一种带载流子存储层的沟槽式IGBT结构及其制造方法与流程

一种带载流子存储层的沟槽式igbt结构及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及igbt技术领域，具体为一种带载流子存储层的沟槽式igbt结构及其制造方法。


背景技术：

2.igbt作为新型电力半导体场控自关断器件，集功率mosfet的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输进阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，在各种电力变换中获得极广泛的应用。
3.在现有技术中，随着应用功率不断增加，导致igbt导通功耗也不断升高，使得难以实现对内部有效改进的同时，达到igbt降低导通功耗作用。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种带载流子存储层的沟槽式igbt结构及其制造方法，具备增加深p型阱以及n型载流子存储层的作用使得降低沟槽底部电场、导通功耗的优点，解决了传统技术上存在igbt导通功耗较高的问题。
5.本发明提供如下技术方案：一种带载流子存储层的沟槽式igbt结构，包括集电极金属和p 集电极：
6.所述集电极金属的上方设有n型衬底，所述n型衬底的内部设有有规律排布的沟槽，所述沟槽的侧边设有深p型阱以及n型载流子存储层，所述沟槽的中上位置附近设有浅p型阱，且浅p型阱内置有n 发射区与p 型短路区，所述p型阱的上方设有栅极氧化层与保护氧化层以及发射极金属，所述栅极氧化层的上方设有栅极多晶层，所述保护氧化层与发射极金属位于栅极氧化层的上方。
7.优选的，所述沟槽的底部设有深p型阱，所述n型载流子存储层位于沟槽的中下部位置。
8.一种带载流子存储层的沟槽式igbt制造方法，包括以下步骤：
9.s1，n型衬底表面生长5000a氧化层；
10.s2，第一次光刻，通过光刻、刻蚀工艺在n型衬底内部n型漂移区的顶部光刻出第一层p型块注入窗口，通过离子注入法注入到n型漂移区后，退火形成第一层p型块；
11.s3，第二次光刻，通过光刻、刻蚀工艺在n型漂移区的顶部光刻出第二层n型注入窗口，通过离子注入法注入到n型漂移区后，退火增加n型漂移区杂质浓度；
12.s4，body注入，退火形成浅p型阱；
13.s5，n型漂移区顶部淀积7000a致密保护氧化层作为硬掩膜；
14.s6，第三次光刻，通过光刻、刻蚀工艺在硬掩膜的顶部光刻、刻蚀出沟槽窗口，通过硬掩膜在n型漂移区顶部刻蚀出5至6微米沟槽；
15.s7，利用注入机进行零角度注入11次方硼杂质，并1000至1050℃激活；
16.s8，利用注入机进行小角度注入12次方磷杂质，做高温牺牲氧化2000a，牺牲氧化
去除1000至1050℃做栅极氧化层；
17.s9，多晶填充成栅极多晶层；
18.s10，回刻掉表面多晶；
19.s11，第四次刻蚀，通过刻蚀工艺，蚀刻出n 发射区注入窗口，n 离子注入，化学气相淀积保护氧化层；
20.s12，第五次刻蚀，通过刻蚀工艺，蚀刻出n 发射区接触孔，p 离子注入在875℃温度下，氮气气氛中退火30分钟；
21.s13，设置接触窗口，在结构完成部分的顶部分别设置金属层和氧化层，并在氧化层设置金属层分别形成发射极金属和栅极氧化层，去除n型衬底的背面，通过离子注入从p 集电极背面注入，400℃退火，设置金属材料层形成集电极金属。
22.与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
23.该带载流子存储层的沟槽式igbt结构及其制造方法，通过两次注入和一次退火的有效作用下，使得在沟槽底部增加深p型阱，以及沟槽中下位置增加n型载流子存储层，能够有效提高沟道跨导的效果，并使得通过沟槽零度角注入十一次方剂量硼杂质，小角度注入十二次方剂量磷杂质的共同作用下，能够在退火后形成n型载流子存储层，使得整体相互作用下，共同起到良好降低igbt导通功耗的作用。
