一种具沟槽场截止结构的IGBT芯片及其制作方法与流程

本发明涉及igbt芯片制备，具体涉及一种具沟槽场截止结构的igbt芯片及其制作方法。

背景技术：

1、 igbt是一种大功率半导体分立器件，结合了mos器件高开关频率，易于控制和bjt器件的大电流处理能力能等优点，在工业变频、消费电子、轨道交通、新能源、航天航空等领域有着广泛的应用。

2、在传统的igbt芯片终端场环的外侧，通常采用与元胞区源极同时形成的n+区域作为电场截止环，起到阻挡电场向芯片外侧区域扩展的效果。但是这样形成的电场截止环与元胞区的源极具有几乎相同的结深，由于芯片在n+注入工艺之后不再经历很长的热过程，元胞区源极的结深较浅，如图1所示，因此终端外侧的电场截止环结深也较浅，导致终端电场截止环对电场的截止效果有限，不能很好的起到阻断电场的作用。同时，在终端截止环区域，由于n+注入工艺的离子能量较低，为了保证注入效果，这一区域的硅片上方不能有较厚的场氧化层，这样会导致在n+注入工艺步骤之前的pwell注入工艺，也会在这一区域注入p型离子，实际的场截止环区域从内到外为n+pn结构，而非理想的n+n结构，也会影响电场截止的效果。

3、另一种方案是在芯片的制造工艺中增加额外的工艺步骤，单独进行终端电场截止环的离子注入与杂质推进工艺，采用很长的热过程得到一个较深的电场截止环，这样可以保证电场截止环具有较深的结深，提升其对芯片边缘电场的截止效果，但这样同时也会增加制造工艺的复杂程度，提高了芯片的流片周期与制造成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种具沟槽场截止结构的igbt芯片及其制作方法，通过在芯片终端区的外侧，采用与元胞区同时形成的沟槽结构作为电场截止环，沟槽中填充的重掺杂n型多晶硅可以起到电场截止层的效果，同时沟槽的深度远远大于传统的n+截止环的结深，省略了额外的工艺热过程，减少了制造工艺的复杂程度，降低了芯片的流片周期与制造成本。

2、为了解决实现上述目的，本发明提供了一种具沟槽场截止结构的igbt芯片，包括元胞区和终端区，所述终端区包括场截止结构，所述场截止结构包括至少一个多晶硅沟槽区和至少一个多晶硅膜层区，所述至少一个多晶硅沟槽区和所述至少一个多晶硅膜层区连通，且所述至少一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

3、在可能的一些实施方式中，所述场截止结构包括一个多晶硅沟槽区和一个多晶硅膜层区，所述一个多晶硅沟槽区和所述一个多晶硅膜层区连通，且所述一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

4、在可能的一些实施方式中，所述场截止结构包括至少两个多晶硅沟槽区和一个多晶硅膜层区，所述至少两个多晶硅沟槽区均和所述一个多晶硅膜层区连通，且所述一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

5、在可能的一些实施方式中，所述场截止结构包括至少两个多晶硅沟槽区和至少两个多晶硅膜层区，所述至少两个多晶硅沟槽区和所述至少两个多晶硅膜层区一一对应连通，且所述至少两个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

