本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种非对称沟槽igbt结构。
背景技术：
当前，随着igbt结构设计和工艺技术的升级，igbt主流产品已经从平面栅极升级成沟槽栅极，沟槽栅igbt结构相比平面栅igbt结构电流密度大幅度提升，但是，沟槽栅igbt结构会导致结电容大幅度上升，尤其是带有注入增强型结构的沟槽igbt，其结电容上升更是明显，导致其不能广泛应用于高频硬开关。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种非对称沟槽igbt结构，能够有效的降低结电容尤其是弥勒电容，并且能够调节弥勒电容降低幅度，从而能够避免其开关过程的过冲和震荡，提高其应用范围。
为达到上述目的，本实用新型实施例提出了一种非对称沟槽igbt结构，包括半导体衬底和元胞结构，所述元胞结构包括：漂移区，所述漂移区位于所述半导体衬底一侧；第一沟槽栅单元，所述第一沟槽栅单元位于所述漂移区一侧，所述第一沟槽栅单元的沟槽内设有第一栅极，所述第一栅极和所述第一沟槽栅单元的沟槽内壁之间设有厚度不均匀的第一栅极氧化层；第二沟槽栅单元，所述第二沟槽栅单元位于所述漂移区一侧，所述第二沟槽栅单元的沟槽内设有第二栅极，所述第二栅极和所述第二沟槽栅单元的沟槽内部之间设有厚度不均匀的第二栅极氧化层；其中，所述第一沟槽栅单元和所述第二沟槽栅单元相邻侧之间设有第一阱区，所述第一沟槽栅单元远离所述第二沟槽栅单元侧设有第二阱区和第一源区，所述第二沟槽栅单元远离所述第一沟槽栅单元侧设有第三阱区和第二源区。
根据本实用新型实施例提出的非对称沟槽igbt结构，通过设置半导体衬底和元胞结构，其中，元胞结构中设有漂移区、第一沟槽栅单元和第二沟槽栅单元，其中，漂移区位于半导体衬底一侧，第一沟槽栅单元位于漂移区一侧，第一沟槽栅单元的沟槽内设有第一栅极，第一栅极和第一沟槽栅单元的沟槽内壁之间设有厚度不均匀的第一栅极氧化层，第二沟槽栅单元位于漂移区一侧，第二沟槽栅单元的沟槽内设有第二栅极，第二栅极和第二沟槽栅单元的沟槽内部之间设有厚度不均匀的第二栅极氧化层，此外，第一沟槽栅单元和第二沟槽栅单元相邻侧之间设有第一阱区，第一沟槽栅单元远离第二沟槽栅单元侧设有第二阱区和第一源区，第二沟槽栅单元远离第一沟槽栅单元侧设有第三阱区和第二源区，由此，能够有效的降低结电容尤其是弥勒电容，并且能够调节弥勒电容降低幅度，从而能够避免其开关过程的过冲和震荡，提高其应用范围。
另外，根据本实用新型上述实施例提出的非对称沟槽igbt结构还可以具有如下附加的技术特征：
根据本实用新型的一个实施例，所述元胞结构为非对称结构。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一阱区、所述第一沟槽栅单元和所述第二沟槽栅单元临近所述漂移区的侧边位于同一直线上。
根据本实用新型的一个实施例，所述第二阱区和所述第一源区，以及第三阱区和所述第二源区均连接发射极金属。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一栅极和所述第二栅极均连接栅极金属。
进一步地，所述的非对称沟槽igbt结构还包括缓冲区，所述缓冲区位于所述半导体衬底和所述漂移区之间。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的非对称沟槽igbt结构的结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例的多晶硅沉积制作结果示意图；
图3为本实用新型一个实施例的多晶硅回刻制作结果示意图；
图4为本实用新型一个实施例的厚氧光刻制作结果示意图；
