一種適用於dummy-trench功率器件的版圖的製作方法
2023-04-25 00:10:51 1
專利名稱：一種適用於dummy-trench功率器件的版圖的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及版圖技術領域,主要適用於dummy-trench功率器件的版圖。
背景技術：
對於IGBT和VDMOS來講，每個元包之間存在寄生的JFET區，JFET電阻是器件電阻的重要組成部分，為了降低器件總體的飽和導通壓降，採用Trench結構消除寄生JFET區。Trench IGBT (包括VDM0S，後面也包括)的一個缺點是它的短路耐量很低，原因是溝道密度增加，飽和電流密度增加。為了提高trench IGBT的抗短路能力，必須降低溝道密度。而增加trench間距雖能降低溝道密度，但卻使耐壓下降。為了能使溝道密度降低又能保持耐壓不受太大影響，目前的解決方法就是dummy結構。就是只有其中一部分柵起溝道作用，其餘的只用於維持耐壓，這也是du_y—詞的來源。另外，du_y增加了 PIN區域的相對面積，增加了載流子的積累，故進一步降低了導通壓降。Dummy柵的電學連接方式有很多種:可以與真正的trench柵極(G)連接；可以與發射極(E)連接；可以浮空；可以與終端區的場限環連接。而目前的Du_y柵的電學連接方式存在以下缺點:(I)當dummy柵和真正的trench柵極(G)連接時,柵極G與集電極C之間的電容變大，使得開關損害比較大。(2)當dummy柵和發射極(E)連接時，柵極G與發射極E之間的電容變大，使得開關浪湧電壓較大，影響了器件的安全工作。(3)dummy柵浮空不會造成開關損耗大或者開關浪湧電壓大的缺點，但是由於其電位是浮空的，因此不能有效的保證器件的短路耐量和耐壓的作用。(4)僅限於靠近終端區的dummy柵，應用範圍比較局限。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種適用於dummy-t rench功率器件的版圖，它在保證器件短路耐量特性和耐壓特性的基礎上，通過降低器件在開關過程中的浪湧電壓，降低了器件的開關損害，從而提高了器件工作的安全性。為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種適用於dummy-trench功率器件的版圖包括:dummy柵極結構刻蝕窗口、trench柵極結構刻蝕窗口、源極金屬刻蝕窗口、dummy柵極金屬刻蝕窗口、trench柵極金屬刻蝕窗口、源極金屬接線板刻蝕窗口、dummy柵極接線板刻蝕窗口及trench柵極接線板刻蝕窗口 ；所述trench柵極結構刻蝕窗口被所述du_y柵極結構刻蝕窗口隔開；所述dummy柵極金屬刻蝕窗口與所述源極金屬刻蝕窗口間隔距離，所述trench柵極金屬刻蝕窗口與源極金屬刻蝕窗口間隔距離；dummy柵極金屬刻蝕窗口覆蓋dummy柵極結構刻蝕窗口的一端，trench柵極金屬刻蝕窗口覆蓋trench柵極結構刻蝕窗口的一端；源極金屬刻蝕窗口覆蓋未被dummy柵極金屬刻蝕窗口和trench柵極金屬刻蝕窗口所覆蓋的區域，且與dummy柵極金屬刻蝕窗口和trench柵極金屬刻蝕窗口間隔距離；所述dummy柵極接線板刻蝕窗口覆蓋dummy柵極金屬刻蝕窗口，所述trench柵極接線板刻蝕窗口覆蓋trench柵極金屬刻蝕窗口，所述源極金屬接線板刻蝕窗口覆蓋源極金屬刻蝕窗口。進一步地,所述dummy柵極金屬刻蝕窗口的投射面與所述dummy柵極結構刻蝕窗
口的一端垂直。進一步地,所述trench柵極金屬刻蝕窗口的投射面與所述trench柵極結構刻蝕
窗口的一端垂直。進一步地,所述dummy柵極金屬刻蝕窗口的寬度在10-50μηι之間。進一步地，所述trench柵極金屬刻蝕窗口的寬度在10-50 μ m之間。進一步地，所述源極金屬刻蝕窗口和所述dummy柵極金屬刻蝕窗口之間的間隔距離在5-20 μ m之間。進一步地，所述源極金屬刻蝕窗口和所述trench柵極金屬刻蝕窗口之間的間隔距離在5-20 μ m之間。進一步地,所述trench柵極結構刻蝕窗口和所述dummy柵極結構刻蝕窗口呈交錯分布。本實用新型的有益效果在於:本實用新型提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖將dummy柵極結構刻蝕窗口和trench柵極結構刻蝕窗口相互交錯進行隔離，並採用不同的驅動電路來驅動trench柵極和dummy柵極，從而在保證器件短路耐量特性和耐壓特性的基礎上，通過降低器件在開關過程中的浪湧電壓，降低了器件的開關損害，從而提高了器件工作的安全性。本實用新型結構簡單、效果顯著、實用性強。
圖1為本實用新型實施例提供的適用於dmnmy-trench功率器件的版圖的結構示意圖。圖2為本實用新型實施例提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖的放大圖。圖3為通過本實用新型實施例提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖所形成的元胞結構的示意圖。其中，IA-漂移區，2A-P型集電極，3A_P型基區，4A_N型發射區，4_N型發射極的注入窗口，5A-trench柵極溝槽，5』A_dummy柵極溝槽，5-trench柵極結構刻蝕窗口，5』_dummy柵極結構刻蝕窗口，6-trench柵極金屬刻蝕窗口，6』 -dummy柵極金屬刻蝕窗口，7-源極金屬刻蝕窗口，8-金屬接觸氧化層刻蝕窗口。
