一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件及其制作方法，属于功率半导体技术领域，器件的N型漂移区内刻蚀有沟槽；P型体区下方沟槽内设有第一多晶硅层，第一多晶硅层与沟槽侧壁之间设有第一栅氧层；第一多晶硅层上设有第二多晶硅层，第二多晶硅层与沟槽侧壁之间设有厚度小于第一栅氧层的第二栅氧层，形成阶梯氧化层。通过引入阶梯氧化层和高浓度、宽区域的N型区，能够提升纵向电场峰值，避免沟槽底部的提前击穿，使器件在同样的晶圆电阻率情况下可以做出更高的阻断耐压；同时，引入N型区能够在同样的背部条件下能做出更低的导通压降，且阶梯氧化层的引入降低了开关损耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及功率半导体
，尤其涉及一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]现有技术为了解决IGBT器件在导通压降和开关损耗之间的平衡问题，广泛采用调整背部注入工艺的方法，通过改变背部PN结的注入效率及buffer层的分布形貌，从而改变导通压降和开关损耗的权衡。另外也通过搭配正面引入CS层的工艺，进一步降低导通压降。然而这两种技术存在降低器件正向阻断电压的问题，需要搭配更高电阻率的晶圆使用，使得同时降低导通压降和开关损耗的难度更大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的问题，提供一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件及其制作方法。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件，该器件由下至上包括N型漂移区、高浓度且宽区域的N型区、P型体区、第一绝缘介质层和金属层，P型体区内顶部两侧设有N型源区，金属层经欧姆接触孔与N型源区、P型体区欧姆接触；所述高浓度为3*10
16
～7*10
16
cm
‑3，宽区域为N型区的下边界与第一栅氧层下边界之间的距离；
[0005]N型漂移区内刻蚀有沟槽，沟槽穿出N型区并延伸至P型体区顶部；P型体区下方沟槽内设有第一多晶硅层，第一多晶硅层与沟槽侧壁之间设有第一栅氧层；第一多晶硅层上设有第二多晶硅层，第二多晶硅层延伸至沟槽顶部，第二多晶硅层与沟槽侧壁之间设有第二栅氧层；第一栅氧层的厚度大于第二栅氧层的厚度，形成阶梯氧化层。
[0006]在一示例中，所述N型为N型，P型为P型。
[0007]在一示例中，所述第一多晶硅层、第二多晶硅层之间设有第二绝缘介质层。
[0008]在一示例中，所述第一栅氧层、第二栅氧层、第一绝缘介质层、第二绝缘介质层为SiO2、SiN
x
中任意一种。
[0009]在一示例中，所述第一栅氧层、第二栅氧层、第二绝缘介质层的材质相同。
[0010]在一示例中，所述第一栅氧层厚度范围为0.1μm
‑
0.5μm。
[0011]在一示例中，所述第二栅氧层厚度优选为0.1um。
[0012]需要进一步说明的是，上述器件结构各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0013]本专利技术还包括一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件的制作方法，用于制备上述任一示例或者多个示例形成的IGBT器件，该方法包括以下步骤：
[0014]在N型漂移区刻蚀沟槽；
[0015]在沟槽内生成第一栅氧层；
[0016]在第一栅氧层内侧淀积掺杂多晶硅材料，形成第一多晶硅层，第一栅氧层处于第一多晶硅层与沟槽侧壁之间；
[0017]在沟槽内生成厚度小于第一栅氧层的第二栅氧层，形成阶梯氧化层；
[0018]在第二栅氧层内侧淀积掺杂多晶硅材料，在第一多晶硅层上方形成第二多晶硅层，第二栅氧层处于第二多晶硅层与沟槽侧壁之间；
[0019]在第一栅氧层中上部侧面、第二栅氧层底部侧面的N型漂移区注入N型杂质并退火，在N型漂移区上方形成高浓度且宽区域的N型区；所述高浓度为3*10
16
～7*10
16
cm
‑3，宽区域为N型区的下边界与第一栅氧层下边界之间的距离；
[0020]在N型区上方的N型漂移区注入P型杂质并退火，在第二栅氧层中上部侧面形成P型体区；
[0021]在P型体区内顶部两侧光刻并注入N型杂质，形成N型源区；
[0022]在N型源区上方淀积第一绝缘介质层，并光刻连接第一绝缘介质层、N型源区、P型体区的欧姆接触孔；
[0023]在第一绝缘介质层上方淀积金属，形成金属层，金属层经欧姆接触孔与N型源区、P型体区欧姆接触。
[0024]在一示例中，制备栅氧层、多晶硅层包括：
[0025]在器件表面、沟槽内同时热氧生成第一栅氧层；
