本发明涉及功率半导体领域，具体而言，涉及一种绝缘栅结构及其制造方法以及功率器件。
背景技术：
功率器件，也称作半导体器件，主要用于进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。现有很多功率器件上都会在基板上设置沟槽式的绝缘栅结构，用于提高功率器件的性能。现有的绝缘栅结构，一般包括槽状的绝缘部，以及填充于绝缘部内部的介质材料。很多功率器件为了降低绝缘栅结构的栅极电容，提高功率器件的性能，采用的方式大多是加厚绝缘部的壁厚，使其栅极电容降低。
然而，功率器件在工作时，基板上的离子层组需要对绝缘栅结构中，位于绝缘部内部的介质提供电压，使绝缘部形成反型层，让功率器件能够正常工作，通常这个电压的电压值被称作为开启电压。当绝缘部的壁厚增大时，会导致离子层组需要提供更大的电压，才能使得绝缘部形成反型层，也就是会导致开启电压增大，这就导致了功率器件的能耗变大。
技术实现要素：
本发明提供了一种绝缘栅结构及其制造方法以及功率器件，旨在改善现有绝缘栅结构通过增加绝缘壁壁厚的方式降低栅极电容的同时，会导致需要的开启电压变高的问题，旨在提供一种在降低栅极电容的同时，不需要过高开启电压的绝缘栅结构。
本发明是这样实现的：
一种绝缘栅结构，应用于功率器件，包括绝缘部和第一介质，所述绝缘部具有一端开口的容纳槽，所述第一介质设置于所述容纳槽内；
所述绝缘部包括相互连接的第一绝缘壁和第二绝缘壁，所述第一绝缘壁靠近所述开口，所述第一绝缘壁的厚度小于所述第二绝缘壁的厚度。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述容纳槽的开口处设有封装部，所述封装部包括介质层，所述介质层由第二介质制成。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述封装部还包括金属层，所述金属层设置于所述介质层远离所述绝缘部一侧。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述容纳槽包括相互连通的第一槽部和第二槽部，所述第一槽部的宽度为l1，所述第二槽部的宽度为l2，l1≥l2。
一种功率器件，包括基板和设置于所述基板上的绝缘栅结构，所述绝缘栅结构为上述任一项所述的绝缘栅结构。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述基板包括依次层叠的第一离子层、第二离子层和晶体层，所述绝缘部从所述第一离子层远离所述第二离子层一侧的表面延伸至所述晶体层内部，且所述开口位于所述第一离子层远离所述第二离子层一侧的表面上。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一绝缘壁贯穿所述第一离子层和所述第二离子层。
一种制造方法，应用于上述任一项所述的绝缘栅结构，包括以下步骤：
s1，在基板的第一表面开设沿第一方向延伸的第一槽部，并使所述第一槽部的内壁进行氧化，形成第一绝缘壁；其中，所述基板采用半导体材料制成；
s2，待所述第一绝缘壁的厚度达到a时，在所述第一绝缘壁的外表面涂覆阻氧层；
s3，在所述第一槽部的底部开设沿所述第一方向延伸的第二槽部，并使所述第二槽部的内壁进行氧化，形成第二绝缘壁；
s4，待所述第二绝缘壁的厚度达到b时，去除所述第一绝缘壁外表面的阻氧层，并在所述第一槽部和所述第二槽部内淀积第一介质；其中，b>a；
s5，对第一槽部的开口进行隔离。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤s1之前还包括以下步骤：
对基板的第一表面进行氧化，形成第三绝缘壁，然后在第三绝缘壁的外表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤s5具体包括以下步骤：
s501，将所述第三绝缘壁以及所述第三绝缘壁外表面的光刻胶层清除；
s502，对所述基板进行离子注入，形成相互接触的第一离子层和第二离子层，其中，所述第一离子层位于所述第二离子层外侧；
s503，在所述第一离子层的外侧淀积介质层，且使介质层覆盖所述第一槽部的开口；
s504，在对介质层和所述基板进行接触孔刻蚀，且进行接触孔刻蚀时，需刻蚀至所述第二离子层；
