溝槽柵型igbt器件及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及IGBT器件結構及其制造方法，尤其涉及一種溝槽柵型IGBT器件及其 制造方法。
【背景技術】
[0002] 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)是近年來最令人矚目而且發展很快的一種新型電力 電子器件。IGBT器件具有柵極高輸入阻抗、開通和關斷時具有較寬的安全工作區等特性，因 此IGBT器件在電機驅動、電焊機、電磁爐，UPS電源等方面有很廣泛的應用。
[0003] 隨著IGBT器件的不斷發展，單位面積內的電流密度提升要求也日趨緊迫，因此在 本領域的工程技術人員提出了溝槽型IGBT器件。與最初的平面柵IGBT器件相比，溝槽柵 IGBT器件單位面積上的電流密度大幅度提高，器件的面積也相應的下降，但由于溝槽密度 增加，目前的溝槽型IGBT器件的輸入電容大幅度增加，導致了不容易驅動的問題。另外，由 于常規的溝槽型IGBT器件電流比平面柵IGBT器件的電流增加很多，因此導致溝槽型IGBT 器件的魯棒性能也較差。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種溝槽柵型IGBT器件及其制造方法，能夠有 效降低輸入電容，還可以使得IGBT器件的魯棒性能可調。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種溝槽柵型IGBT器件，包括：
[0006] N型摻雜的漂移區，具有正面以及與該正面相對的背面，所述正面和背面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面；
[0007] P型摻雜的集電區，與所述漂移區的背面直接或間接地電接觸；
[0008] P型摻雜的基區，與所述漂移區的正面直接或間接地電接觸；
[0009] 第一溝槽柵結構，由所述基區的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區內，所述Z方 向垂直于所述XY平面；
[0010] N型摻雜的發射區，位于所述基區內且位于所述第一溝槽柵結構的一側或兩側；
[0011] 第二溝槽柵結構，由所述基區的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區內，所述第 三溝槽柵結構的一側或兩側具有N型摻雜的類發射區，所述第二溝槽柵結構以及類發射區 與所述發射區電性連接；
[0012] 第三溝槽柵結構，由所述基區的表面沿Z方向縱向延伸至所述漂移區內，所述第 三溝槽柵結構與所述發射區電性連接。
[0013] 根據本發明的一個實施例，所述第二溝槽柵結構與所述第三溝槽柵結構在所述XY 平面內的延伸方向相互平行。
[0014] 根據本發明的一個實施例，所述第二溝槽柵結構與所述第三溝槽柵結構在所述XY 平面內的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向。
[0015] 根據本發明的一個實施例，所述器件還包括：第四溝槽柵結構，由所述基區的表面 沿Z方向縱向延伸至所述漂移區內，所述第四溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向平行 于所述第一溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向，所述第二溝槽柵結構和第三溝槽柵 結構位于相鄰的兩個第四溝槽柵結構之間且與所述相鄰的兩個第四溝槽柵連通。
[0016] 根據本發明的一個實施例，所述第一溝槽柵結構與緊鄰的第四溝槽柵結構之間的 距離記為W1，距離W1可調。
[0017] 根據本發明的一個實施例，相鄰的兩個第二溝槽柵結構之間具有一個或多個第三 溝槽柵結構。
[0018] 根據本發明的一個實施例，緊鄰的兩個第三溝槽柵結構之間的距離記為W2,所述 第二溝槽柵結構與緊鄰的第三溝槽柵結構之間的距離記為W3,距離W2與距離W3之間的比 例可調。
[0019] 根據本發明的一個實施例，所述器件還包括：
[0020] 介質層，覆蓋所述基區、發射區、第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結構和第三溝槽柵 結構的表面，所述介質層中形成有接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述第二溝槽柵結構、類 發射區和發射區；
[0021] 發射極電極，填充在所述接觸孔內，所述第二溝槽柵結構、類發射區和發射區經由 所述發射極電極電性連接。
[0022] 根據本發明的一個實施例，所述漂移區的背面具有N型摻雜的緩沖區，所述集電 區經由所述緩沖區與所述漂移區的背面電接觸。
[0023] 根據本發明的一個實施例，所述漂移區的正面具有N型摻雜的JFET摻雜區，所述 基區形成在所述JFET摻雜區內并經由所述JFET摻雜區與所述漂移區的正面電接觸。
[0024] 為了解決上述技術問題，本發明還提供了一種溝槽柵型IGBT器件的制造方法，包 括：
[0025] 在半導體襯底的正面上生長N型摻雜的外延層，所述半導體襯底的正面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面，所述外延層作為IGBT器件的漂移區；
