绝缘栅双极型晶体管的元胞结构以及绝缘栅双极型晶体管

技术领域

本发明涉及电子元器件领域，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管的元胞结构以及绝缘栅双极型晶体管。

背景技术

现有技术中，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的栅极结构的一种常见形式为沟槽型结构。并且元胞的最小重复单元随着技术的发展，其尺寸越来越小，随着元胞的最小重复单元越来越小，绝缘栅双极型晶体管元胞结构也由方形结构改为条形结构。附图1所示是现有技术中一种绝缘栅双极型晶体管元胞结构的示意图，包括衬底10表面的沟槽11、以及沟槽11两端对置的第一汇流条121和第二汇流条122。沟槽11内填充多晶硅。

上述结构的条形元胞的绝缘栅双极型晶体管元胞已成为沟槽型绝缘栅双极型晶体管主流元胞。在衬底表面形成上述结构的元胞后，发现晶圆在后续流片过程中易发生严重的翘曲现象。再加上目前绝缘栅双极型晶体管常采用区熔衬底，更容易导致晶圆弯曲。使得绝缘栅双极型晶体管的晶圆在工艺制造过程中的晶圆翘曲问题越来越明显。如果晶圆翘曲问题不优化可能会导致无法正常流片，即使可以完成流片，也会导致光刻套刻的对准精度变差，进而导致绝缘栅双极型晶体管性能参数的一致性变差。

因此，如何避免上述元胞结构引起晶圆翘曲，是现有技术需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种绝缘栅双极型晶体管的元胞结构以及绝缘栅双极型晶体管，避免元胞结构引起晶圆翘曲。

为了解决上述问题，本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管的元胞结构，包括：衬底；所述衬底表面对置的第一汇流条和第二汇流条；以及设置在第一汇流条和第二汇流条之间的沟槽，所述沟槽同时具有横向和纵向的有效长度。

在一些实施例中，所述沟槽的横向和纵向的有效长度相等。

在一些实施例中，所述第一汇流条和第二汇流条之间包括多个沟槽。

在一些实施例中，所述沟槽的形状为折线。

在一些实施例中，所述沟槽的形状为波浪线。

为了解决上述问题，本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管，包括至少一元胞结构，所述元胞结构包括：衬底；所述衬底表面对置的第一汇流条和第二汇流条；以及连接第一汇流条和第二汇流条的沟槽，所述沟槽同时具有横向和纵向的有效长度。

在一些实施例中，所述沟槽的横向和纵向的有效长度相等。

在一些实施例中，所述第一汇流条和第二汇流条之间包括多个沟槽。

在一些实施例中，所述沟槽的形状为折线。

在一些实施例中，所述沟槽的形状为波浪线。

经研究发现，纵向沟槽和横向沟槽里面填充的多晶硅会导致衬底向不同的方向弯曲。上述技术方案在不增加工艺成本的情况下，使沟槽在横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底的翘曲程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

附图1所示是现有技术中一种绝缘栅双极型晶体管元胞结构的示意图。

附图2A所示是本发明一实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图，附图2B所示是附图2A沿着AA方向的剖面图。

附图3所示是本发明一实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图。

附图4所示是本发明一实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图。

附图5所示是本发明一实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图。

附图6所示是本发明一实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的绝缘栅双极型晶体管的元胞结构以及绝缘栅双极型晶体管的具体实施方式做详细说明。

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种绝缘栅双极型晶体管的元胞结构，包括：衬底；所述衬底表面对置的第一汇流条和第二汇流条；以及设置在第一汇流条和第二汇流条之间的沟槽，所述沟槽同时具有横向和纵向的有效长度。

在一些实施例中，所述沟槽的横向和纵向的有效长度相等。

在一些实施例中，所述第一汇流条和第二汇流条之间包括多个沟槽。

在一些实施例中，所述沟槽的形状为折线。

在一些实施例中，所述沟槽的形状为波浪线。

附图2A所示是本实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图，附图2B所示是附图2A沿着AA方向的剖面图。参考附图2A和附图2B所示，所述元胞结构包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽22。

所述衬底20的材料为单晶硅。在其他的实施例中，所述衬底20的材料包括但不限于单晶硅、蓝宝石、SOI、碳化硅、GaAs、以及GaN等任意一种常见的半导体衬底材料，以及由上述材料构成的复合衬底。

