專利名稱：絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種晶體管，尤其是通過將柵極電極形成為條狀，由此來實現能夠耐高圧且柵極容量小的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)。
背景技術：
現有技術的絕緣柵雙極型晶體管，例如日本特開2009-152364號專利公報中記載的絕緣柵雙極型晶體管。如圖1所示，該絕緣柵雙極型晶體管的半導體單元I具有層間絕緣膜12，該層間絕緣膜12具有延伸部121，其覆蓋在柵極電極116上，并在第2方向(Y方向)上延伸；連結部122，其在第2方向上以一定間隔連結在第I方向(X方向)上相鄰的各個延伸部121 ;以及由延伸部121和連結部122規定出來的開口部123，在該開口部123中，露出基極區域112的主面和射極區域113的主面。并且，連結部122下面的在第2方向上的第2寬度的尺寸122W，設定得比在該層間絕緣膜12的延伸部121下面的射極區域113的在第I方向上的第I寬度的尺寸121W大。在上述的結構中，當121W的寬度小時，會出現在該部分容易折斷的缺陷。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種絕緣柵雙極型晶體管，使得其柵極溝槽結構不易折斷。為了實現上述目的，本實用新型提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，其具有半導體襯底，其具有第I主面以及第2主面并且在所述第I主面上還具有多個溝槽；射極電極，其配置在所述第I主面上；集電極電極，其配置在所述第2主面上；絕緣膜，其配置在所述溝槽的壁面上；柵極電極，其配置在所述溝槽中；以及層間絕緣膜，其形成在所述溝槽上方，并處于所述射極電極和所述溝槽間，所述半導體襯底具有 第I導電型的集電極區域，其配置成在所述第2主面上露出；第2導電型的漂移區域，其配置在所述集電極區域的上方;第I導電性的基極區域，其配置在所述第2導電型的漂移區域的上方；以及第2導電型的射極區域，其鄰接配置在與所述第I導電型的基極區域并且在所述第I主面上露出，所述溝槽具有比從所述第I主面起到所述第I導電型的基極區域的下部更深的深度，在所述溝槽間，形成凹陷部，使得所述射極區域和所述第I導電型的基極區域露出，所述凹陷部由第I凹陷部和第2凹陷部構成，所述凹陷部具有在所述第I凹陷部的底部的內側設置有比所述第I凹陷部的寬度窄的第2凹陷部的結構。本實用新型還提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，其具有半導體襯底，其具有第I主面以及第2主面并且還具有在所述第I主面上并行延伸的多個溝槽；射極電極，其配置在所述第I主面上；集電極電極，其配置在所述第2主面上；絕緣膜，其配置在所述溝槽的壁面上；柵極電極，其配置在所述溝槽中；以及層間絕緣膜，其形成在所述溝槽上方，并處于所述射極電極和所述溝槽間，所述半導體襯底具有 第I導電型的集電極區域，其配置成在所述第2主面上露出；第2導電型的漂移區域，其配置在所述集電極區域的上方;第I導電性的基極區域，其配置在所述第2導電型的漂移區域的上方；以及第2導電型的射極區域，其鄰接配置在與所述第I導電型的基極區域并且在所述第I主面上露出，所述溝槽具有比從所述第I主面起到所述第I導電型的基極區域的下部更深的深度，在所述溝槽間，形成凹陷部，使得所述射極區域和所述第I導電型的基極區域露出，所述凹陷部由第I凹陷部和第2凹陷部構成，所述凹陷部具有在所述第I凹陷部的底部的內側設置有比所述第I凹陷部的寬度窄的第2凹陷部的結構。通過本實用新型的2階段的凹陷部的結構，使得其柵極溝槽結構不易折斷。
圖1是現有技術的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。圖2是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的局部截面圖。圖3是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。
圖4是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的俯視結構示意圖。圖5是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的溝槽排列形態的結構示意圖。圖6是本實用新型的實施例二的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。圖7是本實用新型的實施例三的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。圖8是本實用新型的實施例四的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。