图5为本实用新型一个实施例的厚氧腐蚀制作结果示意图；
图6为本实用新型一个实施例的栅极氧化/多晶硅沉积制作结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在mos结构中，mos结构结电容与中间介质层的厚度是成反比，当增加中间介质层的厚度时，mos结构结电容会相应减小，基于该认知并结合mos结构与igbt之间的关系，本实用新型提出了一种非对称沟槽igbt结构，通过改变igbt沟槽内氧化层的厚度以达到降低结电容的目的。
如图1所示，本实用新型实施例的非对称沟槽igbt结构，包括半导体衬底10和元胞结构20，其中，元胞结构20包括：漂移区201，漂移区201位于半导体衬底一侧；第一沟槽栅单元202，第一沟槽栅单元202位于漂移区201一侧，第一沟槽栅单元202的沟槽内设有第一栅极，第一栅极和第一沟槽栅单元202的沟槽内壁之间设有厚度不均匀的第一栅极氧化层；第二沟槽栅单元203，第二沟槽栅单元203位于漂移区201一侧，第二沟槽栅单元203的沟槽内设有第二栅极，第二栅极和第二沟槽栅单元203的沟槽内部之间设有厚度不均匀的第二栅极氧化层；其中，第一沟槽栅单元202和第二沟槽栅单元203相邻侧之间设有第一阱区204，第一沟槽栅单元远离第二沟槽栅单元侧设有第二阱区205和第一源区206，第二沟槽栅单元远离第一沟槽栅单元侧设有第三阱区207和第二源区208。
其中，半导体衬底10可为n型衬底，具体可为n型单晶硅衬底，在本实用新型的其他实施例中，半导体衬底10还可为其他半导体元素，例如多晶硅或非晶结构的硅，此外，还可为包括混合的半导体结构，例如碳化硅、合金半导体或其组合，在此不做限定。
进一步地，如图1所示，本实用新型实施例的非对称沟槽igbt结构还包括缓冲区209，缓冲区209位于半导体衬底10和漂移区201之间，以用于降低漂移区201的厚度，从而来减小饱和压降和缩短开关时间。其中，漂移区201可为n-漂移区，缓冲区209可为n+缓冲区。此外，本实用新型实施例的非对称沟槽igbt结构还可包括集电区，集电区连接集电极金属，均为沟槽栅igbt中的现有组成，这里不再进行赘述。
进一步地，如图1所示，在漂移区201远离缓冲区209的一侧可设有第一沟槽栅单元202、第二沟槽栅单元203、第一阱区204、第二阱区205和第三阱区207，其中，第一沟槽栅单元202、第二沟槽栅单元203和第一阱区204临近漂移区201的侧边可位于同一直线上，第二阱区205和第三阱区207临近漂移区201的侧边与第一沟槽栅单元202、第二沟槽栅单元203和第一阱区204临近漂移区201的侧边不处于同一直线上，并且，在第二阱区205和第三阱区207远离漂移区201一侧分别设有第一源区206和第二源区208，其中，第一源区206和第二阱区205，以及第二源区208和第三阱区207均连接到发射极金属。其中，第一阱区204、第二阱区205和第三阱区207均可为p阱，第一源区206和第二源区208均可为n+源区。
其中，第一沟槽栅单元202中设有厚度不均匀的第一栅极氧化层，第二沟槽栅单元203中设有厚度不均匀的第二栅极氧化层，具体地，如图1所示，第一栅极氧化层和第二栅极氧化层可包括两种厚度，更具体地，以第一栅极氧化层为例，其位于第一沟槽栅单元202非沟道区的氧化层厚度可大于其位于沟道区的氧化层厚度，同样地，第二栅极氧化层也可在第二沟槽栅单元203沟道区和非沟道区设有两种厚度的氧化层，并且需要说明的是，第二栅极氧化层在第二沟槽栅单元203非沟道区设有的栅极氧化层厚度与第一栅极氧化层在第一沟槽栅单元202非沟道区设有的栅极氧化层厚度不同，由此，可使得元胞结构20为非对称结构。
