一種igbt器件的制造方法及其器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種IGBT器件的制造方法及其器件。其中，方法包括利用外延技術(shù)，以P+襯底，依次外延出耐壓漂移區(qū)、P型體區(qū)外延層以及N+源區(qū)外延層，形成基體；利用光刻及刻蝕技術(shù)，在基體上開設(shè)柵區(qū)溝槽和肖特基溝槽；在柵區(qū)溝槽內(nèi)壁經(jīng)熱氧化形成柵氧化層，在柵氧化層的內(nèi)壁，通過淀積、光刻、刻蝕形成柵電極；在柵電極外表面進(jìn)行鈍化層淀積，經(jīng)光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護(hù)層；最后在肖特基溝槽的表面進(jìn)行肖特基勢(shì)壘金屬淀積、退火，形成肖特基二極管；最終得到IGBT器件。本發(fā)明提供的IGBT器件的制造方法及其器件，省去了雜質(zhì)摻雜及擴(kuò)散工藝，增強(qiáng)了柵氧化層的可靠性。
【專利說明】
一種IGBT器件的制造方法及其器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種IGBT器件的制造方法及其器件。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件，尤其是碳化硅IGBT器件及氮化鎵IGBT器件，是目前備受矚目的功率開關(guān)器件，它的驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單，且與現(xiàn)有的功率器件驅(qū)動(dòng)電路的兼容性好。
[0003]IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，是由BJT(雙極型三極管)和MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體三極管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT(也稱GTR)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。其中縱向IGBT器件，芯片背面的P型發(fā)射區(qū)，實(shí)現(xiàn)的方式主要是離子注入技術(shù)和外延技術(shù)。
[0004]由于寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件設(shè)計(jì)方面存在兩個(gè)主要技術(shù)問題:一是溝道電子迀移率低，進(jìn)而導(dǎo)致MOSFET的溝道電阻大的問題;二是在高溫、高電場(chǎng)下柵氧可靠性不足的問題;故而，寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件設(shè)計(jì)方面的主要技術(shù)問題在于寬禁帶半導(dǎo)體MOSFET器件面臨的上述技術(shù)問題。
[0005]目前，對(duì)于溝道電子迀移率低的問題，解決方式主要有兩種:
[0006]—是選擇合適的晶向，因?yàn)椴煌虻碾娮愚|移率不同，迀移率最大可以相差5倍，故而選擇高電子迀移率的晶面上形成溝道；由于碳化硅的晶向較亂，故而高電子迀移率的晶面不好選擇。
[0007]二是通過特殊的退火工藝，改善溝道界面狀態(tài)，提高溝道電子迀移率;這種特殊的退火工藝操作不便。
[0008]對(duì)于溝道柵氧可靠性的問題，解決方式主要是采用特殊的柵氧材料，如A1N、A10N等材料;而僅僅靠特殊的柵氧材料不能很好地解決溝道柵氧可靠性的問題。
[0009]另外，在寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的工藝方面仍存在難點(diǎn)，這個(gè)難點(diǎn)主要在于PN結(jié)的形式，PN結(jié)需要合適的雜質(zhì)濃度及分布，目前解決的方式是采用高溫高能量離子多次注入，再進(jìn)行高溫退火;多次注入高溫高能量離子會(huì)損傷寬禁帶半導(dǎo)體材料的晶格，而且，需要生產(chǎn)方購(gòu)進(jìn)新設(shè)備或新材料，這樣會(huì)造成固定資金的大量投入，成本增加。
[0010]綜上，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，如何克服寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的上述缺陷是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種IGBT器件的制造方法及其結(jié)構(gòu)，以解決上述問題。
[0012]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0013]本發(fā)明提供了一種IGBT器件的制造方法，包括如下步驟:
[0014]將一塊重?fù)诫s的P型寬禁帶半導(dǎo)體作為襯底，S卩P+襯底，在其上表面進(jìn)行N型外延形成耐壓漂移區(qū)，然后在所述耐壓漂移區(qū)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行P型外延形成P型體區(qū)外延層，最后在所述P型體區(qū)外延層的基礎(chǔ)上再進(jìn)行N型重?fù)诫s外延形成N+源區(qū)外延層；由所述耐壓漂移區(qū)、所述P型體區(qū)外延層和所述N+源區(qū)外延層形成基體。
