[发明专利]一种沟槽式栅极IGBT结构及其制作方法

说明书

本发明提供了一种沟槽式栅极IGBT结构及其制作方法，基板的表面开设有环形槽，环形槽的内部设置有铅环，元胞包括n型衬底，n型衬底的底部设置有p+集电极，p+集电极的底部设置有集电极金属，n型衬底的顶部设置有p型阱，p型阱的顶部依次设置有p+型短路区和n+发射区，n型衬底的顶部开设有沟槽，沟槽位于n+发射区，沟槽的内壁设置有栅极氧化层，栅极氧化层上设置有栅极多晶层，栅极多晶层的顶部设置有氧化层，解决了目前沟槽式栅极IGBT结构存在的内部的应力会导致硅片碎片率增加、芯片良率低的问题以及在进行离子注入的过程中沟槽的侧壁经常出现包括注入损伤以及注入杂质散射造成的沟道表面浓度波动的问题，导致IGBT器件性能发生变化的问题。

技术领域

本发明涉及IGBT技术领域，具体涉及一种沟槽式栅极IGBT结构及其制作方法。

背景技术

IGBT具有MOS输入、双极输出功能，集BJT器件通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。自问世以来，很快发展成为中高功率电力电子领域的主流功率开关器件。现已被广泛应用于工业控制、汽车电子、家电产品、网络通信等领域，其中沟槽式结构由于其优异的电学特性被广泛应用于IGBT结构中，但是目前沟槽式的结构存在其内部的应力会导致内部沟槽处的应力过大，从而导致硅片碎片率增加、芯片良率低的问题，同时，在进行离子注入的过程中沟槽的侧壁经常出现包括注入损伤以及注入杂质散射造成的沟道表面浓度波动的问题，导致IGBT器件性能发生变化的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种沟槽式栅极IGBT结构及其制作方法，通过在基板的外围设置环形槽并在环形槽的内部设置铅环，利用不同材料的热膨胀系数，在进行高温沉积并冷却后产生相反方向的应力，缓解沟槽的应力，进而减少对整个基板产生的应力，从而改善了基板碎片率，设置的栅极多晶层的突出部阻挡住注入，避免注入到沟槽侧壁，避免器件性能发生变化，解决了目前沟槽式栅极IGBT结构存在的内部的应力会导致硅片碎片率增加、芯片良率低的问题以及在进行离子注入的过程中沟槽的侧壁经常出现包括注入损伤以及注入杂质散射造成的沟道表面浓度波动的问题，导致IGBT器件性能发生变化的问题。

鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种沟槽式栅极IGBT结构，包括基板，所述基板上设置有IGBT芯片，所述IGBT芯片上设置有至少大于一个元胞，所述基板的表面开设有环形槽，所述环形槽的内部设置有铅环，所述元胞包括n型衬底，所述n型衬底的底部设置有p+集电极，所述p+集电极的底部设置有集电极金属，所述n型衬底的顶部设置有p型阱，所述p型阱的顶部依次设置有p+型短路区和n+发射区，所述n型衬底的顶部开设有沟槽，所述沟槽位于所述n+发射区，所述沟槽的内壁设置有栅极氧化层，所述栅极氧化层上设置有栅极多晶层，所述栅极多晶层的顶部设置有氧化层，所述n型衬底的顶部设置有发射极金属。

作为本发明的一种优选技术方案，所述栅极多晶层的顶部边缘处设有突出部。

作为本发明的一种优选技术方案，所述IGBT芯片位于所述铅环的内部。

本发明实施例提供了还提供了一种沟槽式栅极IGBT的制作方法，包括以下步骤：

S1，在n型衬底的顶部进行P型杂质注入形成p型阱；

S2，通过化学气象沉积法在衬底的底部生成一层二氧化硅作为硬掩膜后，光罩定义沟槽结构的图案，通过刻蚀打开硬掩膜；

S3，采用刻蚀工艺，对硬掩膜打开的区域进行沟槽刻蚀，形成沟槽结构；

S4，在沟槽结构底部周围区域，通过化学气象沉积法在沟槽的表面生成一层氧化硅和掺杂多晶硅后，通过刻蚀形成作为栅极的栅氧化层和栅极多晶层；

S5，采用湿法刻蚀，去除剩余的硬掩膜；