所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料为多晶硅，相对设置在衬底20表面，并优选为平行设置。所述第一汇流条211和第二汇流条212与绝缘栅双极型晶体管的多个栅极(未图示)电学连接，用于汇集栅极电流。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料在本实施例中为多晶硅。在其他的实施例中，所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料包括但不限于多晶硅、金属、石墨烯等导电材料，以及由上述材料构成的复合结构。

第一汇流条211和第二汇流条212之间设置有沟槽22。在本实施例中，沟槽22内填充多晶硅。在其他的实施例中，所述沟槽22中的填充材料包括但不限于多晶硅、金属、石墨烯等导电材料，以及由上述材料构成的复合结构。

在本实施例中，沟槽22区分为有用沟槽22a和无用沟槽22b。有用沟槽22a的两端分别连接至第一汇流条211和第二汇流条212，无用沟槽22b的两端悬空。本具体实施方式中的有用沟槽22a和无用沟槽22b的占比为1：1。调整有用沟槽和无用沟槽的占比取决于应用需求。有用沟槽占比高，导通压降低；无用沟槽占比高，短路能力强。

在本实施例中，所述沟槽22的形状为折线，折线形状可以保证沟槽22在横向和纵向都具有有效长度，且不增加工艺成本。纵向沟槽和横向沟槽里面填充的多晶硅会导致衬底20向不同的方向弯曲。横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底20的翘曲程度。

在本实施例中，更进一步的采用的是相对倾角分别为45°和135°的倾斜状沟槽首尾相接形成的折线。这样的倾角在横向和纵向的有效长度是相同的。沟槽的横向和纵向的有效长度相等，正好使得压应力和张应力相互抵消，从而改善衬底20的翘曲，保持衬底20的平整度能够满足后续工艺的要求。

采用上述元胞结构的绝缘栅双极型晶体管，亦包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽22。

以下结合附图给出本发明的一实施例。附图3所示是本实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图，包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽32。

所述衬底20的材料为单晶硅。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料为多晶硅，相对设置在衬底20表面，并优选为平行设置。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料在本实施例中为多晶硅。在其他的实施例中，所述第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽32填充的材料包括但不限于多晶硅、金属、石墨烯等导电材料，以及由上述材料构成的复合结构。

在本实施例中，沟槽32区分为有用沟槽32a和无用沟槽32b。有用沟槽32a的两端分别连接至第一汇流条211和第二汇流条212，无用沟槽32b的两端悬空。本具体实施方式中的有用沟槽32a和无用沟槽32b的占比为1：2。调整有用沟槽和无用沟槽的占比取决于应用需求。有用沟槽占比高，导通压降低；无用沟槽占比高，短路能力强。

在本实施例中，所述沟槽32的形状为折线，折线形状可以保证沟槽32在横向和纵向都具有有效长度，且不增加工艺成本。纵向沟槽和横向沟槽里面填充的多晶硅会导致衬底20向不同的方向弯曲。横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底20的翘曲程度。

在本实施例中，更进一步的采用的是相对倾角分别为0°和90°的倾斜状沟槽首尾相接形成的方波状的折线。通过调整两种类型的沟槽的总有效长度，可以使沟槽在横向和纵向的有效长度是相同的。沟槽的横向和纵向的有效长度相等，正好使得压应力和张应力相互抵消，从而改善衬底20的翘曲，保持衬底20的平整度能够满足后续工艺的要求。

采用上述元胞结构的绝缘栅双极型晶体管，亦包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽32。

以下结合附图给出本发明的一实施例。附图4所示是本实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图，包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽42。

所述衬底20的材料为单晶硅。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料为多晶硅，相对设置在衬底20表面，并优选为平行设置。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料在本实施例中为多晶硅。在其他的实施例中，所述第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽42填充的材料包括但不限于多晶硅、金属、石墨烯等导电材料，以及由上述材料构成的复合结构。

在本实施例中，沟槽42区分为有用沟槽42a和无用沟槽42b。有用沟槽42a的两端分别连接至第一汇流条211和第二汇流条212，无用沟槽42b的两端悬空。本具体实施方式中的有用沟槽42a和无用沟槽42b的占比为1：2。调整有用沟槽和无用沟槽的占比取决于应用需求。有用沟槽占比高，导通压降低；无用沟槽占比高，短路能力强。

