一種功率器件及其制作方法與流程
本發(fā)明涉及功率半導體技術領域，尤其是涉及一種IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)功率器件及其制作方法。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，為了優(yōu)化功率器件的通態(tài)壓降與關斷損耗，降低器件的功耗，一般采用載流子存儲層(空穴阻擋層)結構，這種結構又被稱為“N-Enhancement Layer”(N-加強層)及“Carrier Storage N Layer”(N型載流子存儲層)。如附圖1所示，為基于載流子存儲層平面柵結構的IGBT，該結構在P-基區(qū)的下方包圍有一層N-增強層13，圖中8為發(fā)射極金屬電極，12為集電極金屬電極。本申請人于2012年12月07日申請，并于2013年03月13日公開，公告號為CN102969351B的中國發(fā)明專利《一種平面柵型IGBT芯片》即公開了上述結構。又如附圖2所示，為基于載流子存儲層溝槽柵結構的IGBT，該結構在P-基區(qū)的下方設置一個N阱(N型載流子存儲層17)來包圍P-基區(qū)，在該處形成一個空穴的勢壘，阻擋了導通狀態(tài)下空穴被發(fā)射極電極的抽取，并增大了發(fā)射極電子注入，從而增強了該處的電導調制效應，同時降低了通態(tài)壓降。圖中，4為多晶硅柵，8為發(fā)射極金屬電極，12為集電極金屬電極，17為N型載流子存儲層。本申請人于2012年12月07日申請，并于2013年03月13日公開，公開號為CN102969350A的中國發(fā)明申請《一種溝槽柵型IGBT芯片》即公開了上述結構。因為這種結構并不依賴增加背部集電極的空穴注入來實現(xiàn)，從而可以對背部空穴注入效率進行優(yōu)化，并進一步降低器件的關斷損耗。如附圖2所示的結構中，在柵氧化層9的上部包圍有一層金屬阻擋層14，在兩個溝槽之間設置有P+擴散層15和發(fā)射層16。
一般情況下，N阱的摻雜濃度比N-襯底的濃度更高，并且隨著N阱的摻雜濃度提高，可以進一步降低功率器件的通態(tài)壓降。然而，隨著N阱濃度的增加，器件的耐壓能力會出現(xiàn)下降，這是由于高濃度N阱影響了器件在關斷狀態(tài)下的載流子耗盡速度，導致溝槽底部位置的電場集中(如附圖3、4和5所示)，因此產(chǎn)生了高的電場強度，影響了器件的耐壓性能。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種功率器件及其制作方法，能夠解決高濃度N阱所帶來的器件耐壓特性下降的技術問題，使得器件可以在高濃度N阱下依然能夠保持良好的耐壓特性，從而優(yōu)化了器件功耗與耐壓的矛盾關系。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種功率器件的技術實現(xiàn)方案，一種功率器 件，包括：N阱、N-襯底、P-基區(qū)、多晶硅柵、N+源極區(qū)、P+歐姆接觸區(qū)、發(fā)射極金屬電極和柵氧化層，功率器件采用溝槽柵結構。功率器件還包括P阱，N+源極區(qū)、P-基區(qū)、N阱、P阱從上至下依次排列，所述P阱包圍所述溝槽柵結構的溝槽底部。
優(yōu)選的，所述P阱的摻雜濃度峰值位于所述溝槽的底部。
優(yōu)選的，所述P阱在所述功率器件關斷時通過加快所述N阱的載流子的耗盡降低所述溝槽底部的電場強度。
優(yōu)選的，所述P阱的摻雜濃度高于所述N阱的摻雜濃度。
優(yōu)選的，所述P阱與所述N阱的摻雜濃度曲線相接。
優(yōu)選的，當功率器件采用有效柵極的溝槽柵結構時，位于所述有效柵極底部的兩個P阱相離。
優(yōu)選的，當功率器件的溝槽柵結構包括有效柵極，以及設置于有效柵極兩側的兩個以上假柵時，位于所述有效柵極底部的兩個P阱相離，位于彼此相鄰的所述假柵和有效柵極底部的P阱相離或相連，位于彼此相鄰的兩個所述假柵底部的P阱相離或相連。
本發(fā)明具體提供了一種如上所述功率器件制作方法的技術實現(xiàn)方案，功率器件制作方法，包括以下步驟：
S101：在N-襯底的基礎上進行N阱制作；
S102：在所述N阱上進行P-基區(qū)制作；
S103：在前一步驟的基礎上，進行溝槽制作；
S104：通過所述溝槽進行P阱注入，形成P阱；
S105：在所述溝槽內進行柵氧化層制作及多晶硅填充；
S106：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)制作；
S107：完成后續(xù)工藝。
本發(fā)明還具體提供了另一種如上所述功率器件制作方法的技術實現(xiàn)方案，一種功率器件制作方法，當有效柵極之間的距離等于彼此相鄰的假柵與有效柵極之間的距離時，該方法包括以下步驟：
S111：在N-襯底的基礎上進行P阱制作；
S101：在前一步驟的基礎上，進行N阱制作；
S102：在所述N阱上進行P-基區(qū)制作；
S103：在前一步驟的基礎上，進行溝槽制作；
S105：在所述溝槽內進行柵氧化層制作及多晶硅填充；
S106：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)制作；
S107：完成后續(xù)工藝。
優(yōu)選的，步驟S101進一步包括：
S1011：通過高溫氧化，在所述N-襯底的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層，所述犧牲氧化層的厚度為100A～600A；