s505，在所述介质层和所述基板上进行金属沉积，形成金属层，且所述金属层同时与所述介质层、所述第一离子层以及所述第二离子层接触。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的绝缘栅结构，使用时设置于功率器件之上。其中，绝缘部包括第一绝缘壁和第二绝缘壁，在设置时，第一绝缘壁与功率器件基板上的离子层组位置相对应，而第二绝缘壁则与基板上离子层组外的其他结构位置对应，同时第一绝缘壁的厚度小于第二绝缘壁的厚度。由于增大了第二绝缘壁的厚度，使得绝缘部的整体平均厚度增加，从而降低了绝缘栅结构的栅极电容。同时，在工作时，离子层组提供的电压只需在与其位置对应的第一绝缘壁处形成反型层，即可使功率器件正常工作，而由于第一绝缘壁的厚度较薄，故而离子层组不需要提供过高的开启电压，从而较小了功率器件的能耗。
由此可见，本发明提供的绝缘栅结构，在降低了绝缘栅结构的栅极电容的同时，不需要提供过高的开启电压，避免了功率器件的能耗过高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(一)；
图3是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(二)；
图4是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(三)；
图5是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(四)；
图6是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(五)；
图7是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(六)；
图8是本发明实施例提供的一种绝缘栅结构的制造过程示意图(七)。
图标：基板1；第一离子层11；第二离子层12；晶体层13；绝缘部2；第一绝缘壁21；第二绝缘壁22；第一介质3；介质层4；金属层5；第三绝缘壁6；光刻胶层7；阻氧层71；第一槽部81；第二槽部82。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1，请参照图1所示，本实施例提供一种绝缘栅结构，应用于功率器件，包括绝缘部2和第一介质3，绝缘部2具有一端开口的容纳槽，第一介质3设置于容纳槽内。其中，第一介质3可采用多晶硅等常用的性质相似的介质材料。
具体的，绝缘栅结构设置于功率器件的基板1之上，功率器件的基板1包括依次层叠设置的第一离子层11、第二离子层12和晶体层13。其中，第一离子层11远离第二离子层12的侧面为基板1的正面，对应的，晶体层13远离第二离子层12的一面为基板1的背面。绝缘栅结构设置于基板1的正面上并向基板1的背面延伸，且容纳槽的开口位于基板1的正面上，同时容纳槽的深度方向向基板1的背面方向延伸。实际生产中，基板1由半导体材料制成，绝缘部2由基板1氧化形成。
绝缘部2包括相互连接的第一绝缘壁21和第二绝缘壁22，第一绝缘壁21靠近开口，第一绝缘壁21的厚度小于第二绝缘壁22的厚度。绝缘部2整体呈现为上端具有开口的槽状结构，其中第一绝缘壁21为槽状结构上半部的侧壁，第二绝缘壁22由槽状结构下半部的侧壁以及底面构成。值得说明的是，由于基板1的氧化速率不能保证绝对的均匀，第一绝缘壁21和第二绝缘壁22的厚度不是绝对均匀的，本实施例中所指厚度为平均厚度。
本实施例提供的绝缘栅结构，使用时设置于功率器件之上。其中，绝缘部2包括第一绝缘壁21和第二绝缘壁22，在设置时，第一绝缘壁21与功率器件基板1上的离子层组(第一离子层11和第二离子层12)位置相对应，而第二绝缘壁22则与基板1上离子层组外的其他结构(晶体层13)位置对应。即，第一绝缘壁21贯穿第一离子层11和第二离子层12，而第二绝缘壁22位于晶体层13内部。
同时第一绝缘壁21的厚度小于第二绝缘壁22的厚度。由于增大了第二绝缘壁22的厚度，使得绝缘部2的整体平均厚度增加，从而降低了绝缘栅结构的栅极电容。同时，在工作时，离子层组提供的电压只需在与其位置对应的第一绝缘壁21处形成反型层，即可使功率器件正常工作，而由于第一绝缘壁21的厚度较薄，故而离子层组不需要提供过高的开启电压，从而较小了功率器件的能耗。
由此可见，本实施例提供的绝缘栅结构，在降低了绝缘栅结构的栅极电容的同时，不需要提供过高的开启电压，避免了功率器件的能耗过高的问题。
进一步地，请参照图1所示，在本实施例中，容纳槽包括相互连通的第一槽部81和第二槽部82，第一槽部81的宽度为l1，第二槽部82的宽度为l2，l1≥l2。其中，第一槽部81与第一绝缘壁21的位置对应，第二槽部82与第二绝缘壁22的位置对应，即第一绝缘壁21为第一槽部81的槽壁，第二绝缘壁22为第二槽部82的槽壁。由于绝缘壁是由基板1的一部分氧化而形成的，故而在生产时，需要先对第一槽部81和第二槽部82进行开设，然后让第一槽部81和第二槽部82内壁氧化而形成第一绝缘壁21和第二绝缘壁22，本实施例中，通过减小第二槽部82的宽度，使得容纳槽的容纳槽的整体容积下降，从而对第一介质3的材料需求减少，降低了整体的生产成本。