在本实施例中，所述沟槽42的形状为折线，折线形状可以保证沟槽42在横向和纵向都具有有效长度，且不增加工艺成本。纵向沟槽和横向沟槽里面填充的多晶硅会导致衬底20向不同的方向弯曲。横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底20的翘曲程度。

在本实施例中，更进一步的采用的是相对倾角分别为0°和90°的倾斜状沟槽首尾相接形成的方波状的折线，且在不同的位置可以采用弯折方向不同的方波状折线来调整整体的应力分布，获得更为均匀的应力分布效果。通过调整两种类型的沟槽的总有效长度，可以使沟槽在横向和纵向的有效长度是相同的。沟槽的横向和纵向的有效长度相等，正好使得压应力和张应力相互抵消，从而改善衬底20的翘曲，保持衬底20的平整度能够满足后续工艺的要求。

采用上述元胞结构的绝缘栅双极型晶体管，亦包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽42。

以下结合附图给出本发明的一实施例。附图5所示是本实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图，包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽52。

所述衬底20的材料为单晶硅。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料为多晶硅，相对设置在衬底20表面，并优选为平行设置。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料在本实施例中为多晶硅。在其他的实施例中，所述第一汇流条211、第二汇流条212、以及沟槽52填充的材料包括但不限于多晶硅、金属、石墨烯等导电材料，以及由上述材料构成的复合结构。

在本实施例中，沟槽52区分为有用沟槽52a和无用沟槽52b。有用沟槽52a的两端分别连接至第一汇流条211和第二汇流条212，无用沟槽52b的两端悬空。调整有用沟槽和无用沟槽的占比取决于应用需求。本具体实施方式中的有用沟槽52a和无用沟槽52b的占比为1：1。有用沟槽占比高，导通压降低；无用沟槽占比高，短路能力强。

在本实施例中，所述沟槽52的形状为波浪线，波浪线形状可以保证沟槽52在横向和纵向都具有有效长度，且不增加工艺成本。纵向沟槽和横向沟槽里面填充的多晶硅会导致衬底20向不同的方向弯曲。横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底20的翘曲程度。并通过调整波浪线的形状，可以使沟槽在横向和纵向的有效长度是相同的。沟槽的横向和纵向的有效长度相等，正好使得压应力和张应力相互抵消，从而改善衬底20的翘曲，保持衬底20的平整度能够满足后续工艺的要求。

以下结合附图给出本发明的一实施例。附图6所示是本实施例所述绝缘栅双极型晶体管的元胞结构的结构示意图，包括衬底20、第一汇流条211、第二汇流条212、以及第一类型沟槽621和第二类型沟槽622。

所述衬底20的材料为单晶硅。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料为多晶硅，相对设置在衬底20表面，并优选为平行设置。所述第一汇流条211和第二汇流条212的材料在本实施例中为多晶硅。在其他的实施例中，所述第一汇流条211、第二汇流条212、以及第一类型沟槽621和第二类型沟槽622填充的材料包括但不限于多晶硅、金属、石墨烯等导电材料，以及由上述材料构成的复合结构。

在本实施例中，第一类型沟槽621的形状为相对倾角分别为45°和135°的倾斜状沟槽首尾相接形成的折线，第二类型沟槽622的形状为相对倾角分别为0°和90°的倾斜状沟槽首尾相接形成的方波状的折线。并且作为上述实施例的合理变形，在其他的实施例中所提供的沟槽形状也可以采用任意组合的方式，以满足横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力的设计要求。

纵向沟槽和横向沟槽里面填充的多晶硅会导致衬底20向不同的方向弯曲。横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底20的翘曲程度。并通过调整波浪线的形状，可以使沟槽在横向和纵向的有效长度是相同的。沟槽的横向和纵向的有效长度相等，正好使得压应力和张应力相互抵消，从而改善衬底20的翘曲，保持衬底20的平整度能够满足后续工艺的要求。

以下是采用区熔衬底的条形沟槽IGBT在填完多晶硅后，晶圆弯曲度(Bow)测量结果。

表1晶圆弯曲度(Bow)测量结果

根据以上内容可以看出，本发明上述实施例提供的技术方案在不增加工艺成本的情况下，使沟槽在横向和纵向都具有有效长度，可同时提供压应力和张应力，从而降低衬底的翘曲程度。

需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。