S1012：在所述犧牲氧化層上涂覆一層光刻膠，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方的光刻膠，形成N阱注入窗口；
S1013：進行N型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠；
S1014：進行高溫推進，最終形成N阱，所述N阱的摻雜濃度在1e16/cm3量級以下，所述N阱的結深為3μm～8μm。
優(yōu)選的，步驟S111進一步包括：
S1111：通過高溫氧化，在所述N-襯底的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層，所述犧牲氧化層的厚度為100A～600A；
S1112：在所述犧牲氧化層上涂覆一層光刻膠，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方的光刻膠，形成P阱注入窗口；
S1113：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠；
S1114：進行高溫推進，最終形成P阱，所述P阱的摻雜濃度在1e16/cm3量級以下，所述P阱的結深為3μm～8μm。
優(yōu)選的，步驟S102進一步包括：
S1021：通過高溫氧化，在所述N阱上制作一層犧牲氧化層，所述犧牲氧化層的厚度為100A～600A；
S1022：在所述犧牲氧化層上涂覆一層光刻膠，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方的光刻膠，形成P-基區(qū)注入窗口；
S1023：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠，并去除器件表面剩余的光刻膠；
S1024：進行高溫推進，最終形成P-基區(qū)，所述P-基區(qū)的摻雜濃度在1e17/cm3量級以上，所述P-基區(qū)的結深為3μm～8μm。
優(yōu)選的，步驟S103進一步包括：
S1031：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠，然后進行曝光與去膠，形成溝槽刻蝕窗口；
S1032：進行溝槽刻蝕，直至目標深度，目標深度大于或等于所述N阱的結深。
優(yōu)選的，所述步驟S104進一步包括：
S1041：對器件有效區(qū)進行P型離子注入；
S1042：進行高溫推進，形成P阱，所述P阱的摻雜濃度高于所述N阱的摻雜濃度。
優(yōu)選的，所述步驟S105進一步包括：
S1051：進行高溫氧化，使溝槽內壁生長一層柵氧化層，所述柵氧化層的厚度為0.1μm～0.5μm；
S1052：進行多晶硅沉積，所述多晶硅填充溝槽的內部；
S1053：對所述多晶硅進行N型摻雜，摻雜濃度為1e19/cm3量級以上；
所述步驟S1053進一步包括：
首先進行N型離子注入，然后通過高溫推進來實現(xiàn)摻雜，推進之后所述多晶硅的表面形成一層氧化層。
優(yōu)選的，所述步驟S106進一步包括：
S1061：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠，然后進行曝光與去膠，形成N+源極區(qū)注入窗口；
S1062：進行N型離子注入，并去除剩余的光刻膠；
S1063：進行高溫推進，形成N+源極區(qū)，所述N+源極區(qū)的摻雜濃度為1e19/cm3量級以上，所述N+源極區(qū)的結深為1μm以下。
本發(fā)明具體提供了第三種如上所述功率器件制作方法的技術實現(xiàn)方案，一種功率器件制作方法，包括以下步驟：
S201：在N-襯底的基礎上進行P-基區(qū)制作；
S202：在前一步驟的基礎上，進行溝槽刻蝕；
S203：通過所述溝槽進行N阱注入，形成N阱；
S204：繼續(xù)進行溝槽刻蝕直至目標深度；
S205：通過所述溝槽進行P阱注入，形成P阱；
S206：在所述溝槽內進行柵氧化層制作及多晶硅填充；
S207：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)制作；
S208：完成后續(xù)工藝。
本發(fā)明還具體提供了第四種如上所述功率器件制作方法的技術實現(xiàn)方案，一種功率器件制作方法，當所述有效柵極之間的距離等于彼此相鄰的所述假柵與有效柵極之間的距離時，所述方法包括以下步驟：
S211：在N-襯底的基礎上進行P阱制作；
S201：在前一步驟的基礎上，進行P-基區(qū)制作；
S202：在前一步驟的基礎上，進行溝槽刻蝕；
S203：通過所述溝槽進行N阱注入，形成N阱；
S204：繼續(xù)進行溝槽刻蝕直至目標深度；
S206：在所述溝槽內進行柵氧化層制作及多晶硅填充；
S207：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)制作；
S208：完成后續(xù)工藝。
優(yōu)選的，所述步驟S201進一步包括：
S2011：通過高溫氧化，在N-襯底的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層，所述犧牲氧化層的厚度為100A～600A；
S2012：在所述犧牲氧化層上涂覆一層光刻膠，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方的光刻膠，形成P-基區(qū)注入窗口；
