具有集成柵源電容的rc igbt器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及具有集成柵源電容的RC IGBT器件，其集電極層包括第二導(dǎo)電類型集電區(qū)以及第一導(dǎo)電類型集電區(qū)；在半導(dǎo)體基板內(nèi)還設(shè)置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，電容溝槽的高度小于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的深度；電容溝槽的側(cè)壁及底壁設(shè)置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內(nèi)填充有電容導(dǎo)電多晶硅，且電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質(zhì)層覆蓋；電容溝槽內(nèi)的電容導(dǎo)電多晶硅與半導(dǎo)體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。本實用新型其結(jié)構(gòu)緊湊，能在不增加芯片面積的情況下集成得到柵源電容，可以靈活設(shè)計柵源電容的分布狀態(tài)，且能精確控制柵源電容的電容值，與現(xiàn)有工藝相兼容。
【專利說明】
具有集成柵源電容的RC IGBT器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種IGBT器件，尤其是一種具有集成柵源電容的RC IGBT器件，屬于IGBT器件的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，功率器件追求高功率密度，使得芯片體積越來越小、電流密度越來越大，而大電流密度功率器件的快速開通和關(guān)斷容易使功率器件承受高電壓應(yīng)力(高壓高電流和高電壓電流的變化速率)，高電壓應(yīng)力容易導(dǎo)致器件瞬間損壞;此外，柵控信號以及輸出電壓電流波形易振蕩，這種振蕩對大功率模塊里面的并聯(lián)芯片極為不利，容易導(dǎo)致并聯(lián)芯片電流分布不均勻，從而導(dǎo)致燒壞器件。
[0003]而解決以上功率器件快速開通、關(guān)斷以及柵控信號振蕩的一種有效方法就是在功率器件內(nèi)集成柵源電容，集成柵源電容后，器件柵極充電時間長，器件開通變慢，而柵極和集電極的米勒電容相對于柵源電容變小，器件柵極電壓振蕩可以得到很好的抑制。
[0004]目前，解決柵控信號振蕩或者柵極開通、關(guān)斷太快的最接近的現(xiàn)有技術(shù)，是在互聯(lián)層集成柵源電容，即在功率器件正面元胞制備后，在金屬互聯(lián)層直接制備柵源電容，這種集成柵電容的介質(zhì)一般為互聯(lián)層的絕緣介質(zhì)。
[0005]如圖1所示，為現(xiàn)有集成柵源電容的示意圖，所述IGBT器件包括源極導(dǎo)體30、絕緣介質(zhì)層31、多晶硅柵極32、阱區(qū)33以及襯底34;其中，源極導(dǎo)體30通過接觸孔與阱區(qū)33歐姆接觸，多晶硅柵極32與正面元胞以及柵極焊盤電連接，因此，這種集成柵源電容的方式可以有多種方式，第一種方式為通過源極導(dǎo)體30、多晶硅柵極32以及絕緣介質(zhì)層21形成柵源電容，第二種方式為通過多晶硅柵極33、阱區(qū)33以及位于多晶硅柵極32與阱區(qū)33間的絕緣介質(zhì)層31來形成柵源電容，第三種形成柵源電容的方式是將第一種方式與第二種方式相結(jié)合來形成所需的柵源電容。
[0006]—般各互聯(lián)層材料都是通過淀積、化學(xué)機械拋光和刻蝕形成的，因此各層材料的尺寸精度較差，而且尺寸一般比較大(微米量級)。上述集成柵源電容的缺點是集成柵電容的大小范圍非常有限，因為互聯(lián)層的絕緣介質(zhì)層31—般比較厚，這樣如果要集成大的電容時，就需要大的額外芯片面積(因為互聯(lián)層介質(zhì)較厚)，而且精度比較差(電容介質(zhì)的厚度不易精確控制)。同時柵電容的面積受到柵極以及源極金屬布線的限制，集成柵源電容不可以在較大范圍內(nèi)變動，也不能根據(jù)設(shè)計的需要靈活的調(diào)整電容分布于芯片各處的大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有集成柵源電容的RC IGBT器件，其結(jié)構(gòu)緊湊，能在不增加芯片面積的情況下集成得到柵源電容，可以靈活設(shè)計柵源電容的分布狀態(tài)，且能精確控制柵源電容的電容值，與現(xiàn)有工藝相兼容，安全可靠。
[0008]按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述具有集成柵源電容的RCIGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型基區(qū)；在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸；
[0009]在所述半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置集電極結(jié)構(gòu)，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導(dǎo)體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導(dǎo)電類型集電區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型集電區(qū)；