附图说明
24.图1为本发明步骤s1、s2、s3、s4、s5的第一种结构示意图；
25.图2为本发明步骤s6、s7、s8的第一种结构示意图；
26.图3为本发明步骤s9的第一种结构示意图；
27.图4为本发明步骤s10的第一种结构示意图；
28.图5为本发明步骤s11、s12的第一种结构示意图；
29.图6为本发明步骤s13的第一种结构示意图。
30.图中：1、集电极金属；2、p 集电极；3、n型衬底；4、硬掩膜；5、沟槽；6、n型载流子存储层；7、栅极氧化层；8、栅极多晶层；9、p型阱；10、n 发射区；11、p 型短路区；12、保护氧化层；13、发射极金属。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1
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6，一种带载流子存储层的沟槽式igbt结构，包括集电极金属1和p 集电极2：
33.集电极金属1的上方设有n型衬底3，n型衬底3的内部设有有规律排布的沟槽5，沟槽5的侧边设有深p型阱9以及n型载流子存储层6，沟槽5的中上位置附近设有浅p型阱9，且浅p型阱9内置有n 发射区10与p 型短路区11，p型阱9的上方设有栅极氧化层7与保护氧化层12以及发射极金属13，栅极氧化层7的上方设有栅极多晶层8，保护氧化层12与发射极金
属13位于栅极氧化层7的上方。
34.其中；沟槽5的底部设有深p型阱9，n型载流子存储层6位于沟槽5的中下部位置。
35.一种带载流子存储层沟槽式igbt制造方法，包括以下步骤：
36.s1，n型衬底3表面生长5000a氧化层；
37.s2，第一次光刻，通过光刻、刻蚀工艺在n型衬底3内部n型漂移区的顶部光刻出第一层p型块注入窗口，通过离子注入法注入到n型漂移区后，退火形成第一层p型块；
38.s3，第二次光刻，通过光刻、刻蚀工艺在n型漂移区的顶部光刻出第二层n型注入窗口，通过离子注入法注入到n型漂移区后，退火增加n型漂移区杂质浓度；
39.s4，body注入，退火形成浅p型阱9；
40.s5，n型漂移区顶部淀积7000a致密保护氧化层12作为硬掩膜4；
41.s6，第三次光刻，通过光刻、刻蚀工艺在硬掩膜4的顶部光刻、刻蚀出沟槽5窗口，通过硬掩膜4在n型漂移区顶部刻蚀出5至6微米沟槽5；
42.s7，利用注入机进行零角度注入11次方硼杂质，并1000至1050℃激活；
43.s8，利用注入机进行小角度注入12次方磷杂质，做高温牺牲氧化2000a，牺牲氧化去除1000至1050℃做栅极氧化层7；
44.s9，多晶填充成栅极多晶层8；
45.s10，回刻掉表面多晶；
46.s11，第四次刻蚀，通过刻蚀工艺，蚀刻出n 发射区10注入窗口，n 离子注入，化学气相淀积保护氧化层12；
47.s12，第五次刻蚀，通过刻蚀工艺，蚀刻出n 发射区10接触孔，p 离子注入在875℃温度下，氮气气氛中退火30分钟；
48.s13，设置接触窗口，在结构完成部分的顶部分别设置金属层和氧化层，并在氧化层设置金属层分别形成发射极金属13和栅极氧化层7，去除n型衬底3的背面，通过离子注入从p 集电极2背面注入，400℃退火，设置金属材料层形成集电极金属1。
49.工作原理，本igbt结构在使用前，利用对其制造的具体步骤进行制造并有效使用工作，本igbt结构及其制造方法在使用时，利用两次注入和一次退火的有序工作，得以在沟槽5底部增加深p型阱9，以及沟槽5中下位置增加n型载流子存储层6，并利用沟槽5零度角注入十一次方剂量硼杂质，小角度注入十二次方剂量磷杂质两步方式的作用下，能够在退火后形成n型载流子存储层6，使得整体相互作用起到良好降低igbt导通功耗的作用，克服传统技术上igbt导通功耗较高的问题，本igbt结构及其制造方法在使用完成后，使得整体停止工作的同时，对整体进行有效封存效果。
50.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。