进一步地，请参照图1所示，在本实施例中，容纳槽的开口处设有封装部，封装部对容纳槽的开口进行封装隔离，防止第一介质3脱离容纳槽，使得功率器件能够正常工作。具体地，封装部包括介质层4和金属层5，介质层4由第二介质制成。金属层5设置于介质层4外侧，即金属层5设置于介质层4远离绝缘部2一侧。其中，介质层4具有绝缘功能。同时在实施时，为了保证功率器件能够正常工作，金属层5同时与介质层4、第一离子层11以及第二离子层12接触。其中，第二介质可采用bpsg(boro-phospho-silicate-glass，硼磷硅玻璃)等常用的性质相似的介质材料。
请参照图1所示，基于上述的绝缘栅结构，本实施例还提供一种功率器件，包括基板1和设置于基板1上的绝缘栅结构，绝缘栅结构为上述任一项所述的绝缘栅结构。本实施例提供的功率器件采用上述的绝缘栅结构，使得功率器件上的绝缘栅结构的栅极电容降低，提高了功率器件整体性能的同时，不会过大的增大能耗。
进一步地，请参照图1所示，在本实施例中，基板1包括依次层叠的第一离子层11、第二离子层12和晶体层13，绝缘部2从第一离子层11远离第二离子层12一侧的表面延伸至晶体层13内部，且开口位于第一离子层11远离第二离子层12一侧的表面上。其中，第一离子层11中的离子为n型离子，第二离子层12的离子为p型离子，晶体层13由硅等常用半导体材料制成。具体的，基板1整体采用硅制成，并在硅制成的基板1上注入n型离子和p型离子以形成第一离子层11和第二离子层12。具体的，为使得功率器件的性能更佳，第一离子层11的厚度小于第二离子层12的厚度。值得说明的是，由于离子注入时会发生扩散，第一离子层11和第二离子层12的厚度不是绝对均匀的，本实施例中所指厚度为平均厚度。
进一步地，请参照图1所示，在本实施例中，第一绝缘壁21贯穿第一离子层11和第二离子层12。即第一绝缘壁21的长度大于第一离子层11和第二离子层12的厚度之和，使得在功率器件在工作时，第一离子层11和第二离子层12提供的电压只需要在第一绝缘壁21处形成反型层即可，尽量保证不会对功率器件的能耗产生过大影响。
进一步地，请参照图1-图8所示，本实施例还提供一种制造方法，用于制造上述任一项所述的绝缘栅结构，包括以下步骤：
s1，在基板1的第一表面开设沿第一方向延伸的第一槽部81，并使第一槽部81的内壁进行氧化，形成第一绝缘壁21。其中，基板1采用半导体材料制成，具体地，基板1由硅制成。第一表面为基板1的正面，第一方向为垂直基板1正面，且朝向基板1背面的方向。请参照图3。
s2，待第一绝缘壁21的厚度达到a时，在第一绝缘壁21的外表面涂覆阻氧层71，涂覆阻氧层71以阻止第一槽部81的内壁氧化，即使得第一绝缘壁21的厚度不再增加。其中，阻氧层71可采用光刻胶涂覆形成。请参照图3。
s3，在第一槽部81的底部开设沿第一方向延伸的第二槽部82，并使第二槽部82的内壁进行氧化，形成第二绝缘壁22。开设的第二槽部82位于第一槽部81的底部，且内壁没有涂覆阻氧层71，使得第二槽部82的内壁能够继续氧化，同时第一槽部81的内壁此时由于还涂覆有阻氧层71，故而不会继续氧化。其中，第一槽部81和第二槽部82共同组成用于容纳第一介质3的容纳槽。请参照图3-图5。
s4，待第二绝缘壁22的厚度达到b时，去除第一绝缘壁21外表面的阻氧层71，并在第一槽部81和第二槽部82内淀积第一介质3。其中，b>a。实际制造时，控制第二绝缘壁22的氧化时间长于第一绝缘壁21的氧化时间，以使得第二绝缘壁22的厚度大于第一绝缘壁21的厚度。请参照图5-图7。
s5，对第一槽部81的开口进行隔离，至此完成绝缘栅结构的制造。
进一步地，在本实施例中，请参照图2所示，步骤s1之前还包括以下步骤：
对基板1的第一表面进行氧化，形成第三绝缘壁6，然后在第三绝缘壁6的外表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层7。由于硅材料硬度相对较低，不易进行开槽，本实施例中，通过对基板1的第一表面进行氧化形成第三绝缘壁6，硅氧化形成的第三绝缘壁6硬度较高，并在第三绝缘壁6的外侧涂覆光刻胶，使得基板1能够通过干法刻蚀的方法开设第一槽部81。值得说明的是，本实施例中，步骤s2中，第一槽部81内涂覆的阻氧层71也有光刻胶涂覆形成，使得第二槽部82也能通过干法刻蚀的方法开设。