[0010]在半導(dǎo)體基板內(nèi)還設(shè)置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，所述淺槽柵包括位于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的電容溝槽，所述電容溝槽的高度小于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的深度；所述電容溝槽的側(cè)壁及底壁設(shè)置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內(nèi)填充有電容導(dǎo)電多晶硅，且所述電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質(zhì)層覆蓋;電容溝槽內(nèi)的電容導(dǎo)電多晶硅與半導(dǎo)體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。
[0011]所述電容溝槽外側(cè)壁上方設(shè)有第一導(dǎo)電類型電容源極區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型電容源極區(qū)與電容溝槽的外側(cè)壁相接觸。
[0012]所述集電極層與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有第一導(dǎo)電類型緩沖層。
[0013]所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。
[0014]所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時，所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)，相鄰的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)通過第一導(dǎo)電類型基區(qū)相間隔，在間隔相鄰第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的第一導(dǎo)電類型基區(qū)的正上方設(shè)有元胞導(dǎo)電多晶娃以及元胞絕緣介質(zhì)層，元胞導(dǎo)電多晶娃通過元胞絕緣介質(zhì)層與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離，且元胞導(dǎo)電多晶硅的兩端與下方的第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)相交疊，第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)與源極金屬歐姆接觸，所述元胞導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。
[0015]所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時，所述溝槽有源元胞包括位于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的元胞溝槽，所述元胞溝槽的槽底位于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的下方，元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有元胞絕緣氧化層，并在覆蓋有元胞絕緣氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有元胞導(dǎo)電多晶娃，元胞溝槽的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的元胞絕緣介質(zhì)層覆蓋;在元胞溝槽外壁的側(cè)上方設(shè)有第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)位于第二到類型阱區(qū)內(nèi)，且第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)與元胞溝槽的外側(cè)壁相接觸，第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)與源極金屬歐姆接觸，且元胞導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。
[0016]所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅。
[0017]所述有源元胞內(nèi)包括與柵極金屬歐姆接觸的元胞導(dǎo)電多晶娃，所述電容導(dǎo)電多晶硅的長度小于或等于元胞導(dǎo)電多晶硅的長度。
[0018]所述電容溝槽呈方形或長條形。
[0019]所述“第一導(dǎo)電類型”和“第二導(dǎo)電類型”兩者中，對于N型IGBT器件，第一導(dǎo)電類型指N型，第二導(dǎo)電類型為P型；對于P型IGBT器件，第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型所指的類型與N型IGBT器件正好相反。