[0015]在所述N+源區(qū)外延層的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第一掩膜層；并在所述第一掩膜層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕處理，進(jìn)而在所述N+源區(qū)外延層的中間位置處形成柵區(qū)溝槽刻蝕窗口 ；在所述柵區(qū)溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)所述基體進(jìn)行刻蝕，刻蝕到所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部，形成柵區(qū)溝槽。
[0016]在所述柵區(qū)溝槽的內(nèi)壁，進(jìn)行熱氧化或淀積，形成柵氧化層;在所述柵氧化層的內(nèi)側(cè)，再進(jìn)行淀積，并通過光刻、刻蝕形成柵電極;在所述柵電極的表面進(jìn)行鈍化層淀積，通過光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護(hù)層。
[0017]在所述N+源區(qū)外延層的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第二掩膜層；并在所述第二掩膜層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕處理，進(jìn)而在所述N+源區(qū)外延層的兩側(cè)邊緣位置處形成肖特基溝槽刻蝕窗口 ；在所述肖特基溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)所述基體進(jìn)行刻蝕，刻蝕到所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部，形成肖特基溝槽，且所述肖特基溝槽的深度要大于所述柵區(qū)溝槽的深度，最終形成溝槽MOSFET。
[0018]在所述肖特基溝槽的表面進(jìn)行肖特基勢(shì)皇金屬淀積、退火，形成肖特基二極管;所述溝槽MOSFET與所述肖特基二極管共用金屬電極。
[0019]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，所述P型體區(qū)外延層的厚度在0.Ιμ??-Ιμπι之間。
[0020]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，在所述P+襯底上進(jìn)行N型外延的后期，增加摻雜濃度，形成NI濃摻雜外延層;在所述柵區(qū)溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)所述基體進(jìn)行刻蝕時(shí)，刻蝕到所述NI濃摻雜外延層的內(nèi)部，形成所述柵區(qū)溝槽。
[0021]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，在形成所述柵氧化層時(shí)，增加所述柵氧化層的底部厚度。
[0022]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種IGBT器件，包括P+襯底、肖特基二極管和溝槽MOSFET；
[0023]其中，所述P+襯底與所述溝槽MOSFET的下底面固定連接；
[0024]所述溝槽MOSFET由下到上依次包括耐壓漂移區(qū)、P型體區(qū)外延層和N+源區(qū)外延層，且每相鄰兩層之間均緊密接觸;所述溝槽MOSFET的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽;所述溝槽MOSFET的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽;所述柵區(qū)溝槽和所述肖特基溝槽的底面均位于所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部;所述肖特基溝槽的深度大于所述柵區(qū)溝槽的深度。
[0025]所述溝槽MOSFET還包括柵電極;所述柵電極固定設(shè)置在所述柵區(qū)溝槽中；所述柵區(qū)溝槽與所述柵電極之間存在柵氧化層;所述柵電極高出所述柵區(qū)溝槽的部分的外圍設(shè)置有柵電極絕緣保護(hù)層；
[0026]所述肖特基二極管的下端通過所述肖特基溝槽與所述溝槽MOSFET的上端配合;所述肖特基二極管與所述溝槽MOSFET的源極共用金屬電極。
[0027]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，所述肖特基二極管包括中央溝槽和外凸起部;所述肖特基溝槽與所述外凸起部配合，所述中央溝槽與所述柵電極絕緣保護(hù)層配合。
[0028]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，所述P型體區(qū)外延層的厚度在0.Ιμ??-Ιμπι之間。
[0029]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，所述耐壓漂移區(qū)的頂面上還設(shè)置有NI濃摻雜外延層;所述NI濃摻雜外延層位于所述耐壓漂移區(qū)與所述P型體區(qū)外延層之間。
[0030]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，所述柵區(qū)溝槽的底面位于所述NI濃摻雜外延層中。