具體實施方式
實施例一參照圖1-3，其中，圖2是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的局部截面圖。圖3是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。圖2和圖3示出了本實用新型的絕緣柵雙極型晶體管的主要結構。本發明的絕緣柵雙極型晶體管與圖1所示的現有技術的絕緣柵雙極型晶體管的不同之處主要在于溝槽11間形成的凹陷部以及層間絕緣膜的結構。因此，圖3中僅示意性的示出了不同的部分，而對于與現有技術相同的部分均省略了標號，為標注標號的部分可以參照圖1。本實用新型的絕緣柵雙極型晶體管具有半導體襯底，其具有第I主面10以及第2主面20并且在第I主面上還具有多個溝槽11 ;射極電極，其配置在第I主面10上；集電極電極，其配置在第2主面20上；絕緣膜，其配置在溝槽11的壁面上；柵極電極116，其配置在溝槽11中；以及層間絕緣膜12，其形成在溝槽11上方，并處于射極電極和溝槽11間，其中，半導體襯底具有第I導電型的集電極區域110，其配置成在第2主面20上露出；第2導電型的漂移區域111，其配置在集電極區域110的上方；第I導電性的基極區域112，其配置在第2導電型的漂移區域111的上方；以及第2導電型的射極區域113，其鄰接配置在與第I導電型的基極區域112并且在第I主面10上露出，溝槽11具有比從第I主面10起到第I導電型的基極區域112的下部更深的深度。在溝槽11間，形成凹陷部，使得射極區域113和第I導電型的基極區域112露出，凹陷部由第I凹陷部51和第2凹陷部52構成，凹陷部具有在第I凹陷部51的底部的內側設置有比第I凹陷部的寬度窄的第2凹陷部52的結構。如圖2所示，本實施例的絕緣柵雙極型晶體管具有第I凹陷部51，該第I凹陷部從溝槽11間的射極層113的表面起，貫通射極層113，達到基極層112，在第I凹陷部51的底部，設置有比第I凹陷部51的寬度窄的第2凹陷部52。即第I凹陷部51和第2凹陷部52構成了 2段式的構造(從圖3中也看看出)。另外，如圖2所示，在第I凹陷部51的底面的到第2凹陷部52的區域中，可以形成有與半導體襯底的第I主面10平行的平坦部53。通過這樣的結構，抽取空穴的接觸面積變大了，并且防止折斷的效果也增強了。為了形成上述結構，可以在露出射極層113的區域的主面時，進行刻蝕從而形成階段形狀。由此，可以確保在射極區域113附近形成上部窄底部寬的結構，從而提高了射極區域113底部的強度，進而使得該部位不易折斷。因此，克服了上述背景技術中存在的缺陷。在上述結構中，第2凹陷部52的深度可以比第I凹陷部51的深度淺。另外，層間絕緣膜12的厚度可以是從射極層113的表面開始到第2凹陷部52為止的深度的0. 5-3
倍。 具體而言，本實施例的層間絕緣膜12和2段結構的凹陷部可以采用如下尺寸層間絕緣膜12的厚度a為0. 3-2 u m，層間絕緣膜12以下至第I凹陷部51的階段的厚度b為0. 3-0. 5iim，第 2 凹陷部 52 的厚度 c 為 0. 1-0. 2 u m0通過本實施例的結構可以看出，即使在層間絕緣膜12施加沿著紙面橫方向的應力，柵極溝槽結構也不易折斷。對于上述的多個溝槽的排列方式，可以如圖1和圖3所示的，在第I主面10上并行延伸，也可以如圖5那樣，沒有連成多個直線狀，而是以分散方式排列。圖5是本實用新型的實施例一的絕緣柵雙極型晶體管的溝槽排列形態的結構示意圖。在圖5中，每個方塊部分示出了溝槽附近的俯視結構，包括溝槽11、配置在溝槽11的壁面上的柵極絕緣膜115、射極層113以及基極層112.圖4是本實用新型的實施例的絕緣柵雙極型晶體管的俯視結構示意圖，其中，溝槽11以長條狀示出，下方的方形區域為柵極焊盤27。本實施例中，設置了深的凹陷部，在距離射極層遠的地方變得易于抽取空穴，所以可以提高耐量Dv/dt。另一方面，如果挖掘得深，則存在溝槽的橫向部分易于折斷的缺點，為了改善這種狀況，使用兩階段的構造。實施例二如圖6所示，其為本實用新型的實施例二的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖，本實施例與上述實施例不同之處在于從俯視的視角來看，在溝槽11間，在溝槽11的延伸方向上交替地配置有射極層113和基極層112。