[0020]本實用新型的優(yōu)點:利用P型集電區(qū)與N型集電區(qū)形成集電極層，從而能得到RCIGBT器件，利用淺槽柵來形成柵源電容，淺槽柵的數(shù)量可以為一個或多個，淺槽柵內(nèi)的電容絕緣氧化層作為柵源介質(zhì)，電容絕緣氧化層的厚度可以精確控制，得到柵源電容的面積可以通過電容溝槽的寬度、深度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對柵源電容參數(shù)的精確控制，淺槽柵7的分布靈活，能夠在不增加芯片面積的情況下集成大的柵源電容，結(jié)構(gòu)緊湊，與現(xiàn)有工藝兼容，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有柵源電容的集成形式。
[0022]圖2為本實用新型溝槽PT型IGBT器件的剖視圖。
[0023]圖3為本實用新型溝槽型PT型IGBT器件內(nèi)具有多個淺槽柵的剖視圖。
[0024]圖4為本實用新型平面PT型IGBT器件的剖視圖。
[0025]圖5為本實用新型溝槽NPT型IGBT器件的剖視圖。
[0026]圖6為本實用新型平面NPT型IGBT器件的剖視圖。
[0027]圖7為本實用新型溝槽型IGBT器件柵極金屬與元胞導(dǎo)電多晶硅、電容導(dǎo)電多晶硅配合的一種俯視圖。
[0028]圖8為本實用新型溝槽型IGBT器件柵極金屬與元胞導(dǎo)電多晶硅、電容導(dǎo)電多晶硅配合的另一種俯視圖。
[0029]圖9為本實用新型P型集電區(qū)與N型集電區(qū)間的示意圖。
[°03°]附圖標(biāo)記說明:1-源極金屬、2-元胞絕緣介質(zhì)層、3-N+元胞源極區(qū)、4-元胞導(dǎo)電多晶硅、5-P阱、6-N型基區(qū)、7-淺槽柵、8-溝槽有源元胞、9-元胞溝槽、1-N型緩沖層、Il-P型集電區(qū)、12-集電極金屬、13-電容溝槽、14-元胞絕緣氧化層、15-電容導(dǎo)電多晶硅、16-電容絕緣氧化層、17-平面有源元胞、18-柵極金屬、19-多晶硅連接體、20-電容絕緣介質(zhì)層、21-N型集電區(qū)、30-源極導(dǎo)體、31-絕緣介質(zhì)層、32-多晶硅柵極、33-阱區(qū)以及34-襯底。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0032]為了能在不增加芯片面積的情況下集成得到柵源電容，可以靈活設(shè)計柵源電容的分布狀態(tài)，且能精確控制柵源電容的電容值，以N溝道的IGBT器件為例，本實用新型包括具有兩個相對主面的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括N型基區(qū)6;在半導(dǎo)體基板的N型基區(qū)6內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于N型基區(qū)6內(nèi)上部的P阱5，所述P阱5與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬I歐姆接觸；
[0033]在所述半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置集電極結(jié)構(gòu)，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬12以及與所述集電極金屬12歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬12與半導(dǎo)體基板的第二主面間，所述集電極層包括P型集電區(qū)11以及位于所述P型集電區(qū)11內(nèi)的N型集電區(qū)21;
[0034]在半導(dǎo)體基板內(nèi)還設(shè)置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵7，所述淺槽柵7包括位于P阱5內(nèi)的電容溝槽13，所述電容溝槽13的高度小于P阱5的深度;所述電容溝槽13的側(cè)壁及底壁設(shè)置覆蓋有電容絕緣氧化層16，并在覆蓋有電容絕緣氧化層16的電容溝槽內(nèi)填充有電容導(dǎo)電多晶硅15，且所述電容溝槽13的槽口由第一主面上的電容絕緣介質(zhì)層20覆蓋；電容溝槽13內(nèi)的電容導(dǎo)電多晶硅15與半導(dǎo)體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬18歐姆接觸。
[0035]具體地，所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅，當(dāng)然，半導(dǎo)體基板還可以采用其他常用的材料;一般地，半導(dǎo)體基板的第一主面為半導(dǎo)體基板的正面，半導(dǎo)體基板的第二主面為半導(dǎo)體基板的背面，有源元胞位于半導(dǎo)體基板的正面，P阱5位于N型基區(qū)6內(nèi)的上部，P阱5可以通過在N型基區(qū)6內(nèi)進(jìn)行離子注入等方式形成，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0036]—般地，電容溝槽13從半導(dǎo)體基板的第一主面垂直向下延伸，電容溝槽13在半導(dǎo)體基板內(nèi)延伸的高度小于P阱5的深度，即電容溝槽13的槽底位于P阱5內(nèi)。通過熱氧化等工藝形式，在電容溝槽13的側(cè)壁及底壁生長電容絕緣氧化層16，所述電容絕緣氧化層16為二氧化硅層，電容導(dǎo)電多晶硅15填充在電容溝槽13內(nèi)，電容導(dǎo)電多晶硅15利用電容絕緣氧化層16與電容溝槽13的側(cè)壁及底壁絕緣，即電容導(dǎo)電多晶硅15利用電容絕緣氧化層15與P阱5絕緣隔離。電容溝槽13的槽口設(shè)置電容絕緣介質(zhì)層20，所述電容絕緣介質(zhì)層20也可以為二氧化硅層，電容溝槽13內(nèi)的電容導(dǎo)電多晶硅15利用所述電容絕緣介質(zhì)層20與源極金屬I絕緣隔離，電容導(dǎo)電多晶硅15與柵極金屬18歐姆接觸，從而將電容導(dǎo)電多晶硅15與有源元胞內(nèi)的柵極連接。