此外，第一沟槽栅单元202中还设有第一栅极，第二沟槽栅单元203中还设有第二栅极，具体地，如图1所示，第一栅极和第二栅极可通过栅极金属相连。
需要说明的是，在实际的生产过程中，可维持第一沟槽栅单元202和第二沟槽栅单元203沟道区的氧化层厚度不变，将第一沟槽栅单元202和第二沟槽栅单元203非沟道区的氧化层厚度进行增加，并且该氧化层厚度的增加量并不唯一，可基于器件的开关特性进行调节，由此，能够实现其大电流特性，并能够优化其高频特性，从而能够拓宽应用范围。
需要进一步说明的是，本实用新型实施例的非对称沟槽igbt结构的制作可在现有制作流程上引入一层光刻来完成，具体可增加七个制作步骤，下面将结合图2-6阐述本实用新型实施例的非对称沟槽igbt结构的制作流程，具体如下：1，采用现有技术完成沟槽并牺牲氧化层；2，厚氧沉淀；3，多晶硅沉淀，具体制作结果如图2所示；4，多晶硅回刻，具体制作结果如图3所示；5，厚氧光刻，具体制作结果如图4所示；6，厚氧腐蚀，具体制作结果如图5所示；7，光刻胶祛除；8，多晶硅湿法祛除；9，栅极氧化/多晶硅沉淀，具体制作结果如图6所示；10，多晶硅光刻/刻蚀；11，采用现有技术完成后续流程。其中，上述制作流程中的2-8为增加的七个制作步骤。
根据本实用新型实施例提出的非对称沟槽igbt结构，通过设置半导体衬底和元胞结构，其中，元胞结构中设有漂移区、第一沟槽栅单元和第二沟槽栅单元，其中，漂移区位于半导体衬底一侧，第一沟槽栅单元位于漂移区一侧，第一沟槽栅单元的沟槽内设有第一栅极，第一栅极和第一沟槽栅单元的沟槽内壁之间设有厚度不均匀的第一栅极氧化层，第二沟槽栅单元位于漂移区一侧，第二沟槽栅单元的沟槽内设有第二栅极，第二栅极和第二沟槽栅单元的沟槽内部之间设有厚度不均匀的第二栅极氧化层，此外，第一沟槽栅单元和第二沟槽栅单元相邻侧之间设有第一阱区，第一沟槽栅单元远离第二沟槽栅单元侧设有第二阱区和第一源区，第二沟槽栅单元远离第一沟槽栅单元侧设有第三阱区和第二源区，由此，能够有效的降低结电容尤其是弥勒电容，并且能够调节弥勒电容降低幅度，从而能够避免其开关过程的过冲和震荡，提高其应用范围。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.一种非对称沟槽igbt结构，其特征在于，包括半导体衬底和元胞结构，所述元胞结构包括：
漂移区，所述漂移区位于所述半导体衬底一侧；
第一沟槽栅单元，所述第一沟槽栅单元位于所述漂移区一侧，所述第一沟槽栅单元的沟槽内设有第一栅极，所述第一栅极和所述第一沟槽栅单元的沟槽内壁之间设有厚度不均匀的第一栅极氧化层；
第二沟槽栅单元，所述第二沟槽栅单元位于所述漂移区一侧，所述第二沟槽栅单元的沟槽内设有第二栅极，所述第二栅极和所述第二沟槽栅单元的沟槽内部之间设有厚度不均匀的第二栅极氧化层；
其中，所述第一沟槽栅单元和所述第二沟槽栅单元相邻侧之间设有第一阱区，所述第一沟槽栅单元远离所述第二沟槽栅单元侧设有第二阱区和第一源区，所述第二沟槽栅单元远离所述第一沟槽栅单元侧设有第三阱区和第二源区。
2.根据权利要求1所述的非对称沟槽igbt结构，其特征在于，所述元胞结构为非对称结构。
3.根据权利要求2所述的非对称沟槽igbt结构，其特征在于，所述第一阱区、所述第一沟槽栅单元和所述第二沟槽栅单元临近所述漂移区的侧边位于同一直线上。
4.根据权利要求3所述的非对称沟槽igbt结构，其特征在于，其中，所述第二阱区和所述第一源区，以及第三阱区和所述第二源区均连接发射极金属。
5.根据权利要求4所述的非对称沟槽igbt结构，其特征在于，其中，所述第一栅极和所述第二栅极均连接栅极金属。
6.根据权利要求5所述的非对称沟槽igbt结构，其特征在于，还包括缓冲区，所述缓冲区位于所述半导体衬底和所述漂移区之间。
技术总结