具體實施方式
為進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所採取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的適用於dummy-trench功率器件的版圖的具體實施方式
及工作原理進行詳細說明。由圖1和圖2可知,本實用新型提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖，包括:dummy柵極結構刻蝕窗口 5』、trench柵極結構刻蝕窗口 5、源極金屬刻蝕窗口 7、dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』、trench柵極金屬刻蝕窗口 6、源極金屬接線板刻蝕窗口、dummy柵極接線板刻蝕窗口及trench柵極接線板刻蝕窗口 ；trench柵極結構刻蝕窗口 5被du_y柵極結構刻蝕窗口 5』隔開；dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』與源極金屬刻蝕窗口 7間隔距離，且間隔距離在5-20 μ m之間。trench柵極金屬刻蝕窗口 6與源極金屬刻蝕窗口 7間隔距離，且間隔距離在5-20 μ m之間。dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』覆蓋dummy柵極結構刻蝕窗口5』的一端，trench柵極金屬刻蝕窗口 6覆蓋trench柵極結構刻蝕窗口 5的一端。源極金屬刻蝕窗口 7覆蓋未被dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』和trench柵極金屬刻蝕窗口 6所覆蓋的區域，且與dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』和trench柵極金屬刻蝕窗口 6間隔距離；dummy柵極接線板刻蝕窗口覆蓋dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』，trench柵極接線板刻蝕窗口覆蓋trench柵極金屬刻蝕窗口 6，源極金屬接線板刻蝕窗口覆蓋源極金屬刻蝕窗口 7。在本實施例中，trench柵極結構刻蝕窗口 5和dummy柵極結構刻蝕窗口 5』呈交錯分布。優選地,dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』的寬度在10_50 μ m之間，trench柵極金屬刻蝕窗口 6的寬度也在10-50 μ m之間。進一步,dummy柵極金屬刻蝕窗口 6』的投射面與du_y柵極結構刻蝕窗口 5』的一端垂直，trench柵極金屬刻蝕窗口 6的投射面與trench柵極結構刻蝕窗口 5的一端垂直。本實用新型適用於所有採用溝槽型柵極結構的功率器件，如絕緣柵場效應電晶體(IGBT)，雙擴散場效應電晶體(VDMOS)等。本實用新型提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖在使用時,通過dummy柵極結構刻蝕窗口 5』刻蝕形成dummy柵極結構，通過trench柵極結構刻蝕窗口 5刻蝕形成trench柵極結構。由於dummy柵極結構刻蝕窗口 5』和trench柵極結構刻蝕窗口 5呈交錯分布，因此dummy柵極結構和trench柵極結構也呈交錯分布。通過dummy柵極結構刻蝕窗口 5』和du_y柵極金屬刻蝕窗口 6』形成du_y柵極的連接總線,du_y柵極結構通過du_y柵極的連接總線與由du_y柵極接線板刻蝕窗口形成的du_y柵極接線板連接；du_y柵極接線板再與dummy柵極驅動電路連接。通過trench柵極結構刻蝕窗口 5和trench柵極金屬刻蝕窗口 6形成trench柵極的連接總線,trench柵極結構通過trench柵極的連接總線與由trench柵極接線板刻蝕窗口形成的trench柵極接線板連接；trench柵極接線板再與trench柵極驅動電路連接。通過本實用新型提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖製作功率器件的步驟如下:( I)採用N型單晶矽材料作為襯底材料(或者P型襯底上的外延N型矽)，充當器件的漂移區IA ；(2)忽略終端區域的形成過程，在有源區形成氧化層；(3)通過t rench柵極結構的刻蝕窗口 5和dummy柵極結構的刻蝕窗口 5』組成的掩模板層形成的刻蝕窗口進行刻蝕，形成柵極溝槽。需要說明的是，形成的柵極溝槽根據後面進行的步驟，又分為真正的柵極溝槽，且被稱為trench柵極溝槽5A和假的柵極溝槽，且被稱為dummy柵極溝槽5』 A。