[0037]所述電容溝槽13呈方形或長條形，電容溝槽13的具體形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。此外，所述電容溝槽13外側(cè)壁上方設(shè)有N+電容源極區(qū)，所述N+電容源極區(qū)與電容溝槽13的外側(cè)壁相接觸。
[0038]本實用新型實施例中，N+電容源極區(qū)位于P阱5內(nèi)，N+電容源極區(qū)的摻雜濃度大于N型基區(qū)6的摻雜濃度，電容溝槽13被P阱5包圍，電容絕緣氧化層16、P阱5、電容導(dǎo)電多晶硅15以及N型基區(qū)6形成MOSFET結(jié)構(gòu)，P阱5作為所述MOSFET的襯底。當(dāng)半導(dǎo)體基板內(nèi)設(shè)置多個淺槽柵7時，多個淺槽柵7均可以位于相鄰的有源元胞間，多個淺槽柵7與有源元胞間可以呈間隔分布，且淺槽柵7也可以在有源元胞間任意分布，具體可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。集電極層由P型集電區(qū)11與N型集電區(qū)21構(gòu)成，P型集電區(qū)11內(nèi)設(shè)置一個或多個N型集電區(qū)21，N型集電區(qū)21貫通P型集電區(qū)11，從而能夠與有源元胞配合形成所需的RC IGBT (Re verseconducting insulated gate bipolar transistor)器件，如圖9所不。
[0039]本實用新型實施例中，柵源電容的介質(zhì)為電容絕緣氧化層16，電容絕緣氧化層16的厚度可以精確控制，通過對電容溝槽13的寬度、深度以及長度調(diào)節(jié)來控制柵源電容的大小以及淺槽柵7的面積，從而使得由淺槽柵7形成的柵源電容變化范圍大，所述柵源電容最小可以為零，最大可以為現(xiàn)有制備得到柵源電容的幾倍，增加了器件設(shè)計的靈活度，能在不增加芯片面積的情況下集成較大的柵源電容。
[0040]在具體實施時，所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀，具體可以根據(jù)需要進(jìn)行確定，下面對有源元胞采用平面狀以及溝槽狀的形式進(jìn)行說明。
[0041]如圖4和圖6所示，所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時，所述平面有源元胞17包括兩相鄰的P阱5以及位于所述P阱5內(nèi)的N+元胞源極區(qū)3，相鄰的P阱5通過N型基區(qū)6相間隔，在間隔相鄰P阱5的N型基區(qū)6的正上方設(shè)有元胞導(dǎo)電多晶硅4以及元胞絕緣介質(zhì)層2，元胞導(dǎo)電多晶硅4通過元胞絕緣介質(zhì)層2與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬I絕緣隔離，且元胞導(dǎo)電多晶硅4的兩端與下方的N+元胞源極區(qū)3相交疊，N+元胞源極區(qū)3與源極金屬I歐姆接觸，所述元胞導(dǎo)電多晶娃4與柵極金屬18歐姆接觸。
[0042]在具體實施時，有源元胞為平面有源元胞17時，P阱5在N型基區(qū)6內(nèi)不是連續(xù)的，相鄰的P阱5被N型基區(qū)6隔離，在構(gòu)成平面有源元胞17的P阱5內(nèi)均設(shè)置N+元胞源極區(qū)13，所述N+元胞源極區(qū)13的摻雜濃度大于N型基區(qū)6的摻雜濃度，N+元胞源極區(qū)13的深度小于P阱5的深度。一般地，N+元胞源極區(qū)13與N+電容源極區(qū)可以為同一工藝制造層。元胞導(dǎo)電多晶硅4被元胞絕緣介質(zhì)層2所包圍，元胞導(dǎo)電多晶娃4的兩端與N+元胞源極區(qū)13部分交疊，元胞導(dǎo)電多晶硅4與N+元胞源極區(qū)13相交疊的部分由元胞絕緣介質(zhì)層2所間隔，N+元胞源極區(qū)13其余的部分與源極金屬I歐姆接觸。為了能形成IGBT器件的柵極，將所有的元胞導(dǎo)電多晶硅4引出后與柵極金屬18歐姆接觸，由于柵極金屬18與電容導(dǎo)電多晶硅15也歐姆接觸，因此，能將平面有源元胞17與淺槽柵7并聯(lián)。將元胞導(dǎo)電多晶硅4引出與柵極金屬18歐姆接觸的具體形式可以采用本技術(shù)領(lǐng)域常用的形式，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0043]在有源元胞為平面有源元胞17時，平面有源元胞17背面的集電極結(jié)構(gòu)不同可以得到PT型IGBT或NPT型IGBT，圖4為PT型平面IGBT器件，圖6為NPT型平面IGBT器件。對于NPT型平面IGBT器件，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬12以及與所述集電極金屬12歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬12與半導(dǎo)體基板的第二主面間，所述集電極層包括P型集電區(qū)11以及位于所述P型集電區(qū)11內(nèi)的N型集電區(qū)21。對于PT型平面IGBT器件，所述P型集電區(qū)11與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有N型緩沖層10，所述P型緩沖層10鄰接N型基區(qū)6以及P型集電區(qū)11。
