上方，中间介质层一部分位于多晶层延伸部分的上方，其余部分位于N‑基区上层，中间介质层位于P型重掺杂区和N型重掺杂区的部分被刻蚀工艺分割开。本申请结构所述P型深掺杂区，未与沟槽形栅极区相接触，在栅极加压开启过程中，在沟槽下方不易形成连接P型基区与P型深掺杂区的反型沟道，P型深掺杂区的浮空电势在开启过程中变化率变小，因此对栅极区的影响减小，提高了栅极电压的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高IGBT开启可控性的元胞结构
本申请涉及半导体制造领域，特别是一种有效解决传统IGBT开启可控性较差的问题、并能实现节省掩模版的提高IGBT开启可控性的元胞结构。
技术介绍
IGBT常采用沟槽型栅极结构，现有技术为降低器件的导通压降，多采取载流子注入增强技术，即增加器件的浮空区域，如图1所示。在器件开启过程中，栅极电压逐渐变大，在接近器件阈值电压时，器件逐渐导通，导致沟道区域电势突然下降。而器件浮空区域的电势依然保持在一个较高水平。此浮空区域与栅极通过沟槽电容耦合，进而在开启过程中，浮空区域会对栅极充电，导致栅极电压升高，不受栅极电源和电阻的控制。随即，器件快速导通，虽然可以降低开启功耗，但会产生很大的电流变化率(di/dt)。此电流变化率与外围电路的寄生电感耦合，会产生不受控的电压，将导致整个电路系统工作不稳定，发生震荡，情况严重时甚至会损毁器件本身。
技术实现思路
为了克服现有技术中IGBT器件元胞浮空区域在开启过程中对栅极充电，进而引起很大di/dt的问题，现在本申请提出一种提高IGBT开启可控性的元胞结构。为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，其特征在于：包括N-型基区，和场氧化层，场氧化层位于N-型基区上方，N-型基区内设置有沟槽型栅极区，沟槽型栅极区包括栅氧层、多晶栅和栅电极，多晶栅位于栅氧层的内部，并延伸至场氧化层上方，中间介质层一部分位于多晶层延伸部分的上方，其余部分位于N-基区上层，中间介质层位于P型重掺杂区和N型重掺杂区的部分被刻蚀工艺分割开。进一步地，栅电极位于多晶栅上表面并连接多晶栅。进一步地，所述N-型基区的左上部和右上部设置有P型深掺杂区。进一步地，沟槽形栅极区的中间有P型基区、P型重掺杂区和N型重掺杂区，P型重掺杂区位于P型基区的内部的中上部，N型重掺杂区位于N-型基区内部表层，N型重掺杂区位于P型深掺杂区的部分被刻蚀工艺分离。进一步地，中间介质层的表面覆盖有金属层，金属层与N型重掺杂区和P型重掺杂区接触。进一步地，N-型基区的下表面设置有P+集电区，P+集电区的上层设置有N+场截止层。进一步地，金属层的上表面设置有发射极，发射极与金属层连接。进一步地，P+集电区的下表面设置有集电极。本申请的优点为：1、本技术结构所述P型深掺杂区，未与沟槽形栅极区相接触，在栅极加压开启过程中，在沟槽下方不易形成连接P型基区与P型深掺杂区的反型沟道，P型深掺杂区的浮空电势在开启过程中变化率变小，因此对栅极区的影响减小，提高了栅极电压的稳定性。2、本技术结构所述栅极在加压开启过程中，延伸部分多晶的电压变大，下方的栅氧化层与硅界面(a区域)形成电子积累层，加强了P型深掺杂区与P型基区的电学隔离。使P型深掺杂区的电势更加稳定，减小对栅极电压的影响，从而减小了器件开启过程中的di/dt。3、本技术结构在沉积多晶之后，经历后续的热过程，多晶内的N型杂质会扩散进入下方的栅氧化层与硅界面(a区域)，在此区域附近形成较高的N型掺杂，进一步加强了P型深掺杂区与P型基区的电学隔离。使P型深掺杂区的电势更加稳定，减小对栅极电压的影响，从而减小了器件开启过程中的di/dt。4、本技术结构所述N型重掺杂区，通过多晶自对准再推结工艺，位于N-型基区内部表层，其位于P型深掺杂区的部分被刻蚀工艺分离。实际制造过程中不需要额外的版图，节约了成本。附图说明图1为现有技术结构示意图。图2为本技术结构示意图。附图中：101-N-型基区，102-P型基区，103-P型重掺杂区，104-N型重掺杂区，105-多晶栅，106-栅氧层，107-场氧化层，108-中间介质层，109-P型深掺杂区，110-N+场截止层，111-P+集电区，112-金属层，G-栅电极，E-发射极，C-集电极。具体实施方式实施例1一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，包括N-型基区101，和场氧化层107，场氧化层107位于N-型基区101上方，N-型基区101内设置有沟槽型栅极区，沟槽型栅极区包括栅氧层106、多晶栅105和栅电极G，多晶栅105位于栅氧层106的内部，并延伸至场氧化层107上方，中间介质层108一部分位于多晶层延伸部分的上方，其余部分位于N-基区上层，中间介质层108位于P型重掺杂区103和N型重掺杂区104的部分被刻蚀工艺分割开。