[0031]優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式，所述柵氧化層的底面厚度大于所述柵氧化層的側(cè)面厚度。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0033]本發(fā)明提供的一種IGBT器件的制造方法及其結(jié)構(gòu)，采用寬禁帶半導(dǎo)體(優(yōu)選碳化硅半導(dǎo)體或氮化鎵半導(dǎo)體)作為材料，將重?fù)诫s的P型寬禁帶半導(dǎo)體材料作為襯底;利用外延技術(shù)從襯底的上表面依次進(jìn)行N型外延、P型外延和N型重?fù)诫s外延，由下而上依次形成耐壓漂移區(qū)、P型體區(qū)外延層和N+源區(qū)外延層，這使得寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的摻雜區(qū)，全部在外延片外延的過程中進(jìn)行，克服了寬禁帶半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)摻雜、擴(kuò)散困難的問題；同時(shí)，這種制造方法能夠在現(xiàn)有的硅材料功率IGBT器件的生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，不需購(gòu)進(jìn)新設(shè)備，從而節(jié)約了很大的成本。
[0034]在進(jìn)行柵區(qū)溝槽和肖特基溝槽的刻蝕過程中，在需要進(jìn)行刻蝕的基體表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，盡量保證在對(duì)基體進(jìn)行刻蝕時(shí)，不損壞基體其他地方的完整度;之后采用光亥IJ、刻蝕技術(shù)依次形成柵區(qū)溝槽和肖特基溝槽;其中，柵區(qū)溝槽的底部位置要在耐壓漂移區(qū)內(nèi)，這樣，才能保證溝道的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及通電質(zhì)量。
[0035]柵區(qū)溝槽形成后，在其內(nèi)壁上進(jìn)行熱氧化或淀積，形成柵氧化層;之后，在柵氧化層的內(nèi)側(cè)進(jìn)行淀積，并在淀積形成的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行光刻、刻蝕形成柵電極;然后，在柵電極的表面進(jìn)行鈍化層淀積，并對(duì)鈍化層進(jìn)行光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護(hù)層，柵電極絕緣保護(hù)層將柵電極在柵區(qū)溝槽上部的部分完全包圍，使得柵電極與外部結(jié)構(gòu)絕緣，得到最終的溝槽MOSFET。最后在肖特基溝槽上進(jìn)行肖特基勢(shì)皇金屬淀積及退火，形成肖特基二極管，肖特基二極管對(duì)包圍在起內(nèi)部的耐壓漂移區(qū)的部分區(qū)域形成一個(gè)屏蔽區(qū)。
[0036]很顯然，肖特基溝槽的深度大于柵區(qū)溝槽的深度，使得在寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件承載電壓的時(shí)候，肖特基結(jié)對(duì)柵區(qū)溝槽的底部形成電場(chǎng)屏蔽，進(jìn)而降低了柵區(qū)溝槽底部柵氧化層的電場(chǎng)，改善了柵氧化層的可靠性。
[0037]另外，肖特基二極管與溝槽MOSFET的源極要共用金屬電極。
【附圖說明】
[0038]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0039 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中步驟一形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中步驟二形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中步驟三形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中步驟四形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043 ]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中步驟五形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層的情況下，步驟一形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層的情況下，步驟二形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層的情況下，步驟三形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層的情況下，步驟四形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層的情況下，步驟五形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中在步驟三中增加?xùn)叛趸瘜拥牡撞亢穸鹊那闆r下，形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加?xùn)叛趸瘜拥牡撞亢穸鹊那闆