[发明专利]具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管及其制备方法。该具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管包括：N^‑掺杂的硅衬底，其形成有P型阱区和载流子存储层，其中载流子存储层位于P型阱区下方；沟槽，贯穿所述P型阱区和载流子存储层；第一栅氧层形成在所述沟槽底部和侧壁上，第一多晶硅层覆盖第一栅氧层并填充沟槽下部；第二栅氧层形成在所述第一多晶硅层和沟槽上部侧壁上，第二多晶硅层覆盖第二栅氧层并填充沟槽上部；P⁺区形成在P阱区的上部边缘，N⁺区形成在P阱区的上部中间区域；第三多晶硅层，形成在所述P⁺区上方；第四氧化层，覆盖器件上表面；背部P阱区，形成在硅衬底底部；背部N阱区位于背部P阱区上方。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管及其制备方法。

背景技术

电力电子设备是电力电子技术发展与进步的基础。高性能电力电子设备可以节省电能，从而节省化石能源并减少环境污染。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是MOSFET控制的双极结型晶体管(BJT)，它结合了功率MOSFET的高频特性和BJT的低导通压降优点，具有高输入阻抗和低开关损耗等特点。目前IGBT已经成为能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。

尽管IGBT具有处理高电压和大电流的特性，但由于N^-漂移区存在大量多余的载流子，因此它在关闭时会出现电流拖尾现象。相应地，IGBT导通压降与关断时间(或关断功耗)之间存在折衷关系。载流子存储槽栅双极型晶体管(CSTBT)结构极大的优化器件的这一折衷关系，成为IGBT器件发展史的一大突破。但是CSTBT的P体区域下方的载流子存储层(CS层)在导通状态下抑制了阴极侧空穴的聚集，从而提高了CSTBT在阴极侧的空穴浓度和电导率调制。但是沟槽底部的存在使栅极与集电极的耦合面积比平面器件更多。随着沟槽栅单元尺寸的不断缩小，寄生电容逐渐增加，动态损耗不断增加，这限制了CSTBT在中高频领域中的应用。

发明内容

本发明公开一种具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管制备方法，包括以下步骤：在N^-掺杂的硅衬底上通过P型离子注入形成P型阱区；刻蚀形成沟槽，生长第一氧化层作为第一栅氧层，使其覆盖所述沟槽表面并延伸覆盖所述P型阱区表面；淀积第一多晶硅层，使其覆盖所述沟槽表面的第一氧化层，并完全填充沟槽，对第一多晶硅层进行刻蚀，在沟槽内保留一定厚度的第一多晶硅层；在第一多晶硅层表面生长第二氧化层作为第二栅氧层，使其覆盖第一氧化层表面；在第二氧化层表面淀积第二多晶硅层，使其覆盖第二氧化层，并完全填充沟槽，对第二多晶硅层进行化学机械抛光，使其上表面与第二氧化层的上表面相持平；刻蚀所述第二氧化层，仅保留边缘处的第二氧化层，使所述第二多晶硅层和部分所述P型阱区表面露出，通过N型离子注入形成N⁺区，去除表面的第二氧化物层以露出衬底；通过高能N型离子注入在P型阱区下方形成载流子存储层；淀积第三氧化层覆盖衬底表面，刻蚀去除边缘处的第三氧化层以露出部分硅衬底，进行P型离子注入形成P⁺区；在所述P⁺区上方形成第三多晶硅层；生长第四氧化层，覆盖所述第三多晶硅层表面；通过P型离子注入形成背部P阱区，通过N型离子注入形成背部N阱区，其中背部P阱区位于底部，背部N阱区位于背部P阱区上方。

本发明的具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管制备方法中，优选为，所述第一多晶硅层的上表面与所述P阱区的下表面接近。

本发明的具有分裂栅的载流子存储槽栅双极型晶体管制备方法中，优选为，所述高能N型离子注入的注入剂量为2×10¹³cm^-2，能量为180KeV。