[0026] 在所述外延層內形成沿Z方向縱向延伸的第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結構和第 三溝槽柵結構，所述Z方向垂直于所述XY平面；
[0027] 對所述外延層進行離子注入，以在所述外延層內形成P型摻雜的基區；
[0028] 對所述基區進行離子注入，以在所述基區內形成N型摻雜的發射區和類發射區， 所述發射區位于所述第一溝槽柵結構的一側或兩側，所述類發射區位于所述第三溝槽柵結 構的一側或兩側；
[0029] 移除所述半導體襯底以暴露出所述外延層的背面；
[0030] 對所述外延層的背面進行離子注入，以形成P型摻雜的集電區；
[0031] 其中，所述第二溝槽柵結構以及類發射區與所述發射區電性連接，所述第三溝槽 柵結構與所述發射區電性連接。
[0032] 根據本發明的一個實施例，所述第二溝槽柵結構與所述第三溝槽柵結構在所述XY 平面內的延伸方向相互平行。
[0033] 根據本發明的一個實施例，所述第二溝槽柵結構與所述第三溝槽柵結構在所述XY 平面內的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向。
[0034] 根據本發明的一個實施例，在形成所述第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結構、第三溝 槽柵結構時，還一并形成第四溝槽柵結構，所述第四溝槽柵結構由所述基區的表面沿Z方 向縱向延伸至所述漂移區內，所述第四溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向平行于所 述第一溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向，所述第二溝槽柵結構和第三溝槽柵結構 位于相鄰的兩個第四溝槽柵結構之間且與所述相鄰的兩個第四溝槽柵連通。
[0035] 根據本發明的一個實施例，所述第一溝槽柵結構與緊鄰的第四溝槽柵結構之間的 距離記為W1，距離W1可調。
[0036] 根據本發明的一個實施例，相鄰的兩個第二溝槽柵結構之間具有一個或多個第三 溝槽柵結構。
[0037] 根據本發明的一個實施例，緊鄰的兩個第三溝槽柵結構之間的距離記為W2,所述 第二溝槽柵結構與緊鄰的第三溝槽柵結構之間的距離記為W3, W2與W3之間的比例可調。
[0038] 根據本發明的一個實施例，所述制造方法還包括：
[0039] 形成介質層，所述介質層覆蓋所述基區、發射區、第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結 構和第三溝槽柵結構的表面；
[0040] 對所述介質層進行刻蝕，以形成接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述第二溝槽柵 結構、類發射區和發射區；
[0041] 在所述接觸孔中填充發射極電極，所述第二溝槽柵結構、類發射區和發射區經由 所述發射極電極電性連接。
[0042] 根據本發明的一個實施例，在形成所述第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結構、第三溝 槽柵結構之前，還包括：對所述外延層進行離子注入，以在所述外延層中形成N型摻雜的 JFET摻雜區，所述基區形成在所述JFET摻雜區內。
[0043] 為了解決上述技術問題，本發明還提供了另外一種溝槽柵型IGBT器件的制造方 法，包括：
[0044] 在半導體襯底的正面上生長N型摻雜的外延層，所述半導體襯底的正面平行于由 相互垂直的X方向和Y方向界定的XY平面，所述外延層作為IGBT器件的漂移區；
[0045] 在所述外延層內形成沿Z方向縱向延伸的第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結構和第 三溝槽柵結構，所述Z方向垂直于所述XY平面；
[0046] 對所述外延層進行離子注入，以在所述外延層內形成P型摻雜的基區；
[0047] 對所述基區進行離子注入，以在所述基區內形成N型摻雜的發射區和類發射區， 所述發射區位于所述第一溝槽柵結構的一側或兩側，所述類發射區位于所述第三溝槽柵結 構的一側或兩側；
[0048] 研磨所述半導體襯底的背面以將所述半導體襯底減薄至預設的厚度，保留的半導 體襯底作為所述IGBT器件的緩沖區；
[0049] 對保留的半導體襯底的背面進行離子注入，以形成P型摻雜的集電區；
[0050] 其中，所述第二溝槽柵結構以及類發射區與所述發射區電性連接，所述第三溝槽 柵結構與所述發射區電性連接。
[0051] 根據本發明的一個實施例，所述第二溝槽柵結構與所述第三溝槽柵結構在所述XY 平面內的延伸方向相互平行。
[0052] 根據本發明的一個實施例，所述第二溝槽柵結構與所述第三溝槽柵結構在所述XY 平面內的延伸方向垂直于所述第一溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向。
[0053] 根據本發明的一個實施例，在形成所述第一溝槽柵結構、第二溝槽柵結構、第三溝 槽柵結構時，還一并形成第四溝槽柵結構，所述第四溝槽柵結構由所述基區的表面沿Z方 向縱向延伸至所述漂移區內，所述第四溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向平行于所 述第一溝槽柵結構在所述XY平面內的延伸方向，所述第二溝槽柵結構和第三溝槽柵結構 位于相鄰的兩個第四溝槽柵結構之間且與所述相鄰的兩個第四溝槽柵連通。
[0054]根據本發明的一個實施例，所述第一溝槽柵結構