沟槽栅超结IGBT器件及其制造方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115881802A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211512449.7(22)申请日2022.11.28(71)申请人上海华虹宏力半导体制造有限公司地址201203上海市浦东新区中国（上海）自由贸易试验区祖冲之路1399号(72)发明人李昊邢军军(74)专利代理机构上海浦一知识产权代理有限公司31211专利代理师郭四华(51)Int.Cl.H01L29/739(2006.01)H01L21/331(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称沟槽栅超结IGBT器件及其制造方法(57)摘要本发明公开了一种沟槽栅超结IGBT器件，器件单元结构包括：P型掺杂的体区形成于N型柱和P型柱的表面区域中。沟槽栅位于N型柱的顶部区域中且穿过体区。在沟槽栅侧面的体区的表面形成有发射区。发射区顶部的第一接触孔连接到由正面金属层组成的发射极。在第一接触孔和相邻的P型柱之间的N型柱中形成有沟槽隔离结构，沟槽隔离结构由填充于隔离沟槽中的第一介质层组成，隔离沟槽穿过体区并使体区分割成第一体区部分和第二体区部分。沟槽隔离结构切断第二体区部分和P型柱到第一体区的导通路径。本发明还公开了一种沟槽栅超结IGBT器件的制造方法。本发明能实现P型柱和P型体区的隔离，从而能防止形成P型柱到P型体区的空穴导通路径。CN115881802ACN115881802A权利要求书1/3页1.一种沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于，包括：超结结构，所述超结结构由多个N型柱和P型柱交替排列而成，一个所述N型柱和相邻的一个所述P型柱组成一个对应的超结单元；所述超结结构形成于N型外延层中，在所述N型外延层的底部形成有P型掺杂的集电区，所述集电区的背面和由背面金属层组成的集电极连接；所述P型柱的底部和所述集电区的顶部表面具有间距；在器件单元区中，在各所述超结单元顶部区域中形成有IGBT器件的器件单元结构，所述IGBT器件由多个所述器件单元结构并联而成；所述器件单元结构包括：P型掺杂的体区，所述体区形成于所述N型柱和所述P型柱的表面区域中；沟槽栅，由填充于栅极沟槽中的栅介质层和栅极导电材料层组成，所述栅极沟槽位于所述N型柱的顶部区域中且所述栅极沟槽穿过所述体区；在所述沟槽栅侧面的所述体区的表面形成有由N+区组成的发射区；在所述发射区的顶部形成有第一接触孔，所述第一接触孔的底部同时接触所述发射区和所述体区，所述第一接触孔的顶部连接到由正面金属层组成的发射极；在所述第一接触孔和相邻的所述P型柱之间的所述N型柱中形成有沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构由填充于隔离沟槽中的第一介质层组成，所述隔离沟槽穿过所述体区并使所述体区分割成第一体区部分和第二体区部分；所述第一体区部分位于所述隔离沟槽和所述沟槽栅之间，所述第二体区部分位于所述隔离沟槽和所述P型柱之间，所述第一体区部分通过所述第一接触孔连接到所述发射极；所述沟槽隔离结构切断所述第二体区部分和所述P型柱到所述第一体区的导通路径。2.如权利要求1所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：在所述集电区的正面的所述N型外延层中形成有N型掺杂的电场中止层，所述电场中止层的掺杂浓度大于所述N型外延层的掺杂浓度，所述电场中止层的顶部表面和所述P型柱的底部表面之间具有间隔。3.如权利要求1所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：所述栅介质层包括栅氧化层；所述栅极导电材料层包括多晶硅栅。4.如权利要求1所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：在所述第一体区部分的表面还形成有由P+区组成的体引出区。5.如权利要求1或2所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：在所述N型外延层的底部还形成有快速恢复二极管的N型电极区；所述N型电极区的背面也和所述集电极接触，所述集电极同时作为所述快速恢复二极管的阴极。6.如权利要求1所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：所述沟槽栅还延伸到栅极引出区中，在所述栅极引出区中，所述栅极导电材料层的顶部形成有第二接触孔，所述第二接触孔的顶部连接到由正面金属层组成的栅极。7.如权利要求1所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：所述P型柱由填充于超结沟槽中的P型外延层组成，所述超结沟槽形成于所述N型外延层中，所述N型柱由所述P型柱之间的所述N型外延层组成。8.如权利要求1所述的沟槽栅超结IGBT器件，其特征在于：所述N型外延层形成于半导体衬底表面；2CN115881802A权利要求书2/3页所述半导体衬底为P型掺杂，所述集电区由对背面减薄后的所述半导体衬底组成；或者，所述集电区由对所述半导体衬底背面减薄后形成于所述N型外延层底部的P型掺杂的背面离子注入区组成。9.一种沟槽栅超结IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：