[0044]如圖2和圖5所示，所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時，所述溝槽有源元胞8包括位于P阱5內(nèi)的元胞溝槽9，所述元胞溝槽9的槽底位于P阱5的下方，元胞溝槽9的內(nèi)壁及底壁覆蓋有元胞絕緣氧化層14，并在覆蓋有元胞絕緣氧化層14的元胞溝槽內(nèi)填充有元胞導(dǎo)電多晶娃4，元胞溝槽9的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的元胞絕緣介質(zhì)層2覆蓋;在元胞溝槽9外壁的側(cè)上方設(shè)有N+元胞源極區(qū)3，所述N+元胞源極區(qū)3位于P阱5內(nèi)，且N+元胞源極區(qū)3與元胞溝槽9的外側(cè)壁相接觸，N+元胞源極區(qū)3與源極金屬I歐姆接觸，且元胞導(dǎo)電多晶硅4與柵極金屬18歐姆接觸。
[0045]具體實施時，元胞溝槽9的槽口位于半導(dǎo)體基板的第一主面上，并由半導(dǎo)體基板的第一主面垂直向下延伸，元胞溝槽9穿過P阱5，元胞溝槽9的槽底位于P阱5下方的N型基區(qū)6內(nèi)。通過熱氧化等工藝，在元胞溝槽9的側(cè)壁及底壁生長有元胞絕緣氧化層14，元胞絕緣氧化層14可以為二氧化硅層，在生長有元胞絕緣氧化層14的元胞溝槽9內(nèi)填充元胞導(dǎo)電多晶娃4，元胞導(dǎo)電多晶娃4填滿元胞溝槽9，元胞溝槽9槽口的元胞絕緣介質(zhì)層2遮擋元胞導(dǎo)電多晶硅4，以使得元胞導(dǎo)電多晶硅4與源極金屬I絕緣隔離。N+元胞源極區(qū)3的摻雜濃度大于N型基區(qū)6的摻雜濃度，N+元胞源極區(qū)3的深度小于P阱5的深度，N+元胞源極區(qū)3與元胞溝槽9的外側(cè)壁相接觸，且與源極金屬I歐姆接觸，從而能夠形成所需的IGBT器件的源極端。
[0046]當(dāng)有源元胞采用溝槽有源元胞8時，元胞溝槽9、電容溝槽13可以為同一工藝制造層，元胞絕緣氧化層14與電容絕緣氧化層16可以為同一工藝制造層，元胞導(dǎo)電多晶硅4與電容導(dǎo)電多晶硅15可以為同一工藝制造層;工藝過程與現(xiàn)有工藝相兼容。
[0047]如圖3所示，為多個淺槽柵7位于兩個相鄰溝槽有源元胞8間的示意圖，圖7、圖8為有源元胞采用溝槽有源元胞8時，將元胞導(dǎo)電多晶硅4、電容導(dǎo)電多晶硅15與柵極金屬18引出歐姆接觸的示意圖，圖6中，柵極金屬18位于中間，圖7中，柵極金屬18位于端腳，通過多晶硅連接體19與元胞導(dǎo)電多晶硅4、電容導(dǎo)電多晶硅15電連接，柵極金屬18通過多晶硅連接體19同時與元胞導(dǎo)電多晶硅4、電容導(dǎo)電多晶硅15歐姆接觸。多晶硅連接體19也為導(dǎo)電多晶硅，柵極金屬18支撐在元胞絕緣介質(zhì)層2上，通過接觸孔等形式與多晶硅連接體19歐姆接觸，具體引出以及連接形式均可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。進(jìn)一步地，在俯視圖上，溝槽有源元胞8內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅4的長度不小于電容導(dǎo)電多晶硅15的長度。
[0048]本實用新型利用P型集電區(qū)11與N型集電區(qū)21形成集電極層，從而能得到RC IGBT器件，利用淺槽柵7來形成柵源電容，淺槽柵7的數(shù)量可以為一個或多個，淺槽柵7內(nèi)的電容絕緣氧化層16作為柵源介質(zhì)，電容絕緣氧化層16的厚度可以精確控制，得到柵源電容的面積可以通過電容溝槽13的寬度、深度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對柵源電容參數(shù)的精確控制，淺槽柵7的分布靈活，能夠在不增加芯片面積的情況下集成大的柵源電容，結(jié)構(gòu)緊湊，與現(xiàn)有工藝兼容，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【主權(quán)項】
1.一種具有集成柵源電容的RCIGBT器件，包括具有兩個相對主面的半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板的兩個相對主面包括第一主面以及與第一主面相對應(yīng)的第二主面;半導(dǎo)體基板的第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型基區(qū);在半導(dǎo)體基板的第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)設(shè)置若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，所述有源元胞包括位于第一導(dǎo)電類型基區(qū)內(nèi)上部的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)與半導(dǎo)體基板第一主面上的源極金屬歐姆接觸;其特征是: 