(4)澱積柵極氧化層；(5)澱積柵極多晶矽；(6)刻蝕掉溝槽外部的柵極多晶矽和柵極氧化層，形成P型基區的注入窗口 ；[0038](7)向P型基區的注入窗口注入高能硼離子，並退火，形成P型基區3A ；(8)澱積氧化層並利用刻蝕窗口形成N型發射極注入窗口 4 ；(9)向N型發射極注入窗口 4注入高能磷離子，並退火，形成N型發射區4A;(10)澱積厚氧化層；( 11)採用金屬與氧化層接觸形成金屬接觸氧化層刻蝕窗口 8，刻蝕氧化層，形成發射極接觸窗口；(12)澱積金屬,刻蝕形成有源區金屬層、trench柵極金屬層及dummy柵極金屬層；(13)待功率器件的正面金屬化後，晶片翻轉，進行P型注入形成P型集電區2A ；(採用P型襯底上的外延N型矽不需要此步)(14)功率器件的背面金屬化，形成集電極金屬，器件製作完畢。所形成的dmnmy-trench結構的功率器件的元胞結構的示意圖,見圖3。本實用新型提供的適用於dummy-trench功率器件的版圖將dummy柵極結構刻蝕窗口 5』和trench柵極結構刻蝕窗口 5相互交叉進行隔離，並採用不同的驅動電路對trench柵極和dummy柵極進行驅動，從而在保證器件短路耐量特性和耐壓特性的基礎上，一方面避免了由於dummy柵極和真正的trench柵極(G)連接所引起的開關損害,另一方面避免了由於dummy柵極和發射極(E)連接所引起的器件在開關過程中的浪湧電壓。本實用新型結構簡單、效果顯著、實用性強。最後所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照實例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種適用於dummy-trench功率器件的版圖，其特徵在於,包括:dummy柵極結構刻蝕窗口、trench柵極結構刻蝕窗口、源極金屬刻蝕窗口、dummy柵極金屬刻蝕窗口、trench柵極金屬刻蝕窗口、源極金屬接線板刻蝕窗口、dummy柵極接線板刻蝕窗口及trench柵極接線板刻蝕窗口 ；所述trench柵極結構刻蝕窗口被所述dummy柵極結構刻蝕窗口隔開；所述dummy柵極金屬刻蝕窗口與所述源極金屬刻蝕窗口間隔距離，所述trench柵極金屬刻蝕窗口與源極金屬刻蝕窗口間隔距離；dummy柵極金屬刻蝕窗口覆蓋dummy柵極結構刻蝕窗口的一端，trench柵極金屬刻蝕窗口覆蓋trench柵極結構刻蝕窗口的一端；源極金屬刻蝕窗口覆蓋未被dummy柵極金屬刻蝕窗口和trench柵極金屬刻蝕窗口所覆蓋的區域，且與dummy柵極金屬刻蝕窗口和trench柵極金屬刻蝕窗口間隔距離；所述dummy柵極接線板刻蝕窗口覆蓋dummy柵極金屬刻蝕窗口，所述trench柵極接線板刻蝕窗口覆蓋trench柵極金屬刻蝕窗口，所述源極金屬接線板刻蝕窗口覆蓋源極金屬刻蝕窗口。
2.如權利要求1所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖，其特徵在於，所述dummy柵極金屬刻蝕窗口的投射面與所述du_y柵極結構刻蝕窗口的一端垂直。
3.如權利要求1所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖，其特徵在於，所述trench柵極金屬刻蝕窗口的投射面與所述trench柵極結構刻蝕窗口的一端垂直。
4.如權利要求1所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖，其特徵在於，所述dummy柵極金屬刻蝕窗口的寬度在10-50 μ m之間。
5.如權利要求1所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖，其特徵在於，所述trench柵極金屬刻蝕窗口的寬度在10-50 μ m之間。
6.如權利要求1所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖,其特徵在於,所述源極金屬刻蝕窗口和所述dummy柵極金屬刻蝕窗口之間的間隔距離在5_20 μ m之間。
7.如權利要求1所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖,其特徵在於,所述源極金屬刻蝕窗口和所述trench柵極金屬刻蝕窗口之間的間隔距離在5_20 μ m之間。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的適用於dummy-trench功率器件的版圖,其特徵在於，所述trench柵極結構刻蝕窗口和所述dummy柵極結構刻蝕窗口呈交錯分布。
專利摘要本實用新型涉及版圖技術領域，公開了一種適用於dummy-trench功率器件的版圖包括dummy柵極結構刻蝕窗口、trench柵極結構刻蝕窗口、源極金屬刻蝕窗口、dummy柵極金屬刻蝕窗口、trench柵極金屬刻蝕窗口、源極金屬接線板刻蝕窗口、dummy柵極接線板刻蝕窗口及trench柵極接線板刻蝕窗口。本實用新型在保證器件短路耐量特性和耐壓特性的基礎上，通過降低器件在開關過程中的浪湧電壓，降低了器件的開關損害，從而提高了器件工作的安全性。本實用新型結構簡單、效果顯著、實用性強。
文檔編號H01L29/423GK202977425SQ20122070276
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者褚為利, 朱陽軍, 胡愛斌, 趙佳, 喻巧群, 田曉麗 申請人:中國科學院微電子研究所, 江蘇物聯網研究發展中心, 江蘇中科君芯科技有限公司