6、为了实现上述目的，本发明还提供了一种制作方法，用于制备上述的具沟槽场截止结构的igbt芯片，所述制作方法包括如下步骤：

7、s1、将元胞区和终端区进行氧化层生长，将终端区的场限环区域选择性腐蚀场氧化层；

8、s2、将元胞区和终端区进行选择性腐蚀场氧化层，将元胞区和终端场截止环区进行沟槽刻蚀以及多晶硅填充生长后刻蚀多晶硅，元胞区和终端区同时进行多晶硅的生长和刻蚀；

9、s3、将晶圆翻转至背面，去除背面多晶硅，晶圆翻转回正面，进行清洗，将元胞区进行p型掺杂，将元胞区和终端区均进行氧化层刻蚀；

10、s4、将元胞区的n+源区进行两次n型离子的注入；

11、s5、将元胞区和终端区均进行隔离介质层淀积，刻蚀接触孔，并在接触孔区域注入离子两次；

12、s6、将元胞区和终端区均进行正面金属化与钝化层处理；

13、s7、将元胞区和终端区均进行晶圆背面减薄与金属化处理。

14、在可能的一些实施方式中，所述步骤s1具体包括：

15、选取n型的fz单晶硅衬底，采用湿氧工艺将元胞区和终端区进行氧化层生长；

16、将终端区的场限环区域进行选择性腐蚀场氧化层，并注入p型离子得到p型硅区，去胶后进行杂质推进。

17、在可能的一些实施方式中，所述步骤s2具体包括：

18、将元胞区与终端区进行选择性腐蚀场氧化层，基于pecvd淀积生长二氧化硅刻蚀硬掩膜层；

19、将元胞区与终端场截止环区进行沟槽刻蚀，牺牲氧化层生长，去除牺牲氧化层，栅氧生长；

20、将元胞区和终端区进行多晶硅填充生长后刻蚀多晶硅，形成栅电极和busbar走线；

21、在可能的一些实施方式中，所述步骤s3具体包括：

22、将晶圆翻转至背面，去除背面多晶硅，晶圆翻转回正面，进行清洗；

23、将元胞区pwell区进行p型掺杂、去胶后杂质推进同时进行多晶硅氧化；

24、将元胞区进行氧化层刻蚀以使氧化层减薄至预设厚度。

25、在可能的一些实施方式中，所述步骤s4具体包括：

26、第一次注入p+离子，第二次注入as+离子，去胶后炉管退火；

27、所述步骤s5具体包括：

28、采用usg+bpsg双层结构作为隔离介质层；

29、刻蚀接触孔至预设深度，在接触孔区域第一次注入bf2离子，第二次注入b+离子，去胶后炉管退火。

30、在可能的一些实施方式中，所述步骤s6具体包括：

31、正面淀积金属层至一预置厚度，干法刻蚀图形化，基于pi胶coating形成钝化层，并进行光刻图形化；

32、所述步骤s7具体包括：

33、将晶圆背面研磨，去除氧化硅并将晶圆厚度减薄；

34、在背面buffer层离子注入p+离子，在背面阳极注入b+离子，炉管退火激活杂质，在背面淀积金属层。

35、采用上述实施例的有益效果是：

36、本发明提供了一种新型的igbt芯片终端场截止结构设计，在芯片终端区的外侧，采用与元胞区同时形成的沟槽结构作为电场截止环，沟槽中填充的重掺杂n型多晶硅可以起到电场截止层的效果，同时沟槽的深度通常在4-6μm，远远大于传统的n+截止环的结深，同时省略了额外的工艺热过程。这样的终端截止环结构设计，能够与元胞区的栅极沟槽在同一步工艺中形成，与主流的沟槽栅igbt工艺流程完全兼容，在不增加芯片制造工艺复杂度的情况下，大大提升了终端场截止结构对于电场的阻断效果。

技术特征：

1.一种具沟槽场截止结构的igbt芯片，其特征在于，包括元胞区和终端区，所述终端区包括场截止结构，所述场截止结构包括至少一个多晶硅沟槽区和至少一个多晶硅膜层区，所述至少一个多晶硅沟槽区和所述至少一个多晶硅膜层区连通，且所述至少一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

2.根据权利要求1所述的具沟槽场截止结构的igbt芯片，其特征在于，所述场截止结构包括一个多晶硅沟槽区和一个多晶硅膜层区，所述一个多晶硅沟槽区和所述一个多晶硅膜层区连通，且所述一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

3.根据权利要求1所述的具沟槽场截止结构的igbt芯片，其特征在于，所述场截止结构包括至少两个多晶硅沟槽区和一个多晶硅膜层区，所述至少两个多晶硅沟槽区均和所述一个多晶硅膜层区连通，且所述一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

4.根据权利要求1所述的具沟槽场截止结构的igbt芯片，其特征在于，所述场截止结构包括至少两个多晶硅沟槽区和至少两个多晶硅膜层区，所述至少两个多晶硅沟槽区和所述至少两个多晶硅膜层区一一对应连通，且所述至少两个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。

5.一种制作方法，用于制备如权利要求1-4任一项所述的具沟槽场截止结构的igbt芯片，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：

7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：

8.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：

9.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括：

10.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤s6具体包括：

技术总结
本发明提供了一种具沟槽场截止结构的IGBT芯片及其制作方法，该IGBT芯片包括：元胞区和终端区，终端区包括场截止结构，场截止结构包括至少一个多晶硅沟槽区和至少一个多晶硅膜层区，至少一个多晶硅沟槽区和至少一个多晶硅膜层区连通，且至少一个多晶硅膜层区沿芯片内侧延伸。本发明在芯片终端区的外侧，采用与元胞区同时形成的沟槽结构作为电场截止环，沟槽中填充的重掺杂N型多晶硅可以起到电场截止层的效果，远远大于传统的N+截止环的结深，同时省略了额外的工艺热过程，这样能够与元胞区的栅极沟槽在同一步工艺中形成，与主流的沟槽栅IGBT工艺流程完全兼容，在不增加芯片制造工艺复杂度的情况下，大大提升终端区场截止结构对于电场的阻断效果。

技术研发人员：腾渊,刘坤,彭贤春
受保护的技术使用者：深圳芯能半导体技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14