在所述半導(dǎo)體基板的第二主面上設(shè)置集電極結(jié)構(gòu)，所述集電極結(jié)構(gòu)包括集電極金屬以及與所述集電極金屬歐姆接觸的集電極層，集電極層位于集電極金屬與半導(dǎo)體基板的第二主面間，所述集電極層包括第二導(dǎo)電類型集電區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型集電區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型集電區(qū)； 在半導(dǎo)體基板內(nèi)還設(shè)置至少一個用于形成柵源電容的淺槽柵，所述淺槽柵包括位于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的電容溝槽，所述電容溝槽的高度小于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的深度;所述電容溝槽的側(cè)壁及底壁設(shè)置覆蓋有電容絕緣氧化層，并在覆蓋有電容絕緣氧化層的電容溝槽內(nèi)填充有電容導(dǎo)電多晶硅，且所述電容溝槽的槽口由第一主面上的電容絕緣介質(zhì)層覆蓋;電容溝槽內(nèi)的電容導(dǎo)電多晶硅與半導(dǎo)體基板第一主面上用于形成柵電極的柵極金屬歐姆接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述電容溝槽外側(cè)壁上方設(shè)有第一導(dǎo)電類型電容源極區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型電容源極區(qū)與電容溝槽的外側(cè)壁相接觸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述集電極層與半導(dǎo)體基板的第二主面間還設(shè)有第一導(dǎo)電類型緩沖層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述有源元胞呈平面狀或溝槽狀。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述有源元胞采用平面狀結(jié)構(gòu)時，所述平面有源元胞包括兩相鄰的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)以及位于所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)，相鄰的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)通過第一導(dǎo)電類型基區(qū)相間隔，在間隔相鄰第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的第一導(dǎo)電類型基區(qū)的正上方設(shè)有元胞導(dǎo)電多晶硅以及元胞絕緣介質(zhì)層，元胞導(dǎo)電多晶硅通過元胞絕緣介質(zhì)層與半導(dǎo)體基板的第一主面以及源極金屬絕緣隔離，且元胞導(dǎo)電多晶硅的兩端與下方的第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)相交疊，第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)與源極金屬歐姆接觸，所述元胞導(dǎo)電多晶硅與柵極金屬歐姆接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述有源元胞采用溝槽狀結(jié)構(gòu)時，所述溝槽有源元胞包括位于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的元胞溝槽，所述元胞溝槽的槽底位于第二導(dǎo)電類型阱區(qū)的下方，元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有元胞絕緣氧化層，并在覆蓋有元胞絕緣氧化層的元胞溝槽內(nèi)填充有元胞導(dǎo)電多晶娃，元胞溝槽的槽口由半導(dǎo)體基板第一主面上的元胞絕緣介質(zhì)層覆蓋;在元胞溝槽外壁的側(cè)上方設(shè)有第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)位于第二到類型阱區(qū)內(nèi)，且第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)與元胞溝槽的外側(cè)壁相接觸，第一導(dǎo)電類型元胞源極區(qū)與源極金屬歐姆接觸，且元胞導(dǎo)電多晶娃與柵極金屬歐姆接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述半導(dǎo)體基板的材料包括硅。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述有源元胞內(nèi)包括與柵極金屬歐姆接觸的元胞導(dǎo)電多晶硅，所述電容導(dǎo)電多晶硅的長度小于或等于元胞導(dǎo)電多晶硅的長度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有集成柵源電容的RCIGBT器件，其特征是:所述電容溝槽呈方形或長條形。
【文檔編號】H01L29/06GK205621738SQ201620407834
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】楊飛, 張廣銀, 譚驥, 沈千行, 朱陽軍, 盧爍今, 田曉麗
【申請人】江蘇中科君芯科技有限公司, 中國科學(xué)院微電子研究所