r下，步驟四形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加?xùn)叛趸瘜拥牡撞亢穸鹊那闆r下，步驟五形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層的情況下，又在步驟三中增加?xùn)叛趸瘜拥牡撞亢穸刃纬傻腎GBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層且增加?xùn)叛趸瘜拥牡撞亢穸鹊那闆r下，步驟四形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖16為本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法中增加NI濃摻雜外延層且增加?xùn)叛趸瘜拥牡撞亢穸鹊那闆r下，步驟五形成的IGBT器件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]附圖標(biāo)記說明:
[0056]肖特基二極管I;溝槽M0SFET2; P+襯底3;
[0057]外凸起部11;
[0058]柵電極絕緣保護(hù)層21;耐壓漂移區(qū)22; P型體區(qū)外延層23;
[0059]N+源區(qū)外延層24;柵區(qū)溝槽25;肖特基溝槽26;
[0060]柵電極27;柵氧化層28;
[0061 ] NI濃摻雜外延層221; 屏蔽區(qū)222。
【具體實(shí)施方式】
[0062]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0063]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0064]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0065]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0066]參見圖1-圖5，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種IGBT器件的制造方法，包括如下步驟；
[0067]步驟一，將一塊重?fù)诫s的P型寬禁帶半導(dǎo)體(優(yōu)選碳化硅半導(dǎo)體或氮化鎵半導(dǎo)體)材料作為襯底，在其上表面進(jìn)行N型外延形成耐壓漂移區(qū)22，然后在耐壓漂移區(qū)22的基礎(chǔ)上再進(jìn)行P型外延形成P型體區(qū)外延層23，最后在P型體區(qū)外延層23的基礎(chǔ)上再進(jìn)行N型重?fù)诫s外延形成N+源區(qū)外延層24，由耐壓漂移區(qū)22、P型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24形成基體(具體參見圖1)。
[0068]步驟二，在N+源區(qū)外延層24的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第一掩膜層(圖中未示出)；并在第一掩膜層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕處理，進(jìn)而在N+源區(qū)外延層24的中間位置處形成柵區(qū)溝槽刻蝕窗口(圖中未示出)；
[0069]在柵區(qū)溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)基體進(jìn)行刻蝕，刻蝕到耐壓漂移區(qū)22的內(nèi)部，形成柵區(qū)溝槽25(具體參見圖2)。
[0070]步驟三，在柵區(qū)溝槽25的內(nèi)壁，進(jìn)行熱氧化或淀積，形成柵氧化層28;
[0071]在柵氧化層28的內(nèi)側(cè)，再進(jìn)行淀積，并通過光刻、刻蝕形成柵電極27;
[0072]在柵電極27的表面進(jìn)行鈍化層淀積，通過光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護(hù)層21(具體參見圖3)。
[0073]步驟四，在N+源區(qū)外延層24的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第二掩膜層(圖中未示出)；并在第二掩膜層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕處理，進(jìn)而在N+源區(qū)外延層24的兩側(cè)邊緣位置處形成肖特基溝槽刻蝕窗口(圖中未示出)；
[0074]在肖特基溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)基體進(jìn)行刻蝕，刻蝕到耐壓漂移區(qū)22的內(nèi)部，形成肖特基溝槽26，且肖特基溝槽26的深度要大于柵區(qū)溝槽25的深度;最終形成溝槽M0SFET2(具體參見圖4)。
[0075]步驟五，在肖特基溝槽26的表面進(jìn)行肖特基勢(shì)皇金屬淀積、退火，形成肖特基二極管I;溝槽M0SFET2與肖特基二極管I共用金屬電極(具體參見圖5)。