S2013：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠；
S2014：進行高溫推進，最終形成所述P-基區(qū)，所述P-基區(qū)的摻雜濃度在1e17/cm3量級以上，所述P-基區(qū)的結深為3μm～8μm。
優(yōu)選的，所述步驟S211進一步包括：
S2111：通過高溫氧化，在N-襯底的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層，所述犧牲氧化層的厚度為100A～600A；
S2112：在所述犧牲氧化層上涂覆一層光刻膠，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方的光刻膠，形成P阱注入窗口；
S2113：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠；
S2114：進行高溫推進，最終形成所述P阱，所述P阱的摻雜濃度在1e16/cm3量級以下，所述P阱的結深為3μm～8μm。
優(yōu)選的，所述步驟S202進一步包括：
S2021：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠，然后進行曝光與去膠，形成溝槽刻蝕窗口；
S2022：進行溝槽刻蝕，直至第一深度，所述第一深度大于或等于所述P-基區(qū)的結深。
優(yōu)選的，所述步驟S203進一步包括：
S2031：對整個器件進行N型離子注入；
S2032：進行高溫推進，形成N阱，所述N阱的摻雜濃度在1e14/cm3～1e17/cm3的量級范圍內，所述N阱的結深小于3μm。
優(yōu)選的，所述步驟S204進一步包括：
S2041：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠，然后進行曝光與去膠，形成溝槽刻蝕窗口；
S2042：進行溝槽刻蝕，直至第二深度，所述第二深度為溝槽的設計深度，溝槽的設計深度在4μm～8μm之間。
優(yōu)選的，所述步驟S205進一步包括：
對器件有效區(qū)進行P型離子注入，所述P阱的摻雜濃度低于所述N+源極區(qū)的摻雜濃度。
優(yōu)選的，所述步驟S206進一步包括：
S2061：進行高溫氧化，使溝槽內壁生長一層柵氧化層，所述柵氧化層的厚度為0.1μm～0.5μm；
S2062：進行多晶硅沉積，所述多晶硅填充溝槽的內部；
S2063：對所述多晶硅進行N型摻雜，摻雜濃度為1e19/cm3量級以上。
所述步驟S2063進一步包括：
首先進行N型離子注入，然后通過高溫推進來實現(xiàn)摻雜，推進之后所述多晶硅的表面形成一層氧化層。
優(yōu)選的，所述步驟S207進一步包括：
S2071：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠，然后進行曝光與去膠，形成N+源極區(qū)注入窗口；
S2072：進行N型離子注入，并去除剩余的光刻膠；
S2073：進行高溫推進，形成N+源極區(qū)，所述N+源極區(qū)的摻雜濃度為1e19/cm3量級以上，所述N+源極區(qū)的結深為1μm以下。
通過實施上述本發(fā)明提供的功率器件及其制作方法的技術方案，具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明提高了高濃度N阱溝槽柵功率器件的耐壓性能，優(yōu)化了IGBT的通態(tài)壓降(功耗)與耐壓的矛盾關系；
(2)本發(fā)明的P阱工藝成本比高能離子注入工藝成本低；
(3)本發(fā)明的P阱擴散工藝不影響N阱、P-基區(qū)及N+源極區(qū)的濃度與結深，降低了工藝復雜度與難度；
(4)本發(fā)明利用溝槽進行自對準注入，無需新增光刻板；
(5)本發(fā)明P阱濃度調節(jié)容易，且調節(jié)窗口范圍大。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一 些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的實施例。
圖1是現(xiàn)有技術中基于載流子存儲層平面柵結構的功率器件剖面結構示意圖；
圖2是現(xiàn)有技術中基于載流子存儲層溝槽柵結構的功率器件剖面結構示意圖；
圖3是現(xiàn)有技術溝槽柵功率器件器件的內部電場分布示意圖；
圖4是圖3中C4切線處的電場強度示意圖；
圖5是圖3中C3與C5切線處的電場強度示意圖；
圖6是本發(fā)明功率器件一種具體實施方式的剖面結構示意圖；
圖7是本發(fā)明圖6的器件剖面結構示意圖中A-A’切線處的摻雜濃度曲線示意圖；
圖8是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行N阱制作步驟的示意圖；
圖9是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行P-基區(qū)制作步驟的示意圖；
圖10是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行溝槽制作步驟的示意圖；
圖11是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行P阱注入步驟的示意圖；
