一种IGBT器件及制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种igbt器件及制备方法

背景技术：

1、绝缘栅双极型晶体管（igbt）具有输入阻抗高、耐高压大电流以及开关速度快等优良特性，已被广泛应用于新能源汽车、智能电网储能系统以及轨道交通等电力电子变换领域。随着应用场景对大功率密度和高可靠性的需求不断增加，igbt器件结构也在持续演进。

2、在现有技术中，相较于传统的平面栅igbt，沟槽栅igbt（trench igbt）通过将栅极结构嵌入衬底内部，消除了平面结构中固有的结型场效应晶体管（jfet）寄生效应。这一结构改变大幅降低了器件的导通压降，从而显著减少了静态导通损耗，因此沟槽栅igbt已成为当前主流的高性能功率器件结构。

3、然而，在沟槽栅igbt的实际制备与应用中，由于沟槽刻蚀工艺的物理损伤以及栅极氧化层在深槽底部和拐角处的台阶覆盖性较差，导致沟槽栅结构相比平面结构更容易产生电学缺陷，导致栅氧击穿风险显著增加。

4、在实际研发与生产中，为了提高器件的可靠性，常用的做法是整体加厚栅极氧化层的厚度。然而栅氧整体的厚度增加会导致器件的阈值电压明显上升，同时也会大幅增加器件的动态开关损耗，使得导通与开关性能无法兼得。而现有的常规量产生长工艺普遍采用一次性栅氧生长技术，这使得沟槽表面、侧壁以及沟槽底部的栅氧厚度完全一致，无法在容易产生高压电场集中的虚设沟槽或栅极沟槽底部等特定区域，单独调控氧化层的厚度，制约了沟槽栅igbt静态耐压与动态性能的进一步优化。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种igbt器件及制备方法，旨在提升器件静态耐压性能的同时降低动态开关损耗。

2、为实现上述目的，本发明提出的igbt器件，所述制备方法包括：

3、提供衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面以及第二表面；

4、在所述第一表面刻蚀形成若干凹槽，所述凹槽包括栅极沟槽及虚设沟槽；

5、在所述凹槽的内壁依次形成第一氧化层、覆盖所述第一氧化层的抗氧化阻挡层、以及覆盖所述抗氧化阻挡层的第二氧化层；

6、在所述第一表面涂覆光刻胶并进行光刻显影，在所述栅极沟槽上方形成覆盖其两侧边缘且中间区域开口的光刻胶掩膜，在所述虚设沟槽上方完全去除所述光刻胶；

7、以剩余的所述光刻胶为掩膜，采用第一刻蚀工艺去除暴露的所述第二氧化层，以暴露出下方的抗氧化阻挡层；

8、去除残留的所述光刻胶；

9、采用第二刻蚀工艺去除暴露出的所述抗氧化阻挡层，以暴露出下方的第一氧化层；

10、采用第一刻蚀工艺去除暴露出的所述第一氧化层，以暴露出所述衬底的硅表面；

11、向所述第一表面进行第一次热氧化处理，在暴露出的所述硅表面形成第三氧化层，所述第三氧化层的厚度大于第一氧化层的厚度；

12、采用第二刻蚀工艺去除剩余的所有所述抗氧化阻挡层；

13、采用第一刻蚀工艺去除剩余的所有所述第一氧化层；

14、向所述第一表面进行第二次热氧化处理，在所述凹槽的内壁覆盖形成第四氧化层。

15、在本发明的一些实施例中，所述抗氧化阻挡层的材质为氮化硅或氮氧化硅。

16、在本发明的一些实施例中，所述第二刻蚀工艺包括：使用热磷酸浸泡腐蚀所述抗氧化阻挡层。

17、在本发明的一些实施例中，所述第一刻蚀工艺包括：使用稀释的氢氟酸溶液浸泡腐蚀。

18、在本发明的一些实施例中，在所述栅极沟槽的中间光刻开孔尺寸≥0.2μm；

19、所述光刻胶覆盖所述栅极沟槽的两侧边缘的搭接尺寸≥0.1μm。

20、在本发明的一些实施例中，所述第二氧化层使用以正硅酸乙酯为前驱体的低压化学气相沉积工艺形成。

21、在本发明的一些实施例中，所述第一次热氧化处理为湿法热氧化工艺。

22、在本发明的一些实施例中，所述第二次热氧化处理为干法热氧化工艺。

23、在本发明的一些实施例中，所述栅极沟槽与所述虚设沟槽呈交替间隔设置。

24、在本发明的一些实施例中，所述第四氧化层的厚度小于所述第三氧化层的厚度。

25、本发明还公开了一种igbt器件，包括衬底，所述衬底开设有栅极沟槽以及虚设沟槽；

26、所述栅极沟槽和所述虚设沟槽的内壁均覆盖有栅极氧化层；

27、所述栅极沟槽底部的所述栅极氧化层的厚度大于所述栅极沟槽侧壁沟道区域内的所述栅极氧化层的厚度；

28、所述虚设沟槽内的所述栅极氧化层的厚度大于所述栅极沟槽侧壁沟道区域内的所述栅极氧化层的厚度。

29、在本发明的一些实施例中，所述栅极沟槽与所述虚设沟槽呈交替间隔设置。

30、本发明的技术方案，通过构建本发明通过构建第一氧化层/抗氧化阻挡层/第二氧化层的临时掩膜叠层，配合光刻工艺，实现了栅极氧化层厚度的局域差异化。一方面，在栅极沟槽底部及虚设沟槽区域，其氧化层由第三氧化层与第四氧化层叠加而成，厚度较大，有效增强了纵向场板效应，提升了静态耐压，同时改善了由沟槽刻蚀造成的栅极-发射极短路缺陷，提高了器件的量产良率；另一方面，由于栅极沟槽侧壁的沟道区域被保护而免于第三氧化层的生长，仅覆盖有第二次生长的第四氧化层，使得器件阈值电压稳定在安全窗口，并大幅降低了动态开关损耗。

1.一种igbt器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.如权利要求1所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，所述抗氧化阻挡层的材质为氮化硅或氮氧化硅。

3.如权利要求2所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，所述第二刻蚀工艺包括：使用热磷酸浸泡腐蚀所述抗氧化阻挡层。

4.如权利要求1所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，所述第一刻蚀工艺包括：使用稀释的氢氟酸溶液浸泡腐蚀。

5.如权利要求1所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，在所述栅极沟槽的中间光刻开孔尺寸≥0.2μm，所述光刻胶覆盖所述栅极沟槽的两侧边缘的搭接尺寸≥0.1μm；

6.如权利要求1所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，所述第二氧化层使用以正硅酸乙酯为前驱体的低压化学气相沉积工艺形成。

7.如权利要求1所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，所述第一次热氧化处理为湿法热氧化工艺；

8.如权利要求1所述的igbt器件的制备方法，其特征在于，所述第四氧化层的厚度小于所述第三氧化层的厚度。

9.一种igbt器件，其特征在于，包括衬底，所述衬底开设有栅极沟槽以及虚设沟槽；

10.如权利要求9所述的igbt器件，其特征在于，所述栅极沟槽与所述虚设沟槽呈交替间隔设置。