實施例三如圖7所示，其為本實用新型的實施例三的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖，本實施例與上述各實施例的不同之處在于絕緣柵雙極型晶體管還可以形成有在基極區域112和漂移區域111之間與漂移區域111相接并且與漂移區域111相比雜質濃度還高的介入層31。為了降低IGBT的開啟電阻，設置了介入層的結構。由于在介入層和漂移層的邊界附近蓄積了空穴，所以在關閉時殘留的該蓄積的空穴易于抽取，使得兩階段凹陷部的結構具有更好的效果。實施例四如圖8所示，其為本實用新型的實施例四的絕緣柵雙極型晶體管的結構示意圖。本實施例與上述各實施例的不同之處在于溝槽11從半導體襯底的第I主面10向底部逐漸變窄。如圖8所示，在溝槽與第2凹陷部之間存在一個雙向箭頭，隨著溝槽寬度的變窄，箭頭的寬度變長，強度也隨之增加。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和 范圍。
權利要求1.一種絕緣柵雙極型晶體管，其具有 半導體襯底，其具有第I主面以及第2主面并且在所述第I主面上還具有多個溝槽；射極電極，其配置在所述第I主面上；集電極電極，其配置在所述第2主面上；絕緣膜，其配置在所述溝槽的壁面上；柵極電極，其配置在所述溝槽中；以及層間絕緣膜，其形成在所述溝槽上方，并處于所述射極電極和所述溝槽間，其特征在于， 所述半導體襯底具有 第I導電型的集電極區域，其配置成在所述第2主面上露出； 第2導電型的漂移區域，其配置在所述集電極區域的上方； 第I導電性的基極區域，其配置在所述第2導電型的漂移區域的上方；以及第2導電型的射極區域，其鄰接配置在與所述第I導電型的基極區域并且在所述第I主面上露出， 所述溝槽具有比從所述第I主面起到所述第I導電型的基極區域的下部更深的深度， 在所述溝槽間，形成凹陷部，使得所述射極區域和所述第I導電型的基極區域露出， 所述凹陷部由第I凹陷部和第2凹陷部構成，所述凹陷部具有在所述第I凹陷部的底部的內側設置有比所述第I凹陷部的寬度窄的第2凹陷部的結構。
2.一種絕緣柵雙極型晶體管，其具有 半導體襯底，其具有第I主面以及第2主面并且還具有在所述第I主面上并行延伸的多個溝槽；射極電極，其配置在所述第I主面上；集電極電極，其配置在所述第2主面上；絕緣膜，其配置在所述溝槽的壁面上；柵極電極，其配置在所述溝槽中；以及層間絕緣膜，其形成在所述溝槽上方，并處于所述射極電極和所述溝槽間，其特征在于， 所述半導體襯底具有 第I導電型的集電極區域，其配置成在所述第2主面上露出； 第2導電型的漂移區域，其配置在所述集電極區域的上方； 第I導電性的基極區域，其配置在所述第2導電型的漂移區域的上方；以及第2導電型的射極區域，其鄰接配置在與所述第I導電型的基極區域并且在所述第I主面上露出， 所述溝槽具有比從所述第I主面起到所述第I導電型的基極區域的下部更深的深度， 在所述溝槽間，形成凹陷部，使得所述射極區域和所述第I導電型的基極區域露出， 所述凹陷部由第I凹陷部和第2凹陷部構成，所述凹陷部具有在所述第I凹陷部的底部的內側設置有比所述第I凹陷部的寬度窄的第2凹陷部的結構。
3.根據權利要求2所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于， 在所述溝槽間，在所述溝槽的延伸方向上交替地配置有射極層和基極層。
4.根據權利要求1-3中任一權利要求所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，形成有在所述基極區域和所述漂移區域之間與所述漂移區域相接并且與所述漂移區域相比雜質濃度還高的介入層。
5.根據權利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于， 所述第I凹陷部的底面的到第2凹陷部的區域中，形成有與所述半導體襯底的第I主面平行的平坦部。
6.根據權利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于，所述溝槽從所述半導體襯底的第1主面向底部逐漸變窄。
專利摘要本實用新型提供了一種絕緣柵雙極型晶體管，在其溝槽間，形成有凹陷部，使得射極區域和第1導電型的基極區域露出，凹陷部由第1凹陷部和第2凹陷部構成，凹陷部具有在第1凹陷部的底部的內側設置有比第1凹陷部的寬度窄的第2凹陷部的結構。通過本實用新型的2階段的凹陷部的結構，使得其柵極溝槽結構不易折斷。
文檔編號H01L29/06GK202888184SQ20122034190
公開日2013年4月17日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者鳥居克行 申請人:三墾電氣株式會社