[0076]在上述IGBT器件的制造方法中，采用寬禁帶半導(dǎo)體(優(yōu)選碳化硅半導(dǎo)體或氮化鎵半導(dǎo)體)作為材料，將重?fù)诫s的P型寬禁帶半導(dǎo)體材料作為襯底;利用外延技術(shù)從襯底的上表面依次進(jìn)行N型外延、P型外延和N型重?fù)诫s外延，由下而上依次形成耐壓漂移區(qū)22、P型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24，這使得寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的摻雜區(qū)，全部在外延片外延的過程中進(jìn)行，克服了寬禁帶半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)摻雜、擴(kuò)散困難的問題；同時(shí)，這種制造方法能夠在現(xiàn)有的硅材料功率IGBT器件的生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，不需購(gòu)進(jìn)新設(shè)備，從而節(jié)約了很大的成本。
[0077]在進(jìn)行柵區(qū)溝槽25和肖特基溝槽26的刻蝕過程中，在需要進(jìn)行刻蝕的基體表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，盡量保證在對(duì)基體進(jìn)行刻蝕時(shí)，不損壞基體其他地方的完整度;之后采用光刻、刻蝕技術(shù)依次形成柵區(qū)溝槽25和肖特基溝槽26;其中，柵區(qū)溝槽25的底部位置要在耐壓漂移區(qū)22內(nèi)，這樣，才能保證溝道的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及通電質(zhì)量。
[0078]柵區(qū)溝槽25形成后，在其內(nèi)壁上進(jìn)行熱氧化或者淀積，形成柵氧化層28;之后，在柵氧化層28的內(nèi)側(cè)進(jìn)行淀積，并在淀積形成的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行光刻、刻蝕形成柵電極27;然后，在柵電極27的表面進(jìn)行鈍化層淀積，并對(duì)鈍化層進(jìn)行光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護(hù)層21，柵電極絕緣保護(hù)層21將柵電極27在柵區(qū)溝槽25的上部的部分完全包圍，使得柵電極27與外部結(jié)構(gòu)絕緣，得到最終的溝槽M0SFET2。最后在肖特基溝槽26上進(jìn)行肖特基勢(shì)皇金屬淀積及退火，形成肖特基二極管I，肖特基二極管I對(duì)包圍在其內(nèi)部的耐壓漂移區(qū)22的部分區(qū)域形成一個(gè)屏蔽區(qū)222。
[0079]很顯然，肖特基溝槽26的深度大于柵區(qū)溝槽25的深度，使得在寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件承載電壓的時(shí)候，肖特基結(jié)對(duì)柵區(qū)溝槽25的底部形成電場(chǎng)屏蔽，進(jìn)而降低了柵區(qū)溝槽25的底部的柵氧化層28的電場(chǎng)，改善了柵氧化層28的可靠性。
[0080]另外，肖特基二極管I與溝槽M0SFET2的源極要共用金屬電極。
[0081]需要說明的是，P+即代表重?fù)诫s的P型半導(dǎo)體。
[0082]特別地，為了進(jìn)一步增大寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的溝道電子的迀移率，降低溝道電阻，在外延過程中，溝槽M0SFET2的P型體區(qū)外延層23采用超薄的P型外延，厚度在0.1μπι-1Mi之間，且在不發(fā)生隧道擊穿的前提下，P型體區(qū)外延層23應(yīng)盡量的薄，以使得MOSFET的溝道長(zhǎng)度非常短，進(jìn)而達(dá)到降低溝道電阻的目的。
[0083]為了進(jìn)一步增強(qiáng)本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法的實(shí)用性，還可以實(shí)行以下三種改進(jìn)方式。
[0084]參見圖6、圖7、圖8、圖9或圖10，增加NI濃摻雜外延層221的情況:
[0085]考慮到肖特基二極管I對(duì)溝槽M0SFET2的屏蔽區(qū)222，存在導(dǎo)通電阻的損失，故而，在外延時(shí)，為減少損失，優(yōu)選的，對(duì)這一區(qū)域的外延層增加摻雜濃度，即在P+襯底3上進(jìn)行N型外延的后期，增加摻雜濃度，形成NI濃摻雜外延層221，降低屏蔽區(qū)222的電阻。
[0086]為適應(yīng)上述優(yōu)選方案，柵區(qū)溝槽25的底面應(yīng)位于NI濃摻雜外延層221中，這就要求在刻蝕柵區(qū)溝槽25時(shí)，應(yīng)把握好柵區(qū)溝槽25的底部位置，即要刻蝕到NI濃摻雜外延層221的內(nèi)部。
[0087]參見圖11、圖12或圖13，增加?xùn)叛趸瘜?8的底部厚度的情況:
[0088]考慮到增加溝槽M0SFET2中柵區(qū)溝槽25的底部耐壓能力，使得寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的性能有所提高，故而，在形成柵氧化層28時(shí)，優(yōu)選地，增加?xùn)叛趸瘜?8的底部厚度。
[0089]參見圖14、圖15或圖16，增加NI濃摻雜外延層221與增加?xùn)叛趸瘜?8的底部厚度的組合方案，既可降低屏蔽區(qū)222的電阻，又可提高寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的性能。