圖12是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行柵氧化層制作及多晶硅填充步驟的示意圖；
圖13是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行N+源極區(qū)制作步驟的示意圖；
圖14是本發(fā)明功率器件制作方法一種具體實施方式中進行后續(xù)工藝制作步驟的示意圖；
圖15是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行P-基區(qū)制作步驟的示意圖；
圖16是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行溝槽制作步驟的示意圖；
圖17是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行N阱注入步驟的示意圖；
圖18是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行高溫推進并形成N阱步驟的示意圖；
圖19是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行溝槽二次刻蝕步驟的示意圖；
圖20是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行P阱注入步驟的示意圖；
圖21是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行柵氧化層制作及多晶硅填充步驟的示意圖；
圖22是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行N+源極區(qū)制作步驟的示意圖；
圖23是本發(fā)明功率器件制作方法另一種具體實施方式中進行后續(xù)工藝制作步驟的示意圖；
圖24是本發(fā)明功率器件另一種具體實施方式的剖面結構示意圖；
圖25是本發(fā)明功率器件第三種具體實施方式的剖面結構示意圖；
圖26是本發(fā)明第三種具體實施方式中功率器件剖面結構的尺寸標注示意圖；
圖27是本發(fā)明功率器件第四種具體實施方式的剖面結構示意圖；
圖28是本發(fā)明中P阱的擴散結深對電場強度的影響示意圖；
圖29是本發(fā)明中P阱的擴散結深對通態(tài)壓降的影響示意圖；
圖30是本發(fā)明圖29的局部放大示意圖；
圖31是本發(fā)明中P阱的摻雜濃度對通態(tài)壓降的影響示意圖；
圖32是本發(fā)明圖31的局部放大示意圖；
圖33是本發(fā)明中P阱的摻雜濃度對耐壓的影響示意圖；
圖34是本發(fā)明中圖33的局部放大示意圖；
圖35是圖18中A部分的局部結構放大示意圖；
圖中：1-N阱，2-N-襯底，3-P-基區(qū)，4-多晶硅柵，5-N+源極區(qū)，6-P阱，7-P+歐姆接觸區(qū)，8-發(fā)射極金屬電極，9-柵氧化層，10-光刻膠，11-犧牲氧化層，11-集電極金屬電極，13-N-增強層，14-金屬阻擋層，15-P+擴散層，16-發(fā)射層，17-N型載流子存儲層，20-有效柵極，30-假柵。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
如附圖6至附圖35所示，給出了本發(fā)明功率器件及其制作方法的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1：
如附圖6所示，一種功率器件的具體實施例，包括：N阱1、N-襯底2、P-基區(qū)3、多晶硅柵4、N+源極區(qū)5、P+歐姆接觸區(qū)7、發(fā)射極金屬電極8和柵氧化層9，功率器件采用溝槽柵結構。溝槽柵結構包括常規(guī)柵極(有效柵極)結構和假柵結構，本實施例中的溝槽柵結構采用常規(guī)柵極結構。P-基區(qū)3、N阱1、N-襯底2從上至下依次設置。在兩個溝槽之間的N阱1上部形成有P-基區(qū)3、N+源極區(qū)5、P+歐姆接觸區(qū)7和發(fā)射極金屬電極8，其中，P-基區(qū)3位于N阱1的上部，發(fā)射極金屬電極8位于兩個溝槽之間的中部，P+歐姆接觸區(qū)7位于發(fā)射極金屬電極8的下部。N+源極區(qū)5位于P-基區(qū)3的上部，并位于發(fā)射極金屬電極8的兩側。 溝槽進一步包括多晶硅柵4，以及位于多晶硅柵4外側的柵氧化層9。器件正面包括四次摻雜，在功率器件結構的剖面圖中，N+源極區(qū)5、P-基區(qū)3、N阱1、P阱6從上至下依次排列。功率器件還包括P阱6，P阱6包圍溝槽柵結構的溝槽底部。P阱6的摻雜濃度峰值位于溝槽的底部，以更加便于該技術方案的具體實施。
P阱6在功率器件關斷(耐壓狀態(tài)下)時通過加快N阱1的載流子的耗盡降低溝槽底部的電場強度。同時，P阱6的摻雜濃度高于N阱1的摻雜濃度，以確保在耐壓時N阱1的載流子全部耗盡，使得器件的耐壓性能達到最優(yōu)。
如附圖7所示，P阱6與N阱1的摻雜濃度曲線相接，如果P阱6與N阱1的摻雜濃度曲線相離則不能實現(xiàn)器件耐壓最優(yōu)，如果兩摻雜濃度曲線曲線相交則不能實現(xiàn)器件通態(tài)壓降最優(yōu)。
當功率器件采用有效柵極的溝槽柵結構時，位于有效柵極底部的兩個P阱6相離，在器件導通時提供電子通路。P阱6相離，是指相鄰的兩個有效柵極下方的P阱6是相互隔離、不接觸的，即為器件導通時提供電子通路，使得從發(fā)射極金屬電極8注入的電子能夠進入到器件(器件)的N-襯底2，參與電導調制。