[0026]在第一栅氧层内侧淀积掺杂多晶硅材料，研磨多晶硅材料、第一栅氧层至P型体区下方，得到第一多晶硅层；
[0027]在器件表面、沟槽内同时热氧生成第二栅氧层；
[0028]刻蚀去除器件表面和第一多晶硅层表面的第二栅氧层；
[0029]在第二栅氧层内侧淀积掺杂多晶硅材料，并回刻多晶硅材料至器件表面下方，形成第二多晶硅层。
[0030]需要进一步说明的是，上述方法各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0031]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0032]本专利技术引入阶梯氧化层和高浓度、宽区域的N
+
层(N型区)，增强了沟槽侧壁的横向耗尽能力；由于高浓度的N
+
层，使得纵向电场峰值得到提升，同时由阶梯氧化层引入了两个峰值电场位置，配合N
+
层能够避免沟槽底部的提前击穿，使器件在同样的晶圆电阻率情况下可以做出更高的阻断耐压，解决了器件正向阻断电压降低的风险；同时，由于高浓度、宽区域的N
+
层还起到了CS层(载流子存储层)的作用，在同样的背部条件下能做出更低的导通压降，即更低的导通损耗；另一方面，由于沟槽阶梯氧化层的引入，在下半部分和底部沟槽的栅氧厚度更厚，降低了器件的米勒电容，也降低了开关过程的米勒平台，进一步降低了器件的开关损耗；本申请同时降低了导通压降以及开关损耗，并且对正向阻断电压能力还有一定的提升。
附图说明
[0033]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标
号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0034]图1为本专利技术一示例中的器件示意图；
[0035]图2为本专利技术一示例中的具有分离栅结构的器件示意图；
[0036]图3为本专利技术一示例中具有阶梯氧化层结构形貌的制备过程示意图；
[0037]图4为本专利技术结构(N_S)与传统结构(C_S)之间的掺杂浓度和电场分布对比曲线图；
[0038]图5为本专利技术结构(N_S)与传统结构(C_S)之间的正向阻断电压曲线图；
[0039]图6为本专利技术结构(N_S)与传统结构(C_S)之间的正向导通曲线图；
[0040]图7为本专利技术结构(N_S)与传统结构(C_S)之间的关断波形曲线图。
[0041]图中：N型漂移区1、第一栅氧层2、N型区3、第一多晶硅层41、第二多晶硅层42、P型体区5、第二栅氧层6、N型源区7、第一绝缘介质层8、金属层9、欧姆接触孔10、第二绝缘介质层11。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件，其特征在于：由下至上包括N型漂移区、高浓度且宽区域的N型区、P型体区、第一绝缘介质层和金属层，P型体区内顶部两侧设有N型源区，金属层经欧姆接触孔与N型源区、P型体区欧姆接触；所述高浓度为3*10
16
～7*10
16
cm
‑3，宽区域为N型区的下边界与第一栅氧层下边界之间的距离；N型漂移区内刻蚀有沟槽，沟槽穿出N型区并延伸至P型体区顶部；P型体区下方沟槽内设有第一多晶硅层，第一多晶硅层与沟槽侧壁之间设有第一栅氧层；第一多晶硅层上设有第二多晶硅层，第二多晶硅层延伸至沟槽顶部，第二多晶硅层与沟槽侧壁之间设有第二栅氧层；第一栅氧层的厚度大于第二栅氧层的厚度，形成阶梯氧化层。2.根据权利要求1所述的一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件，其特征在于：所述第一多晶硅层、第二多晶硅层之间设有第二绝缘介质层。3.根据权利要求2所述的一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件，其特征在于：所述第一栅氧层、第二栅氧层、第一绝缘介质层、第二绝缘介质层为SiO2、SiN
x
中任意一种。4.根据权利要求3所述的一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件，其特征在于：所述第一栅氧层、第二栅氧层、第二绝缘介质层的材质相同。5.根据权利要求1所述的一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件，其特征在于：所述第一栅氧层厚度范围为0.1μm
‑
0.5μm。6.一种低损耗、窄米勒平台的横向耗尽IGBT器件的制作方法，其特征在于：包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昆霖，李昂，王新，张帅，
申请(专利权)人：成都复锦功率半导体技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：