[0090]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種IGBT器件，參見圖1-圖5，它是根據(jù)上述IGBT器件的制造方法制造的，包括P+襯底3、肖特基二極管I和溝槽M0SFET2。
[0091]其中，溝槽M0SFET2由下到上依次包括耐壓漂移區(qū)22、Ρ型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24，且每相鄰兩層之間均緊密接觸；溝槽M0SFET2的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽25;溝槽M0SFET2的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽26;柵區(qū)溝槽25和肖特基溝槽26的底面均位于耐壓漂移區(qū)22的內(nèi)部；肖特基溝槽26的深度大于柵區(qū)溝槽25的深度。
[0092]溝槽M0SFET2還包括柵電極27;柵電極27固定設(shè)置在柵區(qū)溝槽25中；柵區(qū)溝槽25與柵電極27之間存在柵氧化層28;柵電極27高出柵區(qū)溝槽25的部分的外圍設(shè)置有柵電極絕緣保護(hù)層21。
[0093]肖特基二極管I的下端通過肖特基溝槽26與溝槽M0SFET2的上端配合；肖特基二極管I與溝槽M0SFET2的源極共用金屬電極。
[0094]需要說明的是，本發(fā)明提供的IGBT器件，無需采用特殊的柵氧材料便克服了溝道柵氧化層可靠性不足的問題，使得寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的制造工藝更加便捷，節(jié)約了成本。
[0095]在本發(fā)明提供的IGBT器件的具體結(jié)構(gòu)中，肖特基二極管I包括中央溝槽和外凸起部11;外凸起部11用來與溝槽M O S F E T 2上的肖特基溝槽2 6配合，中央溝槽用來與溝槽M0SFET2上端的柵電極絕緣保護(hù)層21配合。
[0096]特別地，P型體區(qū)外延層23的厚度應(yīng)設(shè)置在0.Ιμ??-?μπι之間，以增大寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件上的溝道電子迀移率，降低溝道電阻。
[0097]依據(jù)上述IGBT器件的制造方法的三種改進(jìn)方式，可形成如下三種結(jié)構(gòu):
[0098]參見圖6-圖10，增加NI濃摻雜外延層221的情況:
[0099]在器件結(jié)構(gòu)上，NI濃摻雜外延層221設(shè)置在耐壓漂移區(qū)22的頂面上，S卩NI濃摻雜外延層221位于耐壓漂移區(qū)22與P型體區(qū)外延層23之間；另外，NI濃摻雜外延層221位于屏蔽區(qū)222內(nèi)，柵區(qū)溝槽25的底面位于NI濃摻雜外延層221中，以到達(dá)如上所述的目的。
[0100]參見圖11-圖13，增加?xùn)叛趸瘜?8的底部厚度的情況:
[0101]在器件結(jié)構(gòu)上，柵氧化層28的底部厚度要大于其側(cè)面厚度，進(jìn)而使得寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的性能有所提高。
[0102]參見圖14-圖16，增加NI濃摻雜外延層221與增加?xùn)叛趸瘜?8的底部厚度的組合方案，既可降低屏蔽區(qū)222的電阻，又可提高寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的性能。
[0103]具體的，肖特基溝槽26為環(huán)形結(jié)構(gòu)件，并利用這種結(jié)構(gòu)將溝槽M0SFET2的上半部分包圍起來，并在耐壓漂移區(qū)22中形成屏蔽區(qū)222.
[0104]特別地，P+襯底3對(duì)設(shè)置在其上的結(jié)構(gòu)，起到了支撐作用，故而P+襯底的厚度不能太薄，否則容易發(fā)生變形，可將厚度設(shè)置在5μπι-500μπι之間。
[0105]另外，N+源區(qū)外延層應(yīng)該盡量地薄，厚度應(yīng)小于Ιμ??;最優(yōu)的，厚度選為0.5μπι。
[0106]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法及其器件，能夠克服寬禁帶半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)摻雜、擴(kuò)散困難的問題，且可在現(xiàn)有的硅功率IGBT生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)，能夠降低溝道電阻，增強(qiáng)柵氧化層的可靠性;使得寬禁帶半導(dǎo)體IGBT器件的性能得以提高，制造成本得以降低。所以，本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT器件的制造方法及其器件，必將帶來良好的市場(chǎng)前景。