进一步地，在本实施例中，请参照图5-图8所示，步骤s5具体包括以下步骤：
s501，将第三绝缘壁6以及第三绝缘壁6外表面的光刻胶层7清除，使得能够对基板1进行离子注入。
s502，对基板1进行离子注入，形成相互接触的第一离子层11和第二离子层12，其中，第一离子层11位于第二离子层12外侧，且第一离子层11内注入的是n型离子，第二离子层12内注入的是p型离子。
s503，在第一离子层11的外侧淀积介质层4，且使介质层4覆盖第一槽部81的开口，对防止第一介质3脱离容纳槽。
s504，在对介质层4和基板1进行接触孔刻蚀，且进行接触孔刻蚀时，需刻蚀至第二离子层12。即如图8所示，介质层4和第一离子层11以及部分的第二离子层12能形成凸起结构，使得在铺设金属层5时，金属层5能够同时与介质层4、第一离子层11以及第二离子层12接触。
s505，在介质层4和基板1上进行金属沉积，形成金属层5，且金属层5同时与介质层4、第一离子层11以及第二离子层12接触。其中，金属沉积可采用磁控溅射工艺进行。请参照图1。
本实施例提供的绝缘栅结构能够应用于igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)或mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,金氧半场效晶体管)等常用的功率器件。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种绝缘栅结构，应用于功率器件，其特征在于，包括绝缘部和第一介质，所述绝缘部具有一端开口的容纳槽，所述第一介质设置于所述容纳槽内；
所述绝缘部包括相互连接的第一绝缘壁和第二绝缘壁，所述第一绝缘壁靠近所述开口，所述第一绝缘壁的厚度小于所述第二绝缘壁的厚度。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅结构，其特征在于，所述容纳槽的开口处设有封装部，所述封装部包括介质层，所述介质层由第二介质制成。
3.根据权利要求2所述的绝缘栅结构，其特征在于，所述封装部还包括金属层，所述金属层设置于所述介质层远离所述绝缘部一侧。
4.根据权利要求1所述的绝缘栅结构，其特征在于，所述容纳槽包括相互连通的第一槽部和第二槽部，所述第一槽部的宽度为l1，所述第二槽部的宽度为l2，l1≥l2。
5.一种功率器件，其特征在于，包括基板和设置于所述基板上的绝缘栅结构，所述绝缘栅结构为权利要求1-4任一项所述的绝缘栅结构。
6.根据权利要求5所述的功率器件，其特征在于，所述基板包括依次层叠的第一离子层、第二离子层和晶体层，所述绝缘部从所述第一离子层远离所述第二离子层一侧的表面延伸至所述晶体层内部，且所述开口位于所述第一离子层远离所述第二离子层一侧的表面上。
7.根据权利要求6所述的功率器件，其特征在于，所述第一绝缘壁贯穿所述第一离子层和所述第二离子层。
8.一种制造方法，应用于权利要求1-4任一项所述的绝缘栅结构，其特征在于，包括以下步骤：
s1，在基板的第一表面开设沿第一方向延伸的第一槽部，并使所述第一槽部的内壁进行氧化，形成第一绝缘壁；其中，所述基板采用半导体材料制成；
s2，待所述第一绝缘壁的厚度达到a时，在所述第一绝缘壁的外表面涂覆阻氧层；
s3，在所述第一槽部的底部开设沿所述第一方向延伸的第二槽部，并使所述第二槽部的内壁进行氧化，形成第二绝缘壁；
s4，待所述第二绝缘壁的厚度达到b时，去除所述第一绝缘壁外表面的阻氧层，并在所述第一槽部和所述第二槽部内淀积第一介质；其中，b>a；
s5，对第一槽部的开口进行隔离。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，步骤s1之前还包括以下步骤：
对基板的第一表面进行氧化，形成第三绝缘壁，然后在第三绝缘壁的外表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，步骤s5具体包括以下步骤：
s501，将所述第三绝缘壁以及所述第三绝缘壁外表面的光刻胶层清除；
s502，对所述基板进行离子注入，形成相互接触的第一离子层和第二离子层，其中，所述第一离子层位于所述第二离子层外侧；
s503，在所述第一离子层的外侧淀积介质层，且使介质层覆盖所述第一槽部的开口；
s504，在对介质层和所述基板进行接触孔刻蚀，且进行接触孔刻蚀时，需刻蚀至所述第二离子层；
s505，在所述介质层和所述基板上进行金属沉积，形成金属层，且所述金属层同时与所述介质层、所述第一离子层以及所述第二离子层接触。
技术总结