本技术结构所述P型深掺杂区109，未与沟槽形栅极区相接触，在栅极加压开启过程中，在沟槽下方不易形成连接P型基区102与P型深掺杂区109的反型沟道，P型深掺杂区109的浮空电势在开启过程中变化率变小，因此对栅极区的影响减小，提高了栅极电压的稳定性。实施例2一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，包括N-型基区101，和场氧化层107，场氧化层107位于N-型基区101上方，N-型基区101内设置有沟槽型栅极区，沟槽型栅极区包括栅氧层106、多晶栅105和栅电极G，多晶栅105位于栅氧层106的内部，并延伸至场氧化层107上方，中间介质层108一部分位于多晶层延伸部分的上方，其余部分位于N-基区上层，中间介质层108位于P型重掺杂区103和N型重掺杂区104的部分被刻蚀工艺分割开。栅电极G位于多晶栅105上表面并连接多晶栅105。所述N-型基区101的左上部和右上部设置有P型深掺杂区109。沟槽形栅极区的中间有P型基区102、P型重掺杂区103和N型重掺杂区104，P型重掺杂区103位于P型基区102的内部的中上部，N型重掺杂区104位于N-型基区101内部表层，N型重掺杂区104位于P型深掺杂区109的部分被刻蚀工艺分离。中间介质层108的表面覆盖有金属层112，金属层112与N型重掺杂区104和P型重掺杂区103接触。N-型基区101的下表面设置有P+集电区，P+集电区的上层设置有N+场截止层。金属层112的上表面设置有发射极E，发射极E与金属层112连接。P+集电区的下表面设置有集电极C。本技术结构所述P型深掺杂区109，未与沟槽形栅极区相接触，在栅极加压开启过程中，在沟槽下方不易形成连接P型基区102与P型深掺杂区109的反型沟道，P型深掺杂区109的浮空电势在开启过程中变化率变小，因此对栅极区的影响减小，提高了栅极电压的稳定性。本技术结构所述栅极在加压开启过程中，延伸部分多晶的电压变大，下方的栅氧化层与硅界面(a区域)形成电子积累层，加强了P型深掺杂区109与P型基区102的电学隔离。使P型深掺杂区109的电势更加稳定，减小对栅极电压的影响，从而减小了器件开启过程中的di/dt。本技术结构在沉积多晶之后，经历后续的热过程，多晶内的N型杂质会扩散进入下方的栅氧化层与硅界面(a区域)，在此区域附近形成较高的N型掺杂，进一步加强了P型深掺杂区109与P型基区102的电学隔离。使P型深掺杂区109的电势更加稳定，减小对栅极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，其特征在于：包括N-型基区（101），和场氧化层（107），场氧化层（107）位于N-型基区（101）上方，N-型基区（101）内设置有沟槽型栅极区，沟槽型栅极区包括栅氧层（106）、多晶栅（105）和栅电极（G），多晶栅（105）位于栅氧层（106）的内部，并延伸至场氧化层（107）上方，中间介质层（108）一部分位于多晶层延伸部分的上方，其余部分位于N-基区上层，中间介质层（108）位于P型重掺杂区（103）和N型重掺杂区（104）的部分被刻蚀工艺分割开。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，其特征在于：包括N-型基区（101），和场氧化层（107），场氧化层（107）位于N-型基区（101）上方，N-型基区（101）内设置有沟槽型栅极区，沟槽型栅极区包括栅氧层（106）、多晶栅（105）和栅电极（G），多晶栅（105）位于栅氧层（106）的内部，并延伸至场氧化层（107）上方，中间介质层（108）一部分位于多晶层延伸部分的上方，其余部分位于N-基区上层，中间介质层（108）位于P型重掺杂区（103）和N型重掺杂区（104）的部分被刻蚀工艺分割开。


2.根据权利要求1所述的一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，其特征在于：栅电极（G）位于多晶栅（105）上表面并连接多晶栅（105）。


3.根据权利要求1所述的一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，其特征在于：所述N-型基区（101）的左上部和右上部设置有P型深掺杂区（109）。


4.根据权利要求1所述的一种提高IGBT开启可控性的元胞结构，其特征在于：沟槽形栅极区的中间有P型基...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，马克强，秦潇峰，蒋兴莉，王思亮，
申请(专利权)人：成都森未科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51