[发明专利]一种沟槽栅电荷存储型RC-IGBT及其制造方法

摘要

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及逆导型沟槽栅电荷存储型绝缘栅双极型晶体管。本发明在一定的器件沟槽深度和沟槽MOS结构密度的情况下，通过在沟槽内引入与发射极相连的侧面分裂电极，减小了器件的栅极电容，提高了器件的开关速度，减小了开关损耗，改善了正向导通压降和开关损耗的折中，同时减小了MOS沟道的密度，改善了IGBT的短路安全工作区，提高了器件的性能和可靠性；在反向续流二极管工作模式时使反向续流二极管工作于多子模式，具有低的二极管导通压降，改善了续流二极管的反向恢复特性。

主权项

1.一种沟槽栅电荷存储型RC‑IGBT的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：选取N型轻掺杂单晶硅片作为器件的N型漂移区(9)，选取的硅片厚度为300～600um，掺杂浓度为1013～1014个/cm3；在硅片背面通过离子注入N型杂质并退火制作器件的N型场阻止层(10)，形成的N型场阻止层的厚度为15～30微米，离子注入能量为1500keV～2000keV，注入剂量为1013～1014个/cm2，退火温度为1200‑1250℃，退火时间为300～600分钟；所述N型场阻止层(10)位于N型漂移区(9)的下表面；第二步：翻转并减薄硅片，在硅片表面通过预氧化、光刻、刻蚀、离子注入和高温退火工艺，在硅片正面制作器件的终端结构；第三步：在硅片表面生长一层场氧，光刻出有源区，再生长一层预氧后先通过离子注入N型杂质制作器件的N型电荷存储层(8)，离子注入的能量为200～500keV，注入剂量为1013～1014个/cm2；然后通过离子注入P型杂质并退火制作器件的P型基区(7)，离子注入的能量为60～120keV，注入剂量为1013～1014个/cm2，退火温度为1100‑1150℃，退火时间为10～30分钟；所述P型基区(7)位于N型电荷存储层(8)的上表面；第四步：在硅片表面淀积一层TEOS，厚度为700～1000nm，光刻出窗口后，进行沟槽硅刻蚀，刻蚀出沟槽，沟槽的深度超过N型电荷存储层(8)的结深；沟槽刻蚀完成后，通过HF溶液将表面的TEOS漂洗干净；第五步：通过热氧化在沟槽内壁生长氧化层，形成的底部氧化层厚度大于侧壁氧化层的厚度，并且获得的侧壁氧化层的厚度小于80nm；第六步：采用光刻工艺，刻蚀第五步中沟槽内左侧壁形成的氧化层；沟槽底部形成第四介质层(44)，沟槽侧壁形成栅介质层(41)；第七步：通过热氧化在沟槽内壁再次生长薄氧化层形成第二介质层(42)，形成的第二介质层(42)厚度小于40nm；第八步：在750℃～950℃下在沟槽内积淀填充多晶硅，形成的多晶硅的下表面深度超过N型电荷存储层(8)的结深；第九步：采用光刻工艺，刻蚀第八步中沟槽内填充的部分多晶硅，在沟槽内分别形成栅电极(31)和分裂电极(32)，其中，栅电极(31)与栅介质层(41)连接，分裂电极(32)与第二介质层(42)连接，所述栅介质层(41)的厚度大于第二介质层(42)的厚度；第十步：淀积，在第九步形成的栅电极(31)和分裂电极(32)之间沟槽内填充介质形成第三介质层(43)；第十一步：采用光刻工艺，通过离子注入N型杂质制作器件的N+发射区(5)，离子注入的能量为30～60keV，注入剂量为1015～1016个/cm2；第十二步：采用光刻工艺，通过离子注入P型杂质并退火制作器件的P+发射区(6)，离子注入的能量为60～80keV，注入剂量为1015～1016个/cm2，退火温度为900℃，时间为20～30分钟；所述N+发射区(5)和P+发射区(6)并列位于P型基区(7)的上表面，且N+发射区(5)位于靠近沟槽的一侧；第十三步：淀积介质层，并光刻、刻蚀形成第一介质层(2)，所述第一介质层(2)位于栅电极(31)、栅介质层(41)及部分第三介质层(43)的上表面；第十四步：淀积金属，并光刻、刻蚀，在N+发射区(5)、和P+发射区(6)、第二介质层(42)、分裂电极(32)和部分第三介质层(43)上表面形成发射极金属(1)；第十五步：翻转硅片，减薄硅片厚度，光刻并在硅片背面注入P型杂质制作器件的P型集电区(11)，注入能量为40～60keV，注入剂量为1012～1013个/cm2；再次光刻，通过离子注入N型杂质制作器件的N型集电区(12)，离子注入的能量为40～60keV，注入剂量为1014～1015个/cm2；接着在H2与N2混合的气氛下进行背面退火，温度为400～450℃，时间为20～30分钟；所述P型集电区(11)和N型集电区(12)并列位于N型场阻止层(10)下表面；第十六步：背面淀积金属，在P型集电区(11)和N型集电区(12)下表面形成集电极金属(13)。