阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体器件制造，尤其涉及一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法。

背景技术：

1、快速发展的电力技术催生了对高速、低成本和高效率电力电子器件技术的巨大需求。在过去的几十年中，绝缘栅双极型晶体管(igbt)通过改善击穿特性以及导通压降(von)和关断能量损失(eoff)之间的优化平衡而得到发展。迄今为止，已经提出并研究了各种igbt结构和技术以提高其性能，如场终止igbt(fs-igbt)、注入增强栅晶体管(iegt)和载流子存储槽型栅双极晶体管(cstbt)。具体而言，cstbt可以通过改善槽型igbt中的载流子分布来显著降低导通状态电压，这使其成为下一代电力电子器件中有希望的候选器件。

2、然而现有的cstbt仍然存在局限性，当前工艺技术实现高掺杂浓度的cs层是一项技术挑战。因为cs层位于p体的底部，所以通过高能离子注入直接调节掺杂浓度是不可行的。通常，cs层通过n型离子注入(主要是磷)和多次高温退火和扩散形成。因此，cs层中的载流子分布总是比理想分布宽，并且注入效率保持在相对低的水平。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法，提高了形成高掺杂的存储层的效率，可显著降低了该器件的导通损耗。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，包括：

3、在n型硅衬底上注入离子形成n型载流子存储层；

4、在所述n型载流子存储层的上方注入离子形成正面p型阱区；

5、刻蚀形成第一沟槽，在所述第一沟槽内进行as离子注入，以在所述n型载流子存储层的下方形成高掺杂的存储层；

6、在所述第一沟槽内沉积第一氧化层；

7、刻蚀第二沟槽，并在所述第二沟槽内形成屏蔽栅氧化层；

8、刻蚀第三沟槽，并在所述第三沟槽内形成左右对称的控制栅；

9、在所述n型硅衬底的正面且位于所述p型阱区的上方形成进行掺杂形成接触区，并在所述接触区上形成发射极；

10、在所述n型硅衬底背面通过n型离子注入形成背面n阱区，接着通过p型离子注入形成背面p阱区，其中所述背面p阱区位于底部，所述背面n阱区位于所述背面p阱区上方。

11、在一些实施例中，所述刻蚀形成第一沟槽，在所述第一沟槽内进行as离子注入，以在所述n型载流子存储层的下方形成高掺杂的存储层，包括：

12、在所述n型硅衬底上刻蚀所述第一沟槽，直至所述第一沟槽延伸至所述n型载流子存储层的底部；

13、在所述第一沟槽内通过as离子注入形成高掺杂的存储层，所述高掺杂的存储层位于所述n型载流子存储层的下方。

14、在一些实施例中，所述在第一沟槽内沉积第一氧化层，包括：

15、所述第一氧化层完全填充所述第一沟槽；

16、采用化学机械抛光对所述第一氧化层的表面进行平坦化处理。

17、在一些实施例中，所述刻蚀第二沟槽，并在所述第二沟槽内形成屏蔽栅氧化层，包括：

18、在所述第一氧化层上刻蚀第二沟槽，所述第二沟槽的底部穿过所述第二氧化层、所述高掺杂的存储层后直至延伸至所述n型硅衬底上的n型漂移区；

19、在所述第二沟槽内沉积第二氧化层，形成所述屏蔽栅氧化层。

20、在一些实施例中，所述在所述第二沟槽内沉积第二氧化层，形成所述屏蔽栅氧化层之后，包括：

21、在所述第二氧化层上填充第一多晶硅层，所述第一多晶硅层完全填充所述第二沟槽；

22、所述刻蚀第三沟槽，并在所述第三沟槽内形成左右对称的控制栅，包括：

23、在所述第一多晶硅层的两侧分别刻蚀所述第三沟槽，所述第三沟槽延伸至所述第二氧化层；

24、在所述第三沟槽内沉积第二多晶硅层，形成左右对称的所述控制栅。

25、在一些实施例中，所述在所述n型硅衬底的正面且位于所述p型阱区的上方形成进行掺杂形成接触区，并在所述接触区上形成发射极，包括：

26、采用化学机械抛光对所述第二多晶硅层平坦化处理后，在所述n型硅衬底的正面且位于所述p型阱区的上方分别进行n型离子注入和p型离子注入，形成所述接触区。

27、本发明的有益效果在于：通过在阶梯槽形成时进行额外的砷离子注入，从而实现高掺杂载流子存储层，提高了形成高掺杂的存储层的效率，高掺杂的存储层使发射极附近的空穴载流子密度更高，从而显著降低了该器件的导通损耗。

28、在第二方面，本发明实施例提供一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管，采用所述的阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管的制备方法制备形成，所述阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管，包括n型硅衬底；

29、所述n型硅衬底的正面形成有正面p型阱区、载流子存储层、高掺杂的存储层、接触区和发射极，所述发射极位于所述接触区的上方、所述接触区位于所述正面p型阱区的上方，所述正面p型阱区位于所述载流子存储层的上方，所述载流子存储层位于所述高掺杂的存储层的上方；

30、所述n型硅衬底形成有第二沟槽和第三沟槽，并在所述第二沟槽内形成屏蔽栅氧化层，以及在所述第三沟槽内形成左右对称的控制栅；

31、所述n型硅衬底的背面形成有背面p阱区和背面n阱区，其中所述背面p阱区位于底部，所述背面n阱区位于所述背面p阱区上方。

32、本发明的有益效果在于：在阶梯槽形成过程中，额外注入as离子，提高了形成高掺杂的存储层的效率。另外，本实施例中的高掺杂的存储层使发射极附近的空穴载流子密度更高，从而显著降低了器件的导通损耗。新引入的载流子只在发射极侧积累，当器件关闭时，这些载流子首先从发射极侧耗尽，这将对器件eoff的影响可以忽略不计。

技术特征：

1.一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀形成第一沟槽，在所述第一沟槽内进行as离子注入，以在所述n型载流子存储层的下方形成高掺杂的存储层，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述在第一沟槽内沉积第一氧化层，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀第二沟槽，并在所述第二沟槽内形成屏蔽栅氧化层，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第二沟槽内沉积第二氧化层，形成所述屏蔽栅氧化层之后，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在所述n型硅衬底的正面且位于所述p型阱区的上方形成进行掺杂形成接触区，并在所述接触区上形成发射极，包括：

7.一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管的制备方法制备形成，所述阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管，包括n型硅衬底；

技术总结
本发明提供了一种阶梯槽型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法，该制备方法包括在N型硅衬底上形成N型载流子存储层；在N型载流子存储层上方形成正面P型阱区；刻蚀第一沟槽，通过As离子注入形成高掺杂的存储层；在第一沟槽内沉积氧化物；刻蚀第二沟槽，并在第二沟槽内形成屏蔽栅氧化层；刻蚀第三沟槽，并在第三沟槽内形成控制栅；在N型硅衬底的正面且位于P型阱区的上方形成进行掺杂形成接触区，并在接触区上形成发射极；在N型硅衬底背面通过N型离子注入形成背面N阱区，然后通过P型离子注入形成背面P阱区，其中背面P阱区位于底部，背面N阱区位于背面P阱区上方。本发明提高了形成高掺杂的存储层的效率，可显著降低了该器件的导通损耗。

技术研发人员：徐航,杨雅芬,张卫
受保护的技术使用者：上海集成电路制造创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12