為了提高基于高濃度N阱1的功率器件的耐壓能力，本具體實施例在溝槽的底部位置引入P阱結構，在器件關斷時(耐壓狀態(tài)下)加快N阱載流子的耗盡，降低溝槽底部附近的電場強度，提高器件的耐壓能力。本發(fā)明具體實施例1描述的技術方案解決了高濃度N阱所帶來的器件耐壓特性下降的技術問題，并且解決了P阱的常規(guī)制作工藝的成本高、工藝難度大、摻雜濃度調整范圍小等技術問題，使得器件可以在高濃度N阱下依然保持良好的耐壓特性，從而優(yōu)化了器件功耗與耐壓之間的矛盾關系。
實施例2：
溝槽柵型IGBT的通態(tài)壓降隨著N阱(載流子存儲層)1的摻雜濃度的提高而降低，但是N阱1的摻雜濃度提高對器件的耐壓不利，主要薄弱點是溝槽底部所在的位置。然而，P阱6的制作工藝存在諸多困難，如：
為了實現(xiàn)P阱結構，可以采用高能離子注入工藝，但是這會導致工藝成本較高。同時，采用高能離子注入工藝所制作的P阱6，其摻雜濃度的峰值受到限制，難以獲得高濃度的P阱結構。此外，還可以采用常規(guī)擴散工藝，但是常規(guī)擴散工藝需要依次進行P阱6、N阱1、P-基區(qū)3，以及N+源極區(qū)5的四次擴散摻雜。這就需要在幾個微米的結深內完成四次擴散，其工藝難度非常大，并且四次摻雜的協(xié)同優(yōu)化非常困難，最后將會導致P阱的濃度調節(jié)窗口很小。
一種如上實施例1所述功率器件的制作方法的具體實施例，N阱1是采用常規(guī)擴散法來 制作的，該方法包括以下步驟：
S101：在N-襯底2的基礎上進行N阱1制作，采用常規(guī)擴散法，對整個器件(硅片)進行注入，并進行高溫推進工藝，如附圖8所示。
步驟S101進一步包括以下過程：
S1011：通過高溫氧化，在N-襯底2的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層(SiO2，二氧化硅)11，犧牲氧化層11的厚度為100A～600A，優(yōu)選300A；
S1012：在犧牲氧化層11上涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)(元胞區(qū))上方的光刻膠10，形成N阱注入窗口；
S1013：進行N型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠10；
S1014：進行高溫推進(擴散工藝)，最終形成N阱1，N阱1的摻雜濃度在1e16/cm3量級以下，優(yōu)選1e15/cm3，N阱1的結深為3μm～8μm，優(yōu)選5μm。
S102：在N阱1上進行P-基區(qū)3制作，按照常規(guī)擴散法進行P-基區(qū)3的摻雜與高溫推進，如附圖9所示。
步驟S102進一步包括以下過程：
S1021：通過高溫氧化，在N阱1上(器件正面)制作一層犧牲氧化層11，犧牲氧化層11的厚度為100A～600A，優(yōu)選300A；
S1022：在犧牲氧化層11上涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方(器件正面)的光刻膠10，形成P-基區(qū)注入窗口；
S1023：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠10，并去除器件表面剩余的光刻膠10；
S1024：進行高溫推進(擴散工藝)，最終形成P-基區(qū)3，P-基區(qū)3的摻雜濃度在1e17/cm3量級以上，優(yōu)選1e17/cm3，P-基區(qū)3的結深為3μm～8μm，優(yōu)選4μm。
S103：在前一步驟的基礎上，進行溝槽制作，包括溝槽刻蝕窗口制作與刻蝕，如附圖10所示。
步驟S103進一步包括以下過程：
S1031：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光與去膠，形成溝槽刻蝕窗口；
S1032：進行溝槽刻蝕，直至目標深度，該目標深度大于或等于N阱1的結深。
S104：通過溝槽進行P阱注入，形成P阱6，如附圖11所示。由于P阱6的摻雜濃度低于N+源極區(qū)5的摻雜濃度，因此不需要設置P阱注入光刻板，可以對整個器件片都注入。此時，可先不進行高溫推進，而是利用后續(xù)工藝的高溫過程完成推進。
步驟S104進一步包括以下過程：
S1041：對器件有效區(qū)(元胞區(qū))進行P型離子注入；
S1042：進行高溫推進(擴散工藝)，形成P阱6，P阱6的摻雜濃度高于N阱1的摻雜濃度。
S105：在溝槽內進行柵氧化層9制作及多晶硅填充，如附圖12所示。
步驟S105進一步包括以下過程：
S1051：進行高溫氧化，使溝槽內壁生長一層柵氧化層9，柵氧化層9的厚度為0.1μm～0.5μm，優(yōu)選0.1μm；
S1052：進行多晶硅(Poly)沉積，多晶硅填充溝槽的內部；
S1053：對多晶硅進行N型摻雜，摻雜濃度為1e19/cm3量級以上，優(yōu)選1e20/cm3。
步驟S1053進一步包括以下過程：
首先進行N型離子注入，然后通過高溫推進來實現(xiàn)摻雜，推進之后多晶硅的表面形成一層氧化層。
S106：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)5制作，包括N+源極區(qū)注入窗口制作、注入及高溫推進，如附圖13所示。
步驟S106進一步包括以下過程：
S1061：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光與去膠，形成N+源極區(qū)注入窗口；