[0107]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 將一塊重?fù)诫s的P型寬禁帶半導(dǎo)體材料作為襯底，即P+襯底，在其上表面進(jìn)行N型外延形成耐壓漂移區(qū)，然后在所述耐壓漂移區(qū)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行P型外延形成P型體區(qū)外延層，最后在所述P型體區(qū)外延層的基礎(chǔ)上再進(jìn)行N型重?fù)诫s外延形成N+源區(qū)外延層；由所述耐壓漂移區(qū)、所述P型體區(qū)外延層和所述N+源區(qū)外延層形成基體； 在所述N+源區(qū)外延層的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第一掩膜層;并在所述第一掩膜層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕處理，進(jìn)而在所述N+源區(qū)外延層的中間位置處形成柵區(qū)溝槽刻蝕窗口； 在所述柵區(qū)溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)所述基體進(jìn)行刻蝕，刻蝕到所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部，形成柵區(qū)溝槽； 在所述柵區(qū)溝槽的內(nèi)壁，進(jìn)行熱氧化或淀積，形成柵氧化層； 在所述柵氧化層的內(nèi)側(cè)，再進(jìn)行淀積，并通過光刻、刻蝕形成柵電極； 在所述柵電極的表面進(jìn)行鈍化層淀積，通過光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護(hù)層； 在所述N+源區(qū)外延層的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第二掩膜層;并在所述第二掩膜層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕處理，進(jìn)而在所述N+源區(qū)外延層的兩側(cè)邊緣位置處形成肖特基溝槽刻蝕窗口； 在所述肖特基溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)所述基體進(jìn)行刻蝕，刻蝕到所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部，形成肖特基溝槽，且所述肖特基溝槽的深度要大于所述柵區(qū)溝槽的深度，最終形成溝槽MOSFET; 在所述肖特基溝槽的表面進(jìn)行肖特基勢(shì)皇金屬淀積、退火，形成肖特基二極管;所述溝槽MOSFET與所述肖特基二極管共用金屬電極。2.如權(quán)利要求1所述的IGBT器件的制造方法，其特征在于， 所述P型體區(qū)外延層的厚度在0.Ιμ??-Ιμπι之間。3.如權(quán)利要求2所述的IGBT器件的制造方法，其特征在于， 在所述P+襯底上進(jìn)行N型外延的后期，增加摻雜濃度，形成NI濃摻雜外延層;在所述柵區(qū)溝槽刻蝕窗口的位置，對(duì)所述基體進(jìn)行刻蝕時(shí)，刻蝕到所述NI濃摻雜外延層的內(nèi)部，形成所述柵區(qū)溝槽。4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的IGBT器件的制造方法，其特征在于， 在形成所述柵氧化層時(shí)，增加所述柵氧化層的底部厚度。5.一種IGBT器件，其特征在于，包括P+襯底、肖特基二極管和溝槽MOSFET; 其中，所述P+襯底與所述溝槽MOSFET的下底面固定連接； 所述溝槽MOSFET由下到上依次包括耐壓漂移區(qū)、P型體區(qū)外延層和N+源區(qū)外延層，且每相鄰兩層之間均緊密接觸；所述溝槽MOSFET的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽;所述溝槽MOSFET的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽;所述柵區(qū)溝槽和所述肖特基溝槽的底面均位于所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部;所述肖特基溝槽的深度大于所述柵區(qū)溝槽的深度； 所述溝槽MOSFET還包括柵電極;所述柵電極固定設(shè)置在所述柵區(qū)溝槽中；所述柵區(qū)溝槽與所述柵電極之間存在柵氧化層;所述柵電極高出所述柵區(qū)溝槽的部分的外圍設(shè)置有柵電極絕緣保護(hù)層； 所述肖特基二極管的下端通過所述肖特基溝槽與所述溝槽MOSFET的上端配合； 所述肖特基二極管與所述溝槽MOSFET的源極共用金屬電極。6.如權(quán)利要求5所述的IGBT器件，其特征在于， 所述肖特基二極管包括中央溝槽和外凸起部;所述肖特基溝槽與所述外凸起部配合，所述中央溝槽與所述柵電極絕緣保護(hù)層配合。7.如權(quán)利要求5所述的IGBT器件，其特征在于， 所述P型體區(qū)外延層的厚度在0.Ιμ??-Ιμπι之間。8.如權(quán)利要求7所述的IGBT器件，其特征在于， 所述耐壓漂移區(qū)的頂面上還設(shè)置有NI濃摻雜外延層;所述NI濃摻雜外延層位于所述耐壓漂移區(qū)與所述P型體區(qū)外延層之間。9.如權(quán)利要求8所述的IGBT器件，其特征在于， 所述柵區(qū)溝槽的底面位于所述NI濃摻雜外延層中。10.如權(quán)利要求5-9任一項(xiàng)所述的IGBT器件，其特征在于， 所述柵氧化層的底面厚度大于所述柵氧化層的側(cè)面厚度。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK105977157SQ201610589984
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】劉廣海, 葉武陽(yáng), 宋宏德, 邢文超, 賈國(guó)
【申請(qǐng)人】吉林華微電子股份有限公司