S1062：進行N型離子注入，并去除剩余的光刻膠10；
S1063：進行高溫推進，形成N+源極區(qū)5，N+源極區(qū)5的摻雜濃度為1e19/cm3量級以上，優(yōu)選1e20/cm3，N+源極區(qū)5的結深為1μm以下，優(yōu)選0.5μm。
S107：至此完成了P阱6、N阱1、P-基區(qū)3，以及N+源極區(qū)5的制作，后續(xù)工藝與常規(guī)制作工藝一致，如附圖14所示。此部分的常規(guī)工藝可以具體參考如：CN102945804B號中國發(fā)明專利等現(xiàn)有技術中的相關制作方法。
本發(fā)明具體實施例2通過溝槽刻蝕后擴散的工藝來實現(xiàn)P阱結構，P阱6的擴散摻雜在其余的三次擴散之后完成，并且無需新增光刻板，工藝成本比高能離子注入低。同時，工藝難度比常規(guī)的四次擴散大幅下降，并對前面的三次摻雜濃度沒有影響，無需與它們進行協(xié)同優(yōu)化，并且P阱6的濃度調節(jié)非常容易，且調節(jié)窗口大。
實施例3：
另一種如上實施例1所述功率器件的制作方法的具體實施例，包括以下步驟：
S201：在N-襯底2的基礎上進行P-基區(qū)3制作，按常規(guī)擴散法進行P-基區(qū)3摻雜與高 溫推進，如附圖15所示。
步驟S201進一步包括以下過程：
S2011：通過高溫氧化，在N-襯底2的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層11，犧牲氧化層11的厚度為100A～600A，優(yōu)選300A；
S2012：在犧牲氧化層11上涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)(元胞區(qū))上方的光刻膠10，形成P-基區(qū)注入窗口；
S2013：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠10；
S2014：進行高溫推進(擴散工藝)，最終形成P-基區(qū)3，P-基區(qū)3的摻雜濃度在1e17/cm3量級以上，優(yōu)選1e17/cm3，P-基區(qū)3的結深為3μm～8μm，優(yōu)選3μm。
S202：在前一步驟的基礎上，進行溝槽刻蝕，包括溝槽刻蝕窗口制作與刻蝕，刻蝕到N阱1的峰值濃度(第一深度a)處，如附圖16所示。
步驟S202進一步包括以下過程：
S2021：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光與去膠，形成溝槽刻蝕窗口；
S2022：進行溝槽刻蝕，直至第一深度a，第一深度a大于或等于P-基區(qū)3的結深。
S203：通過溝槽進行N阱注入，如附圖17所示。因為N阱1的濃度低于N+源極區(qū)5的濃度，并且是淺結注入，因此無需光刻板，可以直接對整個晶元(器件)注入。然后進行高溫推進，形成N阱1，如附圖18所示。
步驟S203進一步包括以下過程：
S2031：對整個器件進行N型離子注入，這里無需進行光刻，可對整片硅片(器件)進行注入；
S2032：進行高溫推進(擴散工藝)，形成N阱1，N阱1的摻雜濃度視設計而定，但是濃度范圍可以很大，一般在1e14/cm3～1e17/cm3的量級范圍內，優(yōu)選1e17/cm3，N阱1的結深小于3μm，優(yōu)選2μm。而這是現(xiàn)有技術中的常規(guī)工藝方法所不能實現(xiàn)的。
S204：繼續(xù)進行溝槽刻蝕直至目標深度，如附圖19所示。
步驟S204進一步包括以下過程：
S2041：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光與去膠，形成溝槽刻蝕窗口；
S2042：進行溝槽刻蝕，直至第二深度b，第二深度b為溝槽的設計深度，溝槽的設計深度在4μm～8μm之間，優(yōu)選6μm。
S205：通過溝槽進行P阱注入，形成P阱6，如附圖20所示。由于P阱6的摻雜濃度低 于N+源極區(qū)5的摻雜濃度，因此不需要設置P阱注入光刻板，可以對整個硅片都注入。此時，可先不進行高溫推進，而是利用后續(xù)工藝的高溫過程完成推進。
步驟S205進一步包括以下過程：
對器件有效區(qū)(元胞區(qū))進行P型離子注入，P阱6的摻雜濃度低于N+源極區(qū)5的摻雜濃度。這里先不進行高溫推進，而是利用后續(xù)高溫過程(柵氧化層9制作的高溫過程)完成推進。
S206：在溝槽內進行柵氧化層9制作及多晶硅填充，如附圖21所示。
步驟S206進一步包括：
S2061：進行高溫氧化，使溝槽內壁生長一層柵氧化層9，柵氧化層9的厚度為0.1μm～0.5μm，優(yōu)選0.1μm；
S2062：進行多晶硅(Poly)沉積，多晶硅填充溝槽的內部；
S2063：對多晶硅進行N型摻雜，摻雜濃度為1e19/cm3量級以上，優(yōu)選1e20/cm3。
步驟S2063進一步包括以下過程：
首先進行N型離子注入，然后通過高溫推進來實現(xiàn)摻雜，推進之后多晶硅的表面形成一層氧化層。
S207：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)5制作，包括N+源極區(qū)注入窗口制作、注入及高溫推進，如附圖22所示。
步驟S207進一步包括以下過程：
S2071：進行刻蝕窗口造型：先涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光與去膠，形成N+源極區(qū)注入窗口；
S2072：進行N型離子注入，并去除剩余的光刻膠10；
S2073：進行高溫推進，形成N+源極區(qū)5，N+源極區(qū)5的摻雜濃度為1e19/cm3量級以上，優(yōu)選1e20/cm3，N+源極區(qū)5的結深為1μm以下，優(yōu)選0.5μm。
S208：至此完成了P阱6、N阱1、P-基區(qū)3，以及N+源極區(qū)5的制作，后續(xù)工藝與常規(guī)制作工藝一致，如附圖23所示。此部分的常規(guī)工藝可以具體參考如：CN102945804B號中國發(fā)明專利等現(xiàn)有技術中的相關制作方法。
在本實施例中，溝槽柵結構的兩個溝槽中心之間的距離L小于或等于2μm，以確保能夠實現(xiàn)高濃度的N阱1。本實施例采用橫向擴散形成N阱1，太寬的溝槽間距難以保證在較小的N阱結深的情況下實現(xiàn)橫向連續(xù)的N阱結構。
在本實施例中，N阱1的濃度大于常規(guī)濃度，常規(guī)工藝制作的N阱1的摻雜濃度通常是1e15/cm3的量級，不超過1e16/cm3量級。而本實施例中N阱1的摻雜濃度通常能夠超過1e16/cm3 量級，達到1e17/cm3量級，甚至是1e18/cm3量級。
在本實施例中，N阱1的濃度峰值位于溝槽的第一深度a處，便于功率器件采用刻蝕后擴散摻雜的制作工藝。第一深度a等于或稍大于P-基區(qū)3的結深c與N阱1單邊擴散的結深之和，以確保N阱1的高濃度摻雜，以及濃度調節(jié)不影響到P-基區(qū)3。如附圖35中所示，a為第一深度，c為P-基區(qū)3的結深，d為N阱1的結深，e為N阱1的單邊擴散結深。當?shù)谝簧疃萢＝P-基區(qū)3的結深c+N阱1的單邊擴散結深e時，則P-基區(qū)3與N阱1相接(相連接)。當?shù)谝簧疃萢＞P-基區(qū)3的結深c+N阱1的單邊擴散結深e時，則P-基區(qū)3與N阱1相離(相互隔離)。
實施例4：
當功率器件的溝槽柵結構包括有效柵極20，以及設置于有效柵極20兩側的兩個以上假柵30時，位于假柵30底部的P阱6和與假柵30相鄰的有效柵極20底部的P阱6相離或相連，位于假柵30底部的P阱6和與假柵30相鄰的另一個假柵30底部的P阱6相離或相連。本發(fā)明實施例1中常規(guī)柵極(有效柵極)溝槽底部的P阱6相離(在器件導通時提供電子通路)，而在本實施例中，對假柵30溝槽底部的P阱6不做限制，可以相離、相接或相交。假柵30在電氣連接上，可以是浮空或者接地兩種情況。浮空即是假柵30內的多晶硅不做引出處理，四周被柵氧化層(SiO2)包圍。接地則是指將假柵30內的多晶硅做引出處理，引出至器件表面與器件的發(fā)射極金屬電極8相連。而有效柵極20內的多晶硅是引出至器件的表面，與器件的柵電極相連。假柵30的任意一側都不設置N+源極區(qū)5，因此其任意一側也都沒有發(fā)射極金屬電極8。在工藝實現(xiàn)上，假柵30的制作方法與有效柵極20的制作方法一致，其區(qū)別在于柵極的引出工藝上，將有效柵極20引出至器件的柵電極，而將假柵30浮空(不引出)或者引出至器件的發(fā)射極金屬電極8。
假柵30的作用是可以降低飽和電流的大小，由于器件的溝道總寬度降低，則飽和電流可以降低，可以調節(jié)器件的短路能力。同時，由于假柵30的加入，相當于在器件的內部設置了場板結構，將靠近器件表面的電場推進至器件的內部，解決了有效柵極20底部的電場集中問題，進一步改善了器件的耐壓特性。
如附圖24所示，對于假柵30底部的P阱6彼此之間都相離的情況，其制作工藝可以按照實施例2和實施例3中的制作方法。
如附圖25所示，對于假柵30溝槽下部P阱6與有效柵極20溝槽下部P阱6相連的情況，則需要分別按照以下兩種方式對待。
如附圖26所示，如果在一個元胞結構內，相鄰的兩個有效柵極20之間的距離(即相鄰的兩個有效柵極20中心之間的距離)L1大于有效柵極20與任意相鄰的其他假柵30之間的 距離(即有效柵極20中心與任意相鄰的其他假柵30中心之間的距離)L2時，即L1＞L2時，仍然可以采用實施例2和實施例3中描述的制作方法。通過控制P阱6的擴散時間，可以實現(xiàn)假柵30底部的P阱6相連接，而保證有效柵極20底部的P阱6相離。如附圖27所示，當相鄰的兩個有效柵極20之間的距離L1大于有效柵極20與相鄰假柵30之間的距離L2，以及彼此相鄰的兩個假柵30之間的距離(即彼此相鄰的兩個假柵30中心之間的距離)L3時，即L1＞L2＝L3時，也仍然可以采用實施例2和實施例3中描述的制作方法。
如果在一個元胞之內，L1(相鄰的兩個有效柵極20之間的距離)＝L2(有效柵極20與相鄰假柵30之間的距離)＝L3(彼此相鄰的兩個假柵30之間的距離)，則不能采用實施例2和實施例3中描述的制作方法，而必須采用下述實施例5和實施例6的制作方法。首先，進行制作P阱6的工藝，然后再做其它的工藝，否則左右兩側的P阱6將連接在一起，在兩個有效柵極20之間就沒有隔離，從而不能形成電子通路。
實施例5：
一種如上實施例4所述功率器件的制作方法的具體實施例，當有效柵極之間的距離等于假柵和與假柵相鄰的有效柵極之間的距離時，方法包括以下步驟：
S111：在N-襯底2的基礎上進行P阱6制作(擴散)；
S101：在前一步驟的基礎上，進行N阱1制作；
S102：在N阱1上進行P-基區(qū)3制作；
S103：在前一步驟的基礎上，進行溝槽制作；
S105：在溝槽內進行柵氧化層9制作及多晶硅填充；
S106：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)5制作；
S107：完成后續(xù)工藝。
步驟S111進一步包括以下過程：
S1111：通過高溫氧化，在N-襯底2的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層11，犧牲氧化層11的厚度為100A～600A，優(yōu)選300A；
S1112：在犧牲氧化層11上涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)(元胞區(qū))上方的光刻膠10，形成P阱注入窗口；
S1113：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠10；
S1114：進行高溫推進(擴散工藝)，最終形成P阱6，P阱6的摻雜濃度在1e16/cm3量級以下，優(yōu)選1e15/cm3，P阱6的結深為3μm～8μm，優(yōu)選8μm。
其中，本實施例中的步驟S101、S102、S103、S105、S106和S107與實施例2中相應的步驟S101、S102、S103、S105、S106和S107采用相同的工藝方法。
實施例6：
另一種如上實施例4所述功率器件的制作方法的具體實施例，當有效柵極之間的距離等于假柵和與假柵相鄰的有效柵極之間的距離時，該方法包括以下步驟：
S211：在N-襯底2的基礎上進行P阱6制作；
S201：在前一步驟的基礎上，進行P-基區(qū)3制作；
S202：在前一步驟的基礎上，進行溝槽刻蝕；
S203：通過溝槽進行N阱注入，形成N阱1；
S204：繼續(xù)進行溝槽刻蝕直至目標深度；
S206：在溝槽內進行柵氧化層9制作及多晶硅填充；
S207：在兩個溝槽之間進行N+源極區(qū)5制作；
S208：完成后續(xù)工藝。
步驟S211進一步包括以下過程：
S2111：通過高溫氧化，在N-襯底2的基礎上對器件的正面制作一層犧牲氧化層11，犧牲氧化層11的厚度為100A～600A，優(yōu)選300A；
S2112：在犧牲氧化層11上涂覆一層光刻膠10，然后進行曝光，并去除器件有效區(qū)上方的光刻膠10，形成P阱注入窗口；
S2113：進行P型離子注入，并去除器件表面剩余的光刻膠10；
S2114：進行高溫推進，最終形成P阱6，P阱6的摻雜濃度在1e16/cm3量級以下，優(yōu)選1e16/cm3，P阱6的結深為3μm～8μm，優(yōu)選8μm。
其中，本實施例中的步驟S201、S202、S203、S204、S206、S207和S208與實施例3中相應的步驟S201、S202、S203、S204、S206、S207和S208采用相同的工藝方法。
如附圖28、29和30所示，反映了P阱6的擴散結深對器件(器件)通態(tài)壓降及耐壓的影響。P阱6的結構能降低功率器件溝槽底部的電場強度，且P阱6與N阱1之間的距離減小(1x結深，2x結深，4x結深)，有助于降低電場強度，即：P阱6的擴散結深增加，更有利于降低器件溝槽底部的電場強度，如附圖28所示為P阱6的擴散結深對電場強度的影響，其中，C3：y＝5um，Vce＝1800V。
P阱6的加入會使器件的通態(tài)壓降增大。當P阱6的結深較小(1x結深)時(P阱6與N阱1相離)，其壓降與沒有P阱6時相差不大。隨著P阱6的結深增加直到剛好相接(2x結深)時，對器件通態(tài)壓降的影響增加，即通態(tài)壓降增加。當P阱6與N阱1相交(4x結深)時，器件的通態(tài)壓降增加較大。即P阱6的擴散結深越大，器件的通態(tài)壓降越大，如附圖29和30所示。因此可以得出，P阱6的擴散結深越大，器件的耐壓性能越好，但通態(tài)壓降越大。
如附圖31至附圖34所示，反映了P阱6的濃度變化對器件通態(tài)壓降及耐壓的影響。其中，如附圖31和附圖32所示為P阱6的摻雜濃度對器件耐壓的影響，P阱6的濃度增加會輕微增加器件的通態(tài)壓降，但是增加幅度不大。如附圖31和附圖32所示為P阱6的摻雜濃度對器件通態(tài)壓降的影響，P阱6的濃度增加對器件耐壓的影響很微小(略微增加)。因此可以得出，P阱6的濃度變化(在一定范圍內)對器件通態(tài)壓降及耐壓均影響不大，即P阱6的摻雜濃度可變范圍大。
通過實施本發(fā)明具體實施例描述的功率器件及其制作方法的技術方案，能夠產(chǎn)生如下技術效果：
(1)本發(fā)明具體實施例描述的功率器件及其制作方法提高了高濃度N阱溝槽柵功率器件的耐壓性能，優(yōu)化了IGBT的通態(tài)壓降(功耗)與耐壓的矛盾關系；
(2)本發(fā)明具體實施例描述的功率器件及其制作方法的P阱工藝成本比高能離子注入工藝成本低；
(3)本發(fā)明具體實施例描述的功率器件及其制作方法的P阱擴散工藝不影響N阱、P-基區(qū)及N+源極區(qū)的濃度與結深，降低了工藝復雜度與難度；
(4)本發(fā)明具體實施例描述的功率器件及其制作方法利用溝槽進行自對準注入，無需新增光刻板；
(5)本發(fā)明具體實施例描述的功率器件及其制作方法P阱濃度調節(jié)容易，且調節(jié)窗